يقوم مبادل استعادة طاقة الغلايات بحقن الذهب الحقيقي والفضة في تحويل الكربون المنخفض في مصانع الأسمنت

يتركز استهلاك الطاقة في مصانع الأسمنت بشكل رئيسي في عملية تكليس الكلنكر، والغلايات، باعتبارها معدات إمداد الطاقة الحرارية الأساسية في هذه العملية، عادة ما تكون درجات حرارة انبعاث غاز المداخن بين 180 درجة و600 درجة. درجة حرارة غاز العادم في ذيل بعض الأفران الدوارة الكبيرة يمكن أن تصل إلى 900 درجة إلى 1000 درجة، والتي تحتوي على إمكانات هائلة لمصادر الحرارة المهدرة. ووفقا للإحصاءات، فإن هدر الطاقة الناجم عن الاستخدام غير الكافي للحرارة المهدرة في القطاع الصناعي الصيني يصل إلى مئات الملايين من الأطنان من الفحم القياسي كل عام. يمكن أن يؤدي تحسين أداء المبادلات الحرارية إلى تحسين الكفاءة الحرارية بنسبة 15% -30%. بالنسبة لصناعة الأسمنت، فإن الاسترداد الفعال للحرارة المهدرة من غاز مداخن الغلايات يعادل فتح قناة "طاقة ثانوية"، والتي يمكن أن تقلل من استهلاك الوقود الأحفوري وانبعاثات الكربون، مما يحقق تحسنًا مزدوجًا في الفوائد الاقتصادية والبيئية.
جوهر تطبيق المبادلات الحرارية لاسترداد حرارة الغلايات في مصانع الأسمنت هو استعادة الحرارة المهدرة من غاز عادم الغلايات من خلال تقنية التبادل الحراري الفعالة، ثم تحويلها إلى طاقة حرارية أو كهربائية قابلة للاستخدام وفقًا لاحتياجات الإنتاج، مما يحقق الاستخدام المتتالي للطاقة. استنادًا إلى ظروف الإنتاج في مصانع الأسمنت، تركز سيناريوهات تطبيقها بشكل أساسي على ثلاث روابط أساسية، تغطي العملية الكاملة لاستعادة الحرارة المهدرة والتكيف مع موارد الحرارة المهدرة بمستويات درجات الحرارة المختلفة.

في مجال استرداد الحرارة المهدرة بدرجات الحرارة العالية-، يتم استخدام المبادلات الحرارية لاسترداد حرارة الغلايات بشكل أساسي لمعالجة غازات المداخن ذات درجات الحرارة المرتفعة-عند ذيل الفرن ومخرج المبرد الشبكي للأفران الدوارة. يمكن لغاز النفايات ذو درجة الحرارة العالية-الذي يتم تصريفه من ذيل الفرن في قمائن الأسمنت الكبيرة، بعد التبادل الحراري في المبادل الحراري، خفض درجة حرارته من أكثر من 600 درجة إلى أقل من 200 درجة، مما يلبي المتطلبات التشغيلية لأنظمة تجميع غبار الأكياس اللاحقة مع استعادة كمية كبيرة من الحرارة المهدرة-عالية الجودة. يمكن استخدام الحرارة المهدرة ذات درجة الحرارة المرتفعة-المستردة في تشغيل توربينات البخار لتوليد الطاقة. على سبيل المثال، اعتمدت شركة Lucky Cement في باكستان، من خلال تعديل محطة توليد الطاقة الخاصة بها، نظامًا يتكون من 11-غلاية عالية الكفاءة لاستعادة الحرارة المهدرة، حيث تستعيد إجمالي 27 ميجاوات في الساعة من الحرارة المهدرة، والتي يمكن أن تولد 6 ميجاوات في الساعة من الكهرباء، مما يزيد من إنتاج الطاقة في المحطة بنسبة 10% تقريبًا ويقلل بشكل كبير من استهلاك الوقود والانبعاثات. في الصين، قامت مجموعة Henan Mengdian بتجهيز خط إنتاج الكلنكر الخاص بها بغلايات الحرارة المهدرة، واستعادة الحرارة المهدرة من رأس وذيل الفرن لتوليد الطاقة، ومواصلة استرداد الحرارة المهدرة ذات درجات الحرارة المنخفضة-بعد توليد الطاقة لمشاريع التدفئة السكنية، وتحقيق الاستخدام المتتالي الفعال للحرارة المهدرة.

يعد استرداد الحرارة المهدرة بدرجات الحرارة المنخفضة- والمتوسطة-سيناريو تطبيقي مهم آخر للمبادلات الحرارية لاسترداد حرارة الغلايات، حيث يستهدف بشكل أساسي غازات المداخن ذات درجات الحرارة المنخفضة- والمتوسطة- المنبعثة من مختلف المعدات المساعدة في إنتاج الأسمنت. على سبيل المثال، يمكن لغاز النفايات الذي تبلغ درجة حرارته 200-300 درجة والذي يتم تفريغه من قسم درجة الحرارة المنخفضة-في مبرد ذيل الفرن أن يولد بخارًا منخفض الضغط-بعد استعادة الحرارة المهدرة من خلال مبادل حراري. يمكن استخدام هذا البخار لتجديد المياه المعالجة، أو المياه المنزلية للموظفين، أو كمصدر حرارة لمبردات بروميد الليثيوم لتبريد ورشة الإنتاج ومنطقة المعيشة. يمكن لغاز المداخن ذو درجة الحرارة المتوسطة-من ذيل الفرن الدوار لمصنع أسمنت صغير أن يولد بخارًا منخفض الضغط يبلغ 0.3-0.8 ميجا باسكال بعد معالجته بواسطة مبادل حراري، مما يلبي احتياجات الطاقة الحرارية لعمليات الإنتاج الصغيرة-. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم بعض مصانع الأسمنت أيضًا الحرارة المهدرة المنخفضة والمتوسطة الحرارة المستردة لتجفيف المواد الخام. بعد اعتماد المبادل الحراري لاسترداد حرارة غاز المداخن، قام أحد مصانع الأسمنت بتخفيض درجة حرارة انبعاث غاز المداخن من 220 درجة إلى 90 درجة، وخفض استهلاك الطاقة لكل طن من الأسمنت بنسبة 8%، وتوفير أكثر من مليون يوان من التكاليف سنويًا، مما يدل على تأثير كبير في توفير الطاقة.

بالإضافة إلى الاسترداد المباشر للحرارة وإعادة الاستخدام، يمكن دمج المبادلات الحرارية لاسترداد حرارة الغلايات بشكل عميق مع أنظمة توليد الطاقة الحرارية المنخفضة -من الحرارة المهدرة في مصانع الأسمنت لإنشاء نظام طاقة مغلق-لإنتاج "استرداد الحرارة المهدرة-توليد الطاقة-من الطاقة." في الوقت الحالي، أصبح توليد الطاقة الحرارية المهدرة وسيلة أساسية لشركات الأسمنت لتوفير الطاقة وتقليل الانبعاثات. كمكون أساسي لنظام توليد الطاقة الحرارية المهدرة، فإن المبادل الحراري لاسترداد حرارة الغلاية مسؤول عن تحويل الحرارة المهدرة لغاز المداخن إلى بخار لتشغيل توربين بخاري لتوليد الطاقة. تظهر بيانات الصناعة أن شركة Wannianqing Cement في الصين قامت بالفعل بتشغيل 10 وحدات لتوليد الطاقة الحرارية المهدرة، بقدرة مركبة تبلغ 80.30 ميجاوات. يمكن أن يؤدي استخدام توليد الطاقة الحرارية المهدرة إلى تلبية ما يقرب من 50% من الطلب على الكهرباء في نظام الأفران الخاص بالشركة. في عام 2024، استخدمت Shangfeng Cement الحرارة المهدرة لتوليد 473 مليون كيلووات-ساعة من الكهرباء، مما أدى إلى تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمقدار 389800 طن. ولم يؤدي هذا إلى خفض تكاليف الكهرباء للشركة فحسب، بل عزز أيضًا قدرتها التنافسية الخضراء، لتصبح ميزة كبيرة بالنسبة إلى "المشتريات الخضراء" للشركات النهائية وتصنيفات المعايير البيئية والاجتماعية والحوكمة (ESG). قامت شركة Anhui Conch Kawasaki بنشر 302 وحدة لتوليد الطاقة الحرارية المهدرة للأسمنت على مستوى العالم، مما يولد 26.63 مليار كيلوواط ساعة من الكهرباء سنويًا. تم حسابه باستخدام نفس معايير توليد الطاقة الحرارية، وهذا يترجم إلى توفير سنوي قدره 9.587 مليون طن من الفحم القياسي وتقليل 24.582 مليون طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، مما يدل على القيمة الهائلة لتكنولوجيا استعادة الحرارة المهدرة.

بالمقارنة مع الطرق التقليدية لاستعادة الحرارة المهدورة، توفر المبادلات الحرارية لاسترداد حرارة الغلايات مزايا تكنولوجية كبيرة وقدرة على التكيف في مصانع الأسمنت. يحتوي غاز مداخن مصنع الأسمنت على تركيبة معقدة، حيث يحتوي على كميات كبيرة من الغبار وثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين ومواد أخرى، مما يتسبب بسهولة في تآكل المعدات وتراكم الرماد والتآكل. توفر المبادلات الحرارية المخصصة لاستعادة حرارة الغلايات، باستخدام مواد سبائك مقاومة للتآكل-وتقنية الطلاء المركب، أكثر من ثلاثة أضعاف مقاومة التآكل، مما يمكنها من تحمل بيئات غاز المداخن القاسية التي تحتوي على الكبريت والغبار، مع عمر خدمة يتجاوز 10 سنوات. وفي الوقت نفسه، يعتمد المبادل الحراري على تصميم عالي الكفاءة-في نقل الحرارة. من خلال تحسين بنية قناة التدفق ومعلمات الزعانف، يتم زيادة معامل نقل الحرارة بنسبة 20%-40%، ويمكن أن يصل معامل نقل الحرارة لبعض المبادلات الحرارية لأنابيب الحرارة إلى 1500-3000 W/(m²·K). كما أنها تتميز بأداء متساوي الحرارة جيد، تراكم أقل للغبار، وصيانة بسيطة. لن يؤثر فشل أنبوب حراري واحد على التشغيل الإجمالي، مما يحسن بشكل كبير من استقرار وموثوقية المعدات. بالإضافة إلى ذلك، يسمح التصميم المعياري بتخصيصه بمرونة وفقًا لحجم الإنتاج ومعلمات غاز المداخن لمصنع الأسمنت، مع دورة تسليم قصيرة. إنه قابل للتكيف مع خطوط إنتاج الأسمنت ذات السعات المختلفة، مما يتيح استعادة دقيقة للحرارة المهدرة لكل من خطوط إنتاج الكلنكر الكبيرة ومصانع الأسمنت الصغيرة.

في التطبيقات العملية، أدى استخدام المبادلات الحرارية لاسترداد حرارة الغلايات إلى تحقيق فوائد اقتصادية وبيئية واجتماعية كبيرة لمصانع الأسمنت. ومن الناحية الاقتصادية، فإن استعادة الحرارة المهدرة تقلل بشكل مباشر من استهلاك الطاقة مثل الفحم والكهرباء، مما يخفض تكاليف الإنتاج. تبلغ فترة استرداد الاستثمار عادةً 3-10 سنوات، وبالنسبة لبعض المشاريع المحسنة، يمكن اختصارها إلى أقل من 1.5 سنة. على سبيل المثال، يمكن للغلاية البخارية بقدرة 10-طن/ساعة والمزودة بأداة توفير الطاقة (مبادل حراري بسيط لاسترداد الحرارة) أن توفر ما يقرب من 200 طن من الفحم القياسي سنويًا، مما يقلل تكاليف التشغيل بشكل مباشر بما يزيد عن 300000 يوان. لم يؤدي مشروع استعادة الحرارة المهدرة في Lucky Cement في باكستان إلى زيادة إنتاج الكهرباء فحسب، بل حقق أيضًا عائدًا سريعًا على الاستثمار، مما دفع الشركة إلى زيادة توسيع التعاون وتركيب نظام مماثل لاستعادة الحرارة المهدرة في مصنع آخر. من الناحية البيئية، يؤدي استرداد الحرارة المهدرة إلى تقليل احتراق الوقود الأحفوري، وبالتالي تقليل انبعاثات الملوثات مثل ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت، مما يساعد شركات الأسمنت على تحقيق تعديلات تحديثية منخفضة للغاية للانبعاثات-، بما يتماشى مع استراتيجية "الكربون-الوطنية المزدوجة". وفيما يتعلق بالمنافع الاجتماعية، تشجع هذه المبادرة تحول صناعة الأسمنت من "الاستهلاك العالي للطاقة والانبعاثات العالية" إلى "الأخضر ومنخفض الكربون وكفاءة في استخدام الطاقة"، مما يعزز مستوى التنمية الخضراء الشاملة للصناعة ويوفر خبرة عملية قيمة لاستعادة الحرارة الصناعية المهدرة.

حاليًا، مع تعميق التحول الأخضر لصناعة الأسمنت، يواجه تطبيق المبادلات الحرارية لاسترداد حرارة الغلايات فرصًا وتحديات جديدة. فمن ناحية، تتزايد باستمرار المتطلبات الوطنية للحفاظ على الطاقة وخفض الكربون في صناعة الأسمنت. انطلاقًا من سياسات مثل التعديل التحديثي المنخفض للغاية للانبعاثات وإنشاء المصانع الخضراء، فإن طلب شركات الأسمنت على استعادة الحرارة المهدرة يتزايد باستمرار، مما يوفر مساحة واسعة للتحديث التكنولوجي وترويج المبادلات الحرارية لاسترداد حرارة الغلايات في السوق. من ناحية أخرى، فإن ظروف غاز المداخن في مصانع الأسمنت معقدة ومتغيرة، مع وجود اختلافات كبيرة في درجة حرارة غاز المداخن، ومحتوى الغبار، والتآكل بين خطوط الإنتاج المختلفة. وهذا يضع متطلبات أعلى على كفاءة نقل الحرارة، ومقاومة التآكل، ومقاومة التآكل للمبادلات الحرارية، مما يتطلب من الشركات زيادة الاستثمار في البحث والتطوير التكنولوجي، وتحسين هيكل المنتج، وتحسين القدرة على التكيف وكفاءة المعدات.

في المستقبل، مع الابتكار المستمر في تكنولوجيا التبادل الحراري، سوف تتطور المبادلات الحرارية لاسترداد حرارة الغلايات نحو زيادة الكفاءة والذكاء والتنوع. فمن ناحية، سيعملون على تحسين هياكل نقل الحرارة بشكل أكبر، وتحسين كفاءة استعادة الحرارة المهدرة، وتحقيق الاسترداد العميق للحرارة المهدرة ذات الدرجة المنخفضة-، وزيادة إمكانات الحرارة المهدرة في إنتاج الأسمنت. ومن ناحية أخرى، سيتم دمجها مع التقنيات الذكية لتحقيق المراقبة في الوقت الفعلي-والتحذير من الأخطاء والتحكم الذكي في تشغيل المبادل الحراري، مما يقلل تكاليف صيانة المعدات ويحسن الاستقرار التشغيلي. بالتزامن مع التكامل العميق بين تكنولوجيا استعادة الحرارة المهدرة وعمليات إنتاج الأسمنت، سيتم تشكيل نظام أكثر اكتمالاً لإعادة تدوير الطاقة، مما يعزز صناعة الأسمنت لتحقيق أهداف "ذروة الكربون وحياد الكربون".

باختصار، المبادلات الحرارية لاسترداد حرارة الغلايات، باعتبارها معدات رئيسية للحفاظ على الطاقة وتقليل الكربون في صناعة الأسمنت، لا يمكنها فقط استرداد موارد الحرارة المهدورة بشكل فعال من غاز مداخن الغلايات وتقليل تكاليف إنتاج المؤسسة، ولكنها أيضًا تقلل من انبعاثات الملوثات وتساهم في التحول الأخضر للصناعة. على خلفية التنفيذ المتعمق-لاستراتيجية ""الكربون-المزدوج"، يجب على شركات الأسمنت أن تولي أهمية لترويج وتطبيق المبادلات الحرارية لاسترداد حرارة الغلايات، واختيار أنواع المبادلات الحرارية المناسبة والحلول الفنية بناءً على ظروف الإنتاج الخاصة بها لتحقيق قيمة استعادة الحرارة المهدرة بشكل كامل. وفي الوقت نفسه، يجب على المؤسسات ذات الصلة زيادة الاستثمار في البحث والتطوير التكنولوجي، وتشجيع الابتكار وتحديث تكنولوجيا التبادل الحراري، وتوفير دعم أقوى للتنمية الخضراء والمنخفضة الكربون-لصناعة الأسمنت، وتحقيق التوازن بين الفوائد الاقتصادية والبيئية والاجتماعية.