ایران در سال ۲۰۱۸ با تولید ۵۳ میلیون تن سیمان در رتبه دهم تولید کننده سیمان در جهان قرار گرفت. چین، هند و آمریکا به ترتیب جایگاه اول تا سوم را دارند. بانک جهانی، ایران را چهارمین کشور جهان از نظر ظرفیت تولید سیمان معرفی کرده است.

ایران با دارا بودن 79 مجتمع تولید سیمان در کشور، یکی از بزرگترین صادرکندگان سیمان در جهان و منطقه است.

صنعت سیمان کشور با حدود ۸۰ سال سابقه حدود ۲ درصد از تولید ناخالص داخلی را تشکیل می‌دهد و توانایی تولید بیست و هفت نوع سیمان را مطابق با استانداردهای ملی دارد.

بر اساس چشمانداز ترسیم شده برای صنعت سیمان، در افق ۱۴۰۴ تولید ۱۲۰ میلیون تن سیمان و دستیابی به رتبه سوم جهانی در تولید و نیز صادرات ۳۰ میلیون تن مورد انتظار است.

به همین منظور دستیابی به ارتقای بهرهوری، افزایش توان رقابتپذیری، بهینهسازی مصرف انرژی، تکمیل زنجیره ارزش و توسعه صنایع پایین دستی، ارتقای سطح کیفیت و استاندارد محصولات در سطح جهانی، دستیابی به شاخصهای استانداردهای زیست محیطی به عنوان اهداف کلی در این برنامه پیشبینی شده است.

 

 

مزایای صنعت سیمان کشور:

توانایی صادرات، ارزآوری، کاربرد متنوع و ظرفیت بالای تولید، مواد اولیه فراوان و دانش فنی بومی

 

نقاط ضعف صنعت سیمان کشور:

مصرف انرژی بالا و بهرهوری کم، آلایندگی نقاط ضعف این صنعت به طور مستقیم در بهرهوری و سوددهی آن تاثیر میگذارد.

شرکت مهندسی اطمینان بخش خود را ملزم می‌داند که در راستای دستیابی به افزایش بهرهوری انرژی و کاهش آلایندگی در این صنعت (اهداف تعیین شده برنامه ششم توسعه و افق ۱۴۰۴ ) همراه و همگام با خانواده صنعت سیمان باشد.

 

کاربرد درایوها در صنعت سیمان:

تولید سیمان بسیار انرژیبر است و عمده انرژی آن در موتورهای الکتریکی فعال در خط تولید مصرف میشود. آمارها نشان میدهد که به ازای هر یک یورو که هزینه خرید یک موتور الکتریکی میشود، صد یورو هزینه انرژی الکتریکی مصرف شده در آن موتور در طول دوره بهرهبرداری آن موتور در کل طول عمرش میشود.

لذا بهرهبرداری از این موتورها با بالاترین بازده در اولویت اول قرار میگیرد.

تولیدکنندگان سیمان میبایست برای افزایش کیفیت محصول و کاهش قیمت تمام شده میبایست از بهینهترین تکنولوژیها استفاده کنند تا آینده خود را در بازار رقابتی این صنعت تضمین کنند.

برای سودآوری بیشتر در این صنعت میبایست:

 

  • انرژی مصرف شده به ازای هر تن سیمان را کاهش داد.
  • زمان خاموشی دستگاه را کاهش و متعاقبا قابلیت اطمینان آن را افزایش داد.
  • هزینه تعمیر و نگهداری را کاهش داد.

شکل زیر فرایند تولید سیمان را نشان میدهد. در صنایع سیمان، برای خردایش کانیها، اختلاط مواد، اختلاط، آسیاب مواد، پیشگرمایش، پخت، آسیاب سیمان، حمل و نقل مواد، انبارکردن، بستهبندی و بارگیری به طور گسترده‌ای از موتورهای الکتریکی استفاده میشود.

این موتورها به عنوان محرکه دستگاههای زیر کار میکنند:

 

شکل-فرایند تولید سیمان در یک مجتمع سیمان

 

  1. سنگ شکن
  2. آسیاب
  3. فنهای ID و FD
  4. فنهای Baghouse
  5. فنهای برج پیش گرمایش
  6. فن گاز کوره
  7. فن اگزور کولر کلینکر
  8. فنهای Separator
  9. نقاله ها
  10. کوره های دوار

 

 

سنگشکن و آسیاب:

از مجموع انرژی الکتریکی مصرف شده در یک مجتمع تولید سیمان، 57% آن تا مرحله تولید کلینکر مصرف میشود و 43% دیگر برای تولید نهایی سیمان مورد استفاده قرار میگیرد.

مرحله خردایش یکی از مراحل فرایند تولید سیمان است.

در مرحله خردایش کانیها از سنگ شکنها استفاده میشود.

این دستگاهها عمده انرژی الکتریکی کارخانه را مصرف میکنند. موتور الکتریکی محرکه این سنگ شکنها معمولاً از برندهای ABB و Siemens و غیره میباشند.

کنترل دقیق و بهینه این موتورها موجب کنترل سرعت کاری خط تولید میشود. سنگشکن میبایستی در سرعتی متناسب با سرعت دستگاهها بالادستی و پایین دستی در خط تولید کار کند.

با استفاده از درایوهای MV میتوان سرعت کاری سنگشکن را دقیقا بر روی مقدار مورد نیاز تنظیم کرد؛ طوری که از قدرت سنگشکنها باید به اندازه مورد نیاز استفاده شود.

لذا یکی از مزایای استفاده از درایو کنترلپذیر کردن خط تولید و کاهش مصرف انرژی برق در سنگشکنها است.

 

سنگشکن گردان به کار رفته در صنایع سیمان

سنگشکن گردان به کار رفته در صنایع سیمان
فرایند سنگشکنی به مقدار قابل توجهی سبب استهلاک مجموعه دستگاه سنگشکن میشود.

استارت سنگشکن نیز تنش زیادی خود سنگشکن و گیربکس آن وارد میکند و طول عمر آن را کاهش میدهد.

درایو سبب میشود تا سرعت سنگشکن به دقت با سرعت ورود مواد خام به داخل آن تنظیم شود و از این طریق استهلاک سنگشکن به حداقل برسد. بناراین درایوهای MV سبب کاهش استهلاک سنگشکن و افزایش قابلیت اطمینان خط تولید میشود.

از طرفی ضربههای گشتاور و پیک گشتاور که در زمان راهاندازی سنگشکن بوجود میآید تنش زیادی به شبکه برق کارخانه و تجهیزات مکانیکی آن وارد میکند؛ حتی در بعضی موارد جریان راهاندازی شدید سنگشکن سبب افت ولتاژ شدید فیدر و خاموش برق کارخانه میشود.

استفاده از درایو سبب کاهش جریان راهاندازی و افزایش گشتاور سنگشکن در زمان راهاندازی میشود.

شکل زیر اندازه جریان راه اندازی را در دو حالت بدون درایو و با درایو نشان میدهد.

درایوها قابلیت راه-اندازی نرم soft starting حتی در زمان بار کامل را دارند؛ و متعاقبا سبب کاهش هزینه نگهداری و افزایش طول عمر دستگاه و تجهیزات جانبی آن میشود.

شکل موج جریان موتور در زمان راه اندازی با درایو و بدون درایو

 

شکل موج جریان موتور در زمان راه اندازی با درایو و بدون درایو

 

فنها:

فنها در صنعت سیمان کاربرد گستردهای دارند و برای انتقال گازهای ناشی از فرایند تولید سیمان، خنککاری سیستم گریت کولر و یا انتقال مواد از آنها استفاده میشود.

از آنجایی که شرایط فرایندی با توجه به تغییرات پارامترهای آن ثابت نمیباشد، در نتیجه میزان تولید گازهای فرایندی نیز متغیر بوده و لازم است این امر با تغییر هوادهی فنها تحت کنترل باشد.

از متداول ترین روشهای کنترلی که برای فلو گاز در فنها تا بحال مورد استفاده قرار گرفته است، کنترل فلو توسط دریچه در ورودی فن میباشد. اگر چه این روش، طریقهای موثر در کنترل فلو بوده اما باعث افزایش مصرف انرژی به میزان قابل ملاحظهای بوده است.

در صورتی که کنترل فلوی گاز با استفاده از کنترل دور فن، علاوه بر کارایی بهتر به میزان زیادی در مصرف انرژی الکتریکی فن صرفه جوئی ایجاد خواهد کرد.

در ادامه توضیح داده میشود که چگونه میتوان با حذف روشهای کنترل فلو مکانیکی و جایگزینی آن با درایوهای الکتریکی، مصرف انرژی فن را به مقدار قابل ملاحظهای کاهش داد.

متداول ترین روش کنترل فلو در صنعت سیمان استفاده از روشهای مکانیکی ولو، دریچه و دمپر است.

در این روش موتور الکتریکی فن با سرعت ثابت کار می‌کند و برای کنترل فلو، از باز و بست دریچه ورودی استفاده می شود.

این روش کم بازده را می‌توان اینگونه توصیف کرد که در یک خودرو برای کاهش سرعت، پدال ترمز را فشار دهید و همزمان با آن پدال گاز را رها نکنیم و گاز دهیم.

این روش هم تلفات انرژی بالایی دارد و هم فن و تجهیزات جانبی را سریعتر مستهلک می‌کند.

با استفاده از درایوها فلوی سیال به سادگی از طریق تنظیم سرعت و گشتاور موتور الکتریکی توسط درایو صورت میگیرد.

با توجه به مثال قبلی مانند آن است که جهت کاهش سرعت خودرو پای خود را از روی پدال گاز خودرو برداریم در این حالت تجهیزات در بهینهترین نقطه کاری خود قرار میگیرند.

در واقع درایوهای الکتریکی جایگزین روشهای مکانیکی مانند کوپلینگ هیدرولیکی، ولوها، دریچهها و دمپر ها خواهند شد.

شکل زیر میزان مصرف انرژی الکتریکی را برای روشهای مختلف کنترل فلو را نشان میدهد.

 

موتور و فن خنک کن

 

مقایسه میزان مصرف انرژی در روش های مختلف کنترل فلو گاز در صنعت سیمان

مساحت هاشور خورده زیر نمودار میزان صرفه جویی انرژی را نشان میدهد که گاهی در بعضی موارد این میزان به 60% نیز میرسد.

اما این کاهش مصرف انرژی چگونه رخ میدهد:

برای فنها و پمپها عموما موتورهای القایی از نوع قفسه سنجابیانـد که در سرعت ثابت کار میکنند و برای تغییر در میزان جریان سیال یا هوا ازدریچهها و شیرها استفاده میشود.

بنابراین آن قسمت از انرژی که صرف راندن سیال یا هوا نمیشود به هدر میرود.

معمولا اغلب پمپها و فنها بیش از توان مورد نیاز در نظر گرفته میشوند.

دلیل این امر آن است که هنگام طراحی سیستم معمولا نزدیکترین گروه استاندارد که از توان مورد نیاز بیشتر است انتخاب میشود.

بنابراین بخش قابل توجهی از انرژی مصرفی عملا مورد نیاز نیست و صرف روشن بودن و کارکرد سیستم میشود. بنابراین صرفهجویی در هزینهها فقط به کاهش مصرف انرژی محدود نمیشود بلکه هزینههای جانبی دیگری که در نتیجه عملکرد نامطلوب سیستم بوجود میآید نیز حذف میشود.

قوانین حاکم بر فن ها موسوم به قوانین افینیتی در زیر آمده است:

 

که در روابط فوق:
RPM: تعداد دور فن در دقیقه
CFM: میزان هوادهی فن
SP: فشار استاتیکی
BHP: توان الکتریکی لازم جهت چرخش فن

با توجه به این روابط میزان هوادهی فن رابطه مستقیمی با دور فن داشته، فشار استاتیکی با توان دوم تغییرات دور و همچنین توان الکتریکی فن با توان سوم تغییرات دور در ارتباط است.

به خوبی نمایان است که کاهش اندکی در سرعت فن منجر به کاهش قابل توجه مصرف انرژی برق میشود.

بنابراین با کاهش دور به جای بستن دمپر ورودی میتوان مصرف برق را به میزان قابل توجهی کاهش داد و در هزینه قبض برق تا 60% صرفه جویی کرد.

از دیگر مزایای استفاده از درایو در فنها کاهش هزینه و زمان تعمیر و نگهداری و نیز افزایش طول عمر فن و تجهیزات جانبی آن است؛ زیرا درایوها به صورت راهانداز نرم soft starting عمل میکنند و در زمان راه‌اندازی تنش الکتریکی کمتری به موتور فن و فیدر برق وارد میشود.

در زمان فرآیند راه‌اندازی، درایو سرعت موتور را با شتاب کم و به صورت آرام افزایش می‌دهد و از ایجاد استهلاک شدید در تجهیزات جلوگیری میکند.

 

نقاله:

همیشه اثر پاره شدن تسمه نقاله به دلیل کشش بیش از حد سر خوردن و شکستن وجود دارد.

برای کاهش هزینههای تعمیر و نگهداری لازم است طول عمر و قابلیت اطمینان تسمه نقاله افزایش یابد.

درایوها میتوانند سرعت و گشتاور تسمه نقاله را به دقت تنظیم کنند و از این طریق تنش در تجهیزات مکانیکی مانند گیربکسها پولیها و تسمهها را به خصوص در زمان راه-اندازی کاهش دهند.

با کمک درایوها میتوان سرعت تسمه نقاله را به صورت لحظهای و متناسب با میزان تولید تنظیم کرد و از این طریق استهلاک سیستم را کاهش داد و نیز در مصرف انرژی الکتریکی صرفه جویی کرد.

همچنین درایوها ضریب توان pf برق مصرفی را بالای ۹۵% می‌رسانند و دیگر نیازی به جبرانسازی توان راکتیو و نصب فیلتر در فیدر برق کارخانه نخواهد بود.

 

نقاله خط تولید سیمان

گاهی سیستم نقالهها دارای دو یا تعداد بیشتری موتور الکتریکی است.

در این حالت درایوها میبایست قادر به تقسیم دقیق و سریع بار بین موتورهای مختلف باشد.

در این حالت درایوها طوری بار را روی موتورها تقسیم میکنند که ازلغزش تسمه ها جلوگیری شود.

لذا تقسیم بار سریع و دقیق یکی دیگر از مزایای استفاده از درایو در این بخش است.

تسمه نقاله های با شیب منفی جهت کنترل سرعت نیاز به ترمز دائمی دارد؛ به منظور کاهش استهلاک مکانیکی و نیز جلوگیری از تبدیل انرژی الکتریکی به تلفات حرارتی، درایوها قادرند سرعت و گشتاور موتور نقاله ها را را طوری تنظیم کنند که نیروی ترمزی پیوسته جهت حرکت یکنواخت تسمه نقاله تامین شود.

با استفاده از درایوها میتوان انرژی الکتریکی تولید شده ناشی از حرکت ترمزی موتورها را به شبکه برق کارخانه برگرداند و از این طریق در مصرف برق صرفه جویی نمود.

لذا درایوها قادر به بازیابی انرژی الکتریکی به شبکه در زمان حالت کار ترمزی موتور هستند.

 

کوره دوار:

از درایوها برای کنترل حرکت دورانی کوره استفاده میشود. سرعت عبور مواد از درون کوره متناسب با سرعت دوران آن است. لذا سرعت و گشتاور موتور محرک آن میبایست به دقت تنظیم شود.

 

 

الزامات درایوهای مربوط به کوره دوار:

قابلیت اطمینان بالا: از آنجایی که فرایند تولید سیمان یک فرایند پیوسته است.

کوره میبایستی در 24 ساعت شبانه روز روشن باشد.

لذا خاموش شدن هر کوره میتواند به ازای هر ساعت میلیونها تومان خسارت ایجادکند.

کنترل سرعت در یک بازه وسیع: سرعت دورانی با توجه به وضعیت ترکیب مواد اولیه باهم و نیز شدت حرارت کوره، تعیین میشود. لذا درایو باید سرعت دوران را متناسب با شرایط تولید تنظیم کند.

دقت کنترل بالا: دقت کنترل به خصوص برای تقسیم بار بین موتورهای محرک کوره دوار لازم است.

گشتاور راهاندازی بالا: در شرایط راهاندازی نرمال، کوره دوار میبایست با سرعت پایین و به آرامی حرکت کند تا زمانی که دمای کوره به اندازه کافی بالا برود. درایوهای به کار رفته در کوره ها به طراحی خاصی نیاز دارند.

زیرا در حالت عادی گشتاور راه-اندازی مورد نیاز کوره چیزی در حدود 250% از گشتاور نامی آن است. در سه تا پنج ثانیه اول گشتاور راهاندازی از 250% تا 200% افت میکند و بعد از آن به تدریج در طول 15 الی 20 ثانیه تا مقدار نامی خود افت میکند.

شکل زیر میزان گشتاور راهاندازی کوره دوار را نشان میدهد. با توجه به ابعاد فیزیکی و وزن کوره، اینرسی حرکتی خود این کوره ها عدد بزرگی است. ضمن آنکه اینرسی مواد خام درون کوره نیز به آن اضافه میگردد.

 

گشتاور راهاندازی کوره دوار در صنعت سیمان

 

مزایای استفاده از درایوهای MV اطمینان بخش EBD در صنعت سیمان:

1- جبرانسازی توان راکتیو و افزایش ضریب توان pf (کاهش سرمایهگذاری در تجهیزات مربوط به شبکه برق مانند فیلترها)
2- آزادسازی ظرفیت شبکه برق کارخانه
3- بازیابی انرژی الکتریکی به شبکه در حالت کاری ترمزی الکتروموتور
4- صرفه جویی قابل توجه در مصرف برق
5- افزایش قابلیت اطمینان خط تولید
6- کاهش هزینه و مدت زمان تعمیر و نگهداری به دلیل کاهش استهلاک تجهیزات
7- افزایش تولید و توان عملیاتی
8- افزایش کیفیت محصول
9- کاهش تولید CO2 و آلودگی هوا
از درایوهای EBD میتوان در تمام قسمتهای خط تولید سیمان که در بالا به آن اشاره شد، استفاده کرد.

 

ویژگیهای برجسته استفاده از درایوهای EBD MV:

 

  • درایوهای EBD پس از تولید تحت تستهای متعددی قرار میگیرند. تستهای محیطی مانند: برودت، حرارت، رطوبت، مه نمکی، ضربه، ارتعاش. تستهای الکتریکی مانند: عایقی، ضربه (صاعقه)، EMC. تستهای عملکرد مانند: دوام عملکرد در بار نامی، اضافه بار و بی باری. درایوهای EBD قابلیت تولید توانهای بالا با ساختاری ساده را دارند. این درایوها با ساختاری واحدمند (modular) به منظور تولید توان تا 5.5 MW با سطح ولتاژ تا 11 KV از تکنولوژی چند سطحی (Multilevel) استفاده میکند. در این روش نوین شکل موج ولتاژ خروجی و جریان خروجی تقریباً سینوسی کامل است و هارمونیک نیز بسیار پایین است. لذا موتور عملکرد نرمی دارد و در بلند مدت دچار مشکل نمی شود. یکی دیگر از مزیتهای این درایوها افزونگی یا Redundancy است. از این طریق می‌توان حتی در حالتی که یکی از واحدهای قدرت از سرویس خارج شود، درایو به کار خود ادامه دهد. عمل سوئیچینگ از واحد معیوب به مدار پشتیبان به صورت خودکار و با سرعت بسیار بالا منتقل میشود طوری که در عملکرد درایو تاثیری نخواهد داشت.
  • رعایت استانداردهای کیفیت توان در بالاترین سطح (مصرف کننده خوش رفتار از نگاه شبکه برق)
  • برخورداری از آخرین تکنولوژیها با بهترین قیمت
  • آموزش پرسنل جهت بهرهبرداری و تعمیر و نگهداری محصول
  • نصب و راهاندازی در کوتاهترین زمان ممکن
  • عیب یابی و تشخیص خطای از راه دور
  • خدمات فنی نامحدود 24*365 در سراسر ایران