دراسة حالة · التحكم في الانبعاثات الصناعية
كيف حقق منتج رائد للأنودات المخبوزة مسبقًا إزالة الكبريت بنسبة 99.5% وإزالة الغبار بنسبة 95% من غازات العادم الناتجة عن التكليس والتلبيد مجتمعة - باستخدام نظام متكامل لإزالة غازات العادم من الحجر الجيري والجبس (L/G=29.7، رش من 5 طبقات) بالإضافة إلى جهاز الترسيب الكهروستاتيكي الرطب BLWESP-540 لمعالجة 400000 متر مكعب قياسي/ساعة من غازات العادم عالية الكبريت شديدة التآكل مع إدارة مخاطر انفجار أول أكسيد الكربون الحرجة الكامنة في معالجة المواد الكربونية.
نظام إزالة غازات المداخن من الحجر الجيري والجبس
إزالة النيتروجين من SNCR
المرسب الكهروستاتيكي الرطب
تلبيد الأنود الكربوني
01 - خلفية الصناعة
إنتاج المواد الكربونية: قطاع ذو أهمية استراتيجية بالغة يواجه تحديات انبعاثات هائلة
تُعدّ المواد الكربونية ضرورية للاقتصاد الصناعي العالمي. تُستخدم الأنودات المُسخّنة مسبقًا في صهر الألومنيوم الإلكتروليتي كمادة أساسية قابلة للاستهلاك في الأقطاب الكهربائية؛ وتُستخدم أقطاب الجرافيت في صناعة الصلب في أفران القوس الكهربائي؛ وتُستخدم مركبات الكربون-الكربون في صناعة الطيران والفضاء، وأنظمة الكبح عالية الأداء، وتصنيع أشباه الموصلات؛ وتُصبح المواد الكربونية الجديدة، بما في ذلك المركبات القائمة على الجرافين، وأنابيب الكربون النانوية، وألياف الكربون، ذات أهمية متزايدة في مكونات مركبات الطاقة الجديدة، وأنظمة تخزين الطاقة، والمواد الهيكلية خفيفة الوزن.
يُسهم نمو الطاقة المتجددة - من ألواح شمسية وتوربينات رياح وبطاريات تخزين الطاقة على نطاق الشبكة - في زيادة الطلب بشكل مطرد على مواد الكربون عالية الجودة، لا سيما لتطبيقات أقطاب تخزين الطاقة والمكونات الهيكلية خفيفة الوزن. وفي الوقت نفسه، يشهد قطاع مواد الكربون العالمي توسعًا في نطاق سوقه، ولكنه يواجه ضغوطًا تنظيمية متزايدة على عمليات إنتاجه، وخاصة فيما يتعلق بانبعاثات ثاني أكسيد الكبريت والجسيمات الدقيقة العالية من أفران التكليس والتلبيد التي تُعدّ أساسية في إنتاج مواد الكربون.
تُعدّ المؤسسة المذكورة في هذه الدراسة شركة متخصصة في إنتاج الأنودات المُسبقة الحرق، وتغطي مساحة 70,000 متر مربع، وتضم 8 أفران تكليس، و48 فرن تلبيد، وخطين من معدات التشكيل بطاقة إنتاجية تبلغ 150,000 طن/سنة، بالإضافة إلى معدات حماية البيئة ذات الصلة (بما في ذلك توليد الطاقة من الحرارة المهدرة)، وطاقة إنتاجية سنوية تبلغ 300,000 أنود مُسبق الحرق. وتُعتبر هذه المنشأة رائدة على مستوى المقاطعة في قطاع الأنودات المُسبقة الحرق من الألومنيوم، حيث تُزوّد مصاهر الألومنيوم كعنصر أساسي في سلسلة التوريد. ومع تشديد اللوائح البيئية، أصبح نظام تنقية غازات المداخن في المنشأة أولوية استثمارية استراتيجية: حيث يُعدّ نظام إزالة غازات المداخن الرطب المُدمج مع الترسيب الكهروستاتيكي الرطب هو التكوين القياسي المُستخدم في جميع أنحاء القطاع لمواجهة تحدي انبعاثات الملوثات المتعددة من أفران تلبيد المواد الكربونية.
سياق استخدام تقنية إزالة الكبريت الرطبة من غازات المداخن في هذا التطبيق: تُعدّ تقنية إزالة الكبريت الرطبة من غازات المداخن باستخدام الحجر الجيري والجبس من أكثر تقنيات إزالة الكبريت من غازات المداخن استخدامًا على مستوى العالم. وتتمثل خصائصها الرئيسية في: كفاءة عالية في إزالة الكبريت، وتطبيقات واسعة النطاق، ونسبة منخفضة نسبيًا من الحجر الجيري إلى الكالسيوم، ونضج تقني، وإمكانية بيع الجبس الناتج كمنتج تجاري. يتضمن النظام نظام غازات المداخن، ونظام امتصاص ثاني أكسيد الكبريت، ونظام تحضير المادة الماصة، ونظام معالجة الجبس. أما الترسيب الكهروستاتيكي الرطب (WESP) فهو تقنية عالية الكفاءة لتنقية غازات المداخن، تُستخدم بشكل أساسي لمعالجة الجسيمات الدقيقة والضباب الحمضي في تيار الغاز بعد عملية إزالة الكبريت الرطبة، مما يقلل تركيز الملوثات الخارجة مجتمعة إلى أقل من 5 ملغم/م³ في أفضل الحالات.
02 - لمحة عن التلوث
غازات العادم الناتجة عن عملية التكليس والتلبيد مجتمعة: ثاني أكسيد الكبريت بتركيز عالٍ يصل إلى 6000 ملغم/م³ بالإضافة إلى خطر انفجار أول أكسيد الكربون
يعالج هذا المشروع الغازات المنبعثة المختلطة من أفران التكليس وأفران التلبيد. بعد تبريد غازات فرن التكليس إلى درجة حرارة مناسبة والتقاط جزيئات فحم الكوك، تُجمع جميع الغازات المنبعثة من الفرن وتُوجّه إلى نظام إزالة الكبريت الجديد وجهاز الترسيب الكهروستاتيكي الرطب لإزالة الكبريت والغبار. ومع دمج نظام غازات فرن التلبيد الحالي في النظام الجديد، يُصرّف غاز المداخن النظيف مباشرةً من المدخنة عبر مروحة السحب. يستخدم نظام المعالجة نظام تحكم مركزي واحد، ويشترك في نظام المروحة، ونظام الملاط، ونظام تحضير الملاط، ونظام تجفيف الجبس، ونظام معالجة الملاط.
يساهم نوعان من الأفران في تيار غازات المداخن المجمعة: فرن التكليس وفرن التلبيد. يبلغ حجم غازات المداخن القياسي المجمع 230,000 متر مكعب قياسي في الساعة؛ وفي ظروف التشغيل (200 درجة مئوية)، يصل الحجم إلى 400,000 متر مكعب قياسي في الساعة. يبلغ استهلاك الغاز الطبيعي 4,500 متر مكعب في الساعة. يتمثل التحدي الحرج في الانبعاثات في تركيز ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) البالغ 6,000 ملغم/متر مكعب قياسي عند مدخل وحدة إزالة غازات المداخن، وهو أحد أعلى تركيزات ثاني أكسيد الكبريت عند المدخل في أي من دراسات الحالة الثلاثين الواردة في هذه النشرة. هذا الحمل المرتفع للغاية من ثاني أكسيد الكبريت هو ما يدفع إلى استخدام نسبة عالية جدًا من السائل إلى الغاز (29.7) وتكوين الرش ذي الخمس طبقات المطلوب في ماص غازات المداخن.
خطر انفجار أول أكسيد الكربون يُعدّ هذا بُعدًا فريدًا من نوعه في مجال معالجة المواد الكربونية، لا يظهر في تطبيقات معالجة الغازات الصناعية الأخرى. تُنتج عمليات تكليس وتلبيد الكربون غاز أول أكسيد الكربون (CO) كمنتج ثانوي للاحتراق؛ فإذا ارتفع تركيز أول أكسيد الكربون في تيار غازات المداخن المُجمّع فوق الحد الأدنى للانفجار (≤250 ملغم/م³ عتبة التعشيق)، يزداد خطر الانفجار في المرسب الكهروستاتيكي الرطب، حيث يُمكن للمجال الكهربائي عالي الجهد أن يُشعل خليطًا قابلًا للاشتعال من أول أكسيد الكربون والهواء. يتطلب هذا الأمر: مراقبة مستمرة لأول أكسيد الكربون عند مدخل المرسب الكهروستاتيكي الرطب، مرتبطة بنظام إغلاق تلقائي للمرسب عند تجاوز تركيز أول أكسيد الكربون العتبة المحددة.
| المعلمة | التركيز الأولي | منفذ مصمم | حدود الاتحاد الأوروبي لبطاقات الهوية الاستثمارية/بطاقات تسجيل الهوية الوطنية |
|---|---|---|---|
| أكاسيد النيتروجين | 50-100 ملغم/متر مكعب | ≤100 ملغم/متر مكعب | IED 2010/75/EU ≤100 ملغم/م³ |
| SO₂ (عند مدخل نظام إزالة غازات المداخن) | 6000 ملغم/متر مكعب | ≤35 ملغم/متر مكعب | مرسوم الأنشطة الهولندي ≤35 ملغم/م³ |
| الجسيمات الدقيقة (PM) | 100 ملغم/متر مكعب | ≤5 ملغم/متر مكعب | معدل امتصاص الصوديوم الهولندي ≤5 ملغم/م³ |
| CO (نظام التعشيق الرطب ESP) | متغير؛ خطر الانفجار أعلى من 250 ملغم/م³ | إيقاف تشغيل نظام ESP الرطب تلقائيًا عند 150-250 ملغم/متر مكعب | يلزم وجود قفل أمان |
| حجم غازات الاحتراق القياسي | 230,000 متر مكعب قياسي/ساعة | — | — |
| حجم غازات المداخن في العملية | 400,000 متر مكعب قياسي/ساعة عند 200 درجة مئوية | — | — |
| درجة حرارة مخرج الفرن | 200 درجة مئوية (التكليس)؛ 170 درجة مئوية (التلبيد/إزالة الكبريت) | — | — |
| محتوى الأكسجين | 12-15% الفعلي (11% الأساسي) | — | — |
| محتوى الرطوبة | 100 غ/م³ | — | — |
03 - محلول العلاج
نظام إزالة غازات المداخن من الحجر الجيري والجبس + نظام الترسيب الكهروستاتيكي الرطب BLWESP-540: نظام مُدمج يستغل التآزر بين التنظيف الرطب والترسيب الكهروستاتيكي
تم اختيار الجمع بين تقنية إزالة غازات المداخن الرطبة باستخدام الحجر الجيري والجبس وتقنية الترسيب الكهروستاتيكي الرطب، نظرًا لتكامل هاتين التقنيتين وتعزيزهما المتبادل في هذا التطبيق. تعمل مرحلة إزالة غازات المداخن بشكل أساسي على إزالة غاز ثاني أكسيد الكبريت الحمضي بكفاءة عالية، مع احتجاز ثانوي للجسيمات الدقيقة الموجودة في قطرات الرذاذ. أما مرحلة الترسيب الكهروستاتيكي الرطب، فتعمل بشكل أساسي على إزالة الجسيمات الدقيقة والرذاذ الحمضي الذي يمر عبر فواصل الرذاذ في مرحلة إزالة غازات المداخن، مما يحقق مستوى انبعاثات للجسيمات الدقيقة أقل من 5 ملغم/م³، وهو مستوى لا يمكن تحقيقه بشكل موثوق باستخدام تقنية إزالة غازات المداخن وحدها. يوفر هذا المزيج امتثالًا فائقًا لمعايير الانبعاثات المنخفضة لكل من ثاني أكسيد الكبريت والجسيمات الدقيقة، وهو مستوى لا يمكن لأي من التقنيتين تحقيقه بشكل منفرد في هذا السياق التطبيقي.
يشمل المشروع إنشاء برج جديد لإزالة الكبريت وجهاز جديد للترسيب الكهروستاتيكي الرطب. يستخدم نظام التحكم نظام تحكم موزع واحد مشترك بين وحدتي التشغيل، مع أنظمة مشتركة للمراوح، ومعالجة الملاط، وتحضير الملاط، وتجفيف الجبس، ومعالجة الملاط. أما الأنظمة الفرعية لتدفق العمليات فهي: نظام المراوح، ونظام مراقبة ثاني أكسيد الكربون، ونظام امتصاص الملاط، ونظام تحضير الملاط، ونظام تجفيف الجبس، ونظام مياه العمليات، والنظام الكهربائي.
برج امتصاص غازات المداخن (قطر 8.4-6.4 متر، 400,000 متر مكعب قياسي/ساعة)
تم تصميم وحدة امتصاص غازات المداخن المصنوعة من الحجر الجيري والجبس لاستيعاب كامل حجم غازات المداخن المجمعة وأقصى تركيز لثاني أكسيد الكبريت عند المدخل. أهم المعايير: حجم غازات المداخن 400,000 م³/ساعة؛ درجة حرارة غازات المداخن 200 درجة مئوية عند المدخل؛ تركيز ثاني أكسيد الكبريت عند المدخل 6,000 ملغم/م³؛ تركيز ثاني أكسيد الكبريت عند المخرج 35 ملغم/م³؛ نسبة الكالسيوم إلى الكبريت 1.03؛ سرعة الغاز أقل من 3.5 م/ث؛ القطر الداخلي للبرج 8.4/6.4 م (متدرج)؛ ارتفاع برج الامتصاص 31.5 م؛ نسبة السائل إلى الغاز 29.7؛ عدد طبقات الرش 5؛ معدل تدفق المضخة الواحدة 1,400 م³/ساعة؛ زمن ترسيب الملاط 5 ساعات؛ استهلاك تشغيل الحجر الجيري 2,150 كغم/ساعة (كحد أقصى). إنتاج الجبس: 3850 كجم/ساعة (كحد أقصى، أي ما يقارب 3.85 طن/ساعة)؛ نسبة رطوبة الجبس ≤15%؛ فواصل الرذاذ: نوع الشاشة ثنائية الطبقات؛ سعة تخزين الحجر الجيري الوسيط 180 م³ (يكفي لمدة 7 أيام عند 180 م³). مادة طين إزالة غازات المداخن هي الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205، الذي تم اختياره لمقاومته للتآكل في بيئة الطين عالية الكلوريد والكبريتات الناتجة عن معالجة غازات العادم للمواد الكربونية.
جهاز الترسيب الكهروستاتيكي الرطب (BLWESP-540، 320,000 متر مكعب/ساعة)
يدخل غاز ما بعد إزالة غازات المداخن، عند درجة حرارة 60 درجة مئوية تقريبًا، إلى جهاز الترسيب الكهروستاتيكي الرطب BLWESP-540. يقوم هذا الجهاز بالتقاط الجسيمات الدقيقة، ورذاذ الأحماض، والهباء الجوي دون الميكروني الذي لا تزيله أجهزة إزالة رذاذ غازات المداخن. المعايير الرئيسية: طراز جهاز الترسيب الكهروستاتيكي الرطب BLWESP-540؛ تصميم خارجي للبرج؛ تدفق الغاز: دخول من الأسفل، خروج من الأعلى (تدفق مباشر)؛ كفاءة التنقية ≥95%؛ تركيز الملوثات المختلطة الداخلة 100 ملغم/م³؛ تركيز الملوثات المختلطة الخارجة 5 ملغم/م³؛ مقاومة الجسم 300 باسكال؛ حجم غاز المداخن المعالج 320,000 م³/ساعة؛ درجة حرارة غاز المداخن <60 درجة مئوية؛ أبعاد لوحة الأنابيب 360×6,000 مم؛ ارتفاع أنبوب الأنود 6 م؛ عدد أنابيب الأنود 540؛ سرعة الغاز المعززة بالمجال 1.46 م/ث. أبعاد الجهاز 11500×7500×13000 مم؛ ارتفاع الجهاز 18000 مم؛ ضغط التصميم ±5000 باسكال؛ طراز وحدة التغذية BLEMG-2K؛ عدد وحدات التغذية 2؛ متوسط الطاقة 200 كيلوواط.
ملخص تدفق العمليات
الأفران
8 وحدات
غبار الكوكايين
يأسر
الأفران
48 وحدة
تحليل مجموعات التركيز ⭐
99.5% SO₂
BLWESP-540
≥95% PM
→ مكدس
⭐ معدات جديدة في هذا المشروع. نظام مراقبة أول أكسيد الكربون في المرسب الكهروستاتيكي الرطب (إيقاف التشغيل التلقائي عند 150-250 ملغم/م³ من أول أكسيد الكربون) يحمي من خطر الانفجار في جميع أنحاء النظام.
ملخص المعدات الرئيسية وتكاليف التشغيل
| غرض | مواصفة |
|---|---|
| برج امتصاص غازات المداخن | القطر 8.4/6.4 متر؛ الارتفاع = 31.5 متر؛ الطول/العرض = 29.7؛ 5 طبقات رش؛ مضخة 1400 متر مكعب/ساعة؛ مادة طينية من الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 |
| استهلاك الحجر الجيري لنظام إزالة غازات المداخن (الحد الأقصى) | 2150 كجم/ساعة؛ التكلفة السنوية تقريبًا 672 عشرة آلاف يوان صيني (400 يوان صيني/طن) |
| إنتاج الجبس من غازات المداخن (الحد الأقصى) | 3850 كجم/ساعة (≈3.85 طن/ساعة)؛ الرطوبة ≤15% |
| نظام ESP رطب | BLWESP-540؛ 320,000 م³/ساعة؛ ≥95%؛ 540 أنبوب أنود φ360×6,000 مم؛ 11,500×7,500×13,000 مم؛ BLEMG-2K |
| مضخات التدوير (نظام إزالة غازات المداخن) | 5 وحدات (أ/ب/ج/د/هـ)؛ 132/160/185/185/200 كيلوواط؛ إجمالي القدرة المركبة حوالي 862 كيلوواط للتدوير فقط |
| جماهير مسودة الحث | 350 × 2 كيلوواط (تشغيل + احتياطي)؛ 6000 باسكال؛ قناة بقطر 3220 مم |
| أقصى قدرة تشغيل للنظام | 1664.95 كيلوواط فعلي؛ 1959.45 كيلوواط إجمالي القدرة المركبة |
| التكلفة السنوية للكهرباء (8000 ساعة) | ما يعادل حوالي 479.5 عشرة آلاف يوان صيني (0.36 يوان صيني/كيلوواط ساعة) |
| التكلفة السنوية للحجر الجيري | حوالي 672 عشرة آلاف يوان صيني (2150 كجم/ساعة بسعر 400 يوان صيني/طن) |
| عتبة التعشيق لغاز أول أكسيد الكربون (الضغط الكهروستاتيكي الرطب) | إيقاف التشغيل التلقائي عند تركيز ثاني أكسيد الكربون 150-250 ملغم/متر مكعب عند مدخل جهاز الطرد المركزي الرطب (للوقاية من الانفجار) |
04 - المزايا الأساسية
خمسة أسباب تجعل نظام إزالة غازات المداخن باستخدام الحجر الجيري والجبس مع المرسب الكهروستاتيكي الرطب مثاليًا لتلبيد الأنود الكربوني
- ✓
إن الجمع بين نظام إزالة غازات المداخن ونظام الترسيب الكهروستاتيكي الرطب يحقق ما لا تستطيع أي من التقنيتين تحقيقه بمفردها: تُقلل وحدة إزالة غازات المداخن الرطبة (FGD) بكفاءة 99.5% تركيز ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) من 6000 ملغم/م³ إلى 35 ملغم/م³، إلا أنها تُنتج أيضًا رذاذًا دقيقًا من بلورات كبريتات الكالسيوم المتبقية التي تمر عبر مُزيل الرذاذ، مما يُؤدي إلى تركيز جسيمات دقيقة (PM) يتراوح بين 20 و50 ملغم/م³ عند المدخنة دون مزيد من المعالجة. يقوم المرسب الكهروستاتيكي الرطب (ESP) بالتقاط هذه البلورات الدقيقة وقطرات الرذاذ الحمضي لتوفير تركيز جسيمات دقيقة (PM) لا يتجاوز 5 ملغم/م³، وهو الحد الذي تتطلبه معايير الاتحاد الأوروبي لأفضل التقنيات المتاحة (BAT) في مجال انبعاثات غازات الدفيئة (IED). تتولى وحدة إزالة غازات المداخن إزالة ثاني أكسيد الكبريت بشكل كبير، بينما يقوم المرسب الكهروستاتيكي الرطب بمعالجة الجسيمات الدقيقة (PM) النهائية. لن تُحقق كل مرحلة على حدة متطلبات الامتثال الكاملة، ولكنهما معًا تُحققان امتثالًا منخفضًا للغاية في كلا المعيارين. - ✓
نسبة L/G=29.7 والرش ذو 5 طبقات محددة بشكل صحيح لمدخل SO₂ بتركيز 6000 ملغم/م³ عند إزالة 99.5%: تُعدّ نسبة السائل إلى الغاز البالغة 29.7 - وهي من أعلى النسب في أنظمة إزالة غازات المداخن الموصوفة في الدراسات العشرين التي تمت مراجعتها - نتيجة مباشرة لتركيز ثاني أكسيد الكبريت الداخل البالغ 6000 ملغم/م³، بالإضافة إلى متطلبات إزالة 99.5%. عند نسب السائل إلى الغاز القياسية لأنظمة إزالة غازات المداخن في محطات الطاقة، والتي تتراوح بين 8 و15، سيتجاوز الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكبريت في الطور الغازي عند تركيز 6000 ملغم/م³ الداخل قدرة امتصاص الطور السائل قبل الوصول إلى الهدف المحدد عند المخرج. يوفر الرش ذو الطبقات الخمس ونسبة السائل إلى الغاز البالغة 29.7 زمن بقاء التلامس بين الغاز والسائل اللازم لتحقيق متطلبات إزالة ثاني أكسيد الكبريت الديناميكية الحرارية. لن يعمل النظام المصمم لظروف محطات الطاقة، والذي تم تكبير حجمه فقط، بشكل صحيح في هذا التطبيق دون إعادة تحسين نسبة السائل إلى الغاز وعدد طبقات الرش بشكل دقيق. - ✓
الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 للأجزاء المبللة بسائل إزالة غازات المداخن يعالج تآكل الغازات المنبعثة من عمليات معالجة الكربون: يحمل غاز العادم الناتج عن تلبيد الأنود الكربوني مركبات عضوية، وبقايا كلوريد، وتركيزات عالية من الكبريتات، مما يخلق بيئة تآكل شديدة العدوانية لحلقة معالجة غازات المداخن. في هذه البيئة، يتعرض الفولاذ المقاوم للصدأ القياسي 316L المستخدم في أنظمة معالجة غازات المداخن في محطات الطاقة لتآكل متسارع وتلف مبكر. أما الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205، بمحتواه الأعلى من الكروم (22%) والموليبدينوم (3.1%) والنيتروجين مقارنةً بالفولاذ 316L، فيوفر مقاومة فائقة للتنقر، والتآكل الشقوقي، وتشققات التآكل الإجهادي في بيئة معالجة غازات المداخن الغنية بالكلوريد والكبريتات، والتي تُستخدم في تطبيقات معالجة الكربون. يُضيف هذا التحديث في المواد تكلفة رأسمالية، ولكنه ضروري لتحقيق العمر التشغيلي المصمم. - ✓
يوفر نظام التعشيق الخاص بأول أكسيد الكربون في نظام التفريغ الكهروستاتيكي الرطب حماية أساسية ضد خطر الانفجار: يعمل المرسب الكهروستاتيكي الرطب بجهد عالٍ (مولد BLEMG-2K، متوسط قدرة 200 كيلوواط). تحتوي غازات العادم الناتجة عن معالجة الكربون على أول أكسيد الكربون بتركيزات قد تقترب من الحد الأدنى للانفجار أو تتجاوزه في حجرة المرسب الكهروستاتيكي الرطب في حال عدم استقرار احتراق الفرن. يُعد نظام مراقبة أول أكسيد الكربون عند مدخل المرسب الكهروستاتيكي الرطب، والمرتبط بنظام إيقاف تشغيل تلقائي عند تركيز 150-250 ملغم/م³ من أول أكسيد الكربون، حاجز الأمان الأساسي بين تراكم أول أكسيد الكربون وانفجار المرسب الكهروستاتيكي الرطب. يجب التعامل مع هذا النظام كنظام بالغ الأهمية لسلامة الأرواح، وصيانته واختباره وفقًا للجدول الزمني نفسه لأنظمة إخماد الحرائق وكشف الغازات. - ✓
يُحقق منتج الجبس الثانوي بمعدل 3.85 طن/ساعة قيمة تجارية كبيرة: بقدرة إنتاج قصوى للجبس تبلغ 3850 كجم/ساعة، يُنتج نظام إزالة غازات المداخن هذا ما يقارب 30.8 طن من الجبس يوميًا (8 ساعات تشغيل)، وهو حجم ذو أهمية تجارية كبيرة. إذا كانت جودة الجبس مطابقة لمواصفات مواد البناء وفقًا للمعيار الأوروبي EN 13279-1 (نقاء CaSO₄·2H₂O ≥ 90%، كلوريد ≤ 0.01%، رطوبة ≤ 15%)، فإن عائدات مبيعات الجبس لمصنعي ألواح الجدران أو منتجي الأسمنت يمكن أن تُغطي بشكل كبير تكلفة كاشف الحجر الجيري البالغة 2150 كجم/ساعة. يُعد إبرام اتفاقية توريد الجبس قبل بدء التشغيل، وتطبيق برنامج لمراقبة جودة الجبس منذ بدء التشغيل، أمرًا بالغ الأهمية من الناحية التجارية، تمامًا مثل برنامج الامتثال لانبعاثات ثاني أكسيد الكبريت.
05 - النتائج التشغيلية
بيانات الامتثال الموثقة وملخص التكاليف السنوية
التكاليف التشغيلية السنوية: الكهرباء بمعدل 1664.95 كيلوواط (0.36 يوان صيني/كيلوواط ساعة، 8000 ساعة/سنة) = حوالي 479.5 ألف يوان صيني؛ الحجر الجيري بمعدل 2150 كجم/ساعة (400 يوان صيني/طن، 8000 ساعة) = حوالي 672 ألف يوان صيني؛ يُعد الحجر الجيري العنصر الأكبر في تكلفة المواد الكيميائية. إنتاج الجبس بمعدل 3850 كجم/ساعة لمدة 8000 ساعة/سنة = حوالي 30800 طن/سنة، وهو ما يمكن أن يُدرّ عائدات مبيعات كبيرة تُغطي تكلفة المواد الكيميائية، وذلك بحسب أسعار سوق الجبس المحلية.
06 - احتياطات التنفيذ
ستة اعتبارات هندسية وأمنية حاسمة لمعالجة الغازات المنبعثة من الأنود الكربوني
- 🚫
يشكل خطر انفجار أول أكسيد الكربون في المرسب الكهروستاتيكي الرطب خطراً على سلامة الأرواح - إن نظام التعشيق الخاص بأول أكسيد الكربون ليس اختيارياً ويجب عدم تجاوزه أبداً: تحتوي غازات العادم الناتجة عن معالجة الكربون على أول أكسيد الكربون بتراكيز قد تصل إلى مستويات قابلة للانفجار في المرسب الكهروستاتيكي الرطب في حال عدم استقرار الاحتراق. يوفر المجال الكهربائي عالي الجهد في المرسب الكهروستاتيكي الرطب مصدرًا للاشتعال. عندما يصل تركيز أول أكسيد الكربون عند مدخل المرسب الكهروستاتيكي الرطب إلى 150-250 ملغم/م³، يجب أن يتم تفعيل نظام الإغلاق التلقائي للمرسب الكهروستاتيكي الرطب بشكل موثوق في كل مرة. يجب أن يكون هذا النظام: مُختَبَرًا بالتردد المحدد (شهريًا على الأقل)؛ مُصانًا بواسطة فني أجهزة كهربائية مؤهل؛ غير قابل للتجاوز لأي سبب تشغيلي؛ وموصولًا بنظام مراقبة السلامة المركزي للمنشأة مع إرسال إشعار إنذار إلى الإدارة المناوبة. تشمل إجراءات الاستجابة: ربط نظام مراقبة تركيز أول أكسيد الكربون عند مدخل نظام إزالة الكبريت من غازات المداخن بنظام التحكم التشغيلي للمرسب الكهروستاتيكي الرطب، وإيقاف تشغيل المرسب الكهروستاتيكي الرطب عندما يصل تركيز أول أكسيد الكربون في الغاز إلى 150-250 ملغم/م³؛ واستخدام السدود والحواجز وأحواض التجميع المحيطة كمستودع احتواء ثانوي في حالات الطوارئ. - ⚠️
إن قابلية غازات الاحتراق للتآكل، بالإضافة إلى قصر عمر خدمة المعدات، تتطلب إدارة استباقية للمواد: يتمثل الخطر الثاني الموثق في أن غازات المداخن شديدة التآكل، وأن عمر خدمة المعدات لا يفي بمتطلبات التصميم. وتُعدّ مواصفات الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 للأجزاء الملامسة لمحلول إزالة غازات المداخن استجابةً مباشرةً لهذا الخطر. ومع ذلك، فإن مواصفات المواد وحدها غير كافية؛ إذ تتطلب هذه المخاطر مراقبة التآكل (قياس سُمك الجدار في مواقع تمثيلية، سنويًا على الأقل بدءًا من السنة الثانية)، وإدارة درجة حموضة حلقة محلول إزالة غازات المداخن (الحفاظ على درجة الحموضة ضمن النطاق المحدد لمنع التآكل الحمضي الناتج عن انخفاض درجة الحموضة وترسب القشور عند ارتفاعها)، والتحكم في تركيز الكلوريد في حلقة المحلول (التفريغ والتخفيف لمنع تراكم الكلوريد فوق عتبة تشقق التآكل الإجهادي). - ⚠️
تتسبب تسربات أنابيب عملية الإنتاج الناتجة عن تشقق الأنابيب في فيضان مياه الصرف الصحي وتلوث البيئة المحيطة: الخطر الثالث الموثق هو تشقق الأنابيب مما يؤدي إلى فيضان مياه الصرف الصحي. يؤدي تدفق الطين عالي الكبريتات والكلوريدات ودرجة الحرارة عبر الأنابيب بمعدل يصل إلى 1400 متر مكعب/ساعة إلى إجهاد ميكانيكي كبير. لذا، يُنصح بإجراء فحص بصري أسبوعي لجميع أنابيب الطين، وإدراج خطوط طين نظام إزالة غازات المداخن ضمن نطاق الصيانة السنوية المخططة لاختبار سمكها بطريقة غير مدمرة، والاحتفاظ بمخزون من قطع الغيار لأقسام الأنابيب والوصلات القياسية، والتأكد من صيانة جميع أنظمة الاحتواء الثانوية (صواني التنقيط، والجدران الحاجزة، وأحواض التجميع الطارئة) في حالة جيدة لالتقاط أي فيضان قبل وصوله إلى البيئة. - ⚠️
يتطلب الاستهلاك المرتفع جداً للحجر الجيري (2150 كجم/ساعة) إدارة قوية لسلسلة التوريد والتخزين: مع استهلاك أقصى للحجر الجيري يبلغ 2150 كجم/ساعة وسعة تخزين 180 م³ (يكفي لمدة 7 أيام عند التشغيل بكامل الطاقة)، يجب إدارة إمدادات الحجر الجيري كمدخل بالغ الأهمية للإنتاج. يجب أن يضمن عقد التوريد انتظام التسليم. ينبغي الحفاظ على مستوى أدنى للمخزون (كمية تكفي لثلاثة أيام) لتفعيل أوامر الشراء التلقائية. في حال حدوث أي انقطاع غير مخطط له في التوريد، يجب وجود إجراءات طوارئ موثقة تتضمن خفض معدل الإنتاج بما يتناسب مع مخزون الحجر الجيري المتاح. - ⚠️
يجب إدارة جودة الجبس بشكل استباقي للحفاظ على تصنيف إعادة الاستخدام التجاري - يمكن أن تؤثر ملوثات عملية الكربون على نقاء الجبس: قد تحتوي غازات التلبيد الناتجة عن الأنود الكربوني على بقايا مركبات عضوية وجزيئات فحم الكوك التي تمتصها معلقات نظام إزالة غازات المداخن، مما قد يؤدي إلى تلوث منتج الجبس بمركبات عضوية، أو معادن ثقيلة من المواد الخام المستخدمة في الأقطاب الكهربائية (فحم الكوك البترولي)، أو ارتفاع نسبة الكلوريد. يلزم إجراء اختبارات جودة شهرية للجبس تشمل نقاء كبريتات الكالسيوم ثنائية الهيدرات (CaSO₄·2H₂O)، والرطوبة، ومحتوى الكلوريد، والمعادن الثقيلة، وذلك للتأكد من أن الجبس لا يزال ضمن مواصفات إعادة الاستخدام التجاري. في حال اكتشاف تلوث مرتبط بالكربون، يجب إعادة تصنيف الجبس كنفايات صناعية والتخلص منه من خلال مقاولين مرخصين، مما يلغي رصيد الإيرادات ويزيد من تكلفة التخلص. - ⚠️
يجب أن يحتوي نظام التحكم DCS المشترك بين نظام إزالة غازات المداخن ونظام الترسيب الكهروستاتيكي الرطب على أجهزة تعشيق أمان مستقلة لا يمكن تجاوزها بواسطة منطق التحكم في العملية: نظرًا لأن نظام إزالة غازات المداخن (FGD) ونظام الترسيب الكهروستاتيكي الرطب (ESP) يشتركان في نظام تحكم موزع (DCS) واحد، فهناك خطر من أن يؤثر عطل في نظام التحكم الموزع أو خطأ برمجي على مرحلتي المعالجة في آنٍ واحد. يجب على وجه الخصوص تنفيذ آلية التعشيق الخاصة بثاني أكسيد الكربون (CO) كمرحل أمان مادي (وليس مسارًا برمجيًا منطقيًا لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة PLC) لضمان تشغيلها بشكل مستقل عن حالة نظام التحكم الموزع. وبالمثل، يجب أن يكون إيقاف تشغيل مصدر الطاقة عالي الجهد لنظام الترسيب الكهروستاتيكي الرطب عند إنذار ثاني أكسيد الكربون عبارة عن آلية تعشيق سلكية يتم تفعيلها بغض النظر عن حالة نظام التحكم الموزع. يجب على فريق فحص السلامة الكهربائية التحقق من كلا آليتي التعشيق قبل بدء أي عملية إنتاج.
07 — أهم النقاط الهندسية
أربعة دروس مستفادة من مشروع إزالة غازات المداخن باستخدام مواد الكربون + المرسب الكهروستاتيكي الرطب
- !
يُعد خطر انفجار أول أكسيد الكربون في المرسبات الكهروستاتيكية الرطبة عاملاً فريداً وحاسماً في مجال السلامة لتطبيقات المواد الكربونية - يجب التعامل معه على أنه مسألة تتعلق بسلامة الأرواح، وليس مسألة تتعلق بالامتثال. يُعدّ نظام التعشيق الخاص بثاني أكسيد الكربون في المرسب الكهروستاتيكي الرطب أهم نظام أمان في هذه المنشأة. وتُعتبر معالجة المواد الكربونية حالةً فريدةً من نوعها بين الدراسات العشرين التي تناولت توليد ثاني أكسيد الكربون بتركيزاتٍ قد تُسبب انفجارًا في بيئة المرسب الكهروستاتيكي الرطب عالي الجهد. إنّ المهندسين الذين يُصممون أنظمة المرسب الكهروستاتيكي الرطب لتطبيقات معالجة الكربون، والذين يُهملون تطبيق نظام التعشيق الخاص بثاني أكسيد الكربون كنظام أمان أساسي، يُعرّضون أنفسهم لخطر انفجارٍ غير مقبول. ولا يتعلق الأمر هنا بتفضيلات الجهات التنظيمية، بل يتعلق بمنع انفجارٍ قد يكون مميتًا. - 2
إن تركيز 6000 ملغم/م³ من ثاني أكسيد الكبريت ليس مجرد نسخة "ذات تركيز أعلى" من غلاف فرن الصلب 2800 ملغم/م³ أو غلاف كربونات الليثيوم 4645 ملغم/م³ - فهو يتطلب تصميمًا مختلفًا تمامًا لنظام إزالة غازات المداخن مع نسبة L/G=29.7 و5 طبقات رش. يتطلب كل مضاعفة لتركيز ثاني أكسيد الكبريت الداخل مع الحفاظ على نفس الهدف عند المخرج زيادةً في نسبة السائل إلى الغاز (L/G) تتراوح بين 20 و30% تقريبًا للحفاظ على قوة الدفع الديناميكية الحرارية للامتصاص. عند تركيز 6000 ملغم/م³ عند المدخل مع هدف 35 ملغم/م³ عند المخرج (إزالة 99.4%)، يكون النظام قد وصل فعليًا إلى الحد العملي الأعلى لمعايير عملية إزالة الكبريت من غازات المداخن باستخدام الحجر الجيري والجبس. أي زيادة مستقبلية في تركيز ثاني أكسيد الكبريت الداخل تتجاوز 6000 ملغم/م³ ستتطلب إما نظام امتصاص ثنائي المراحل أو تقنية مختلفة تمامًا لإزالة الكبريت. - 3
إن استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 للأجزاء المبللة في تطبيقات معالجة الكربون في FGD ليس ترقية ممتازة - بل هو الحد الأدنى من المواصفات الممكنة لعمر خدمة مناسب. يؤدي اجتماع ارتفاع نسبة ثاني أكسيد الكبريت (الذي ينتج عنه الكبريتات)، وارتفاع نسبة المركبات العضوية الناتجة عن تلبيد الكربون، وارتفاع نسبة الكلوريد من شوائب المواد الخام، إلى خلق بيئة طينية تُهاجم الفولاذ المقاوم للصدأ 316L من خلال تشقق التآكل الإجهادي خلال سنتين إلى ثلاث سنوات. يُعد الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 - المُستخدم في جميع مكونات نظام إزالة غازات المداخن المُبللة بالطين في هذا النظام - هو النوع الذي يوفر مقاومة كافية لهذه البيئة التآكلية. إن قبول مواصفات مواد أقل جودة لتقليل التكلفة الرأسمالية الأولية سيؤدي إلى تعطل المعدات قبل الأوان خلال سنتين إلى ثلاث سنوات، مما يُكبّد تكاليف استبدال تتجاوز بكثير التوفير الأولي. - 4
يمثل الجبس بمعدل 3.85 طن/ساعة فرصة ربحية كبيرة تبرر الاستثمار في إدارة جودة الجبس منذ اليوم الأول. يتعامل معظم مشغلي أنظمة إزالة غازات المداخن مع الجبس كمنتج ثانوي للامتثال للوائح، أي أنه يُتخلص منه بأقل تكلفة ممكنة. ينتج هذا النظام، بمعدل إنتاج يبلغ 3.85 طن/ساعة، ما يقارب 30,800 طن من الجبس سنويًا. إذا كان هذا الجبس مؤهلًا ليكون جبسًا تجاريًا مناسبًا لأنظمة إزالة غازات المداخن (والذي يتطلب إدارة جودة فعّالة للتأكد من جودته والحفاظ عليها)، فإن عائدات مبيعات الجبس يمكن أن تُغطي بشكل كبير تكلفة كاشف الحجر الجيري الرئيسية البالغة 672 ألف يوان صيني سنويًا. إن التعامل مع برنامج جودة الجبس كمشروع تجاري، وليس مجرد التزام بتصنيف النفايات، هو الفرق بين نظام إزالة غازات المداخن الذي يغطي جزءًا من تكاليف تشغيله، ونظام آخر يُمثل مركز تكلفة صافية.
08 — الأسئلة الشائعة
معالجة غازات المداخن المنبعثة من عملية التلبيد باستخدام الأنود الكربوني + المعالجة الرطبة بتقنية الترسيب الكهروستاتيكي: إجابات على عشرة أسئلة
أسئلة من مديري تصاريح البيئة ومهندسي العمليات وفرق الصحة والسلامة والبيئة في منشآت تصنيع مواد الكربون وأقطاب الجرافيت والأنودات المخبوزة مسبقًا التي تخطط لتحديثات التحكم في انبعاثات غازات المداخن وأنظمة الترسيب الكهروستاتيكي الرطب بموجب متطلبات مرسوم الاتحاد الأوروبي بشأن الانبعاثات الصناعية / مرسوم الأنشطة الهولندي.
هل أنت مستعد لحل مشكلة انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت العالية الناتجة عن المواد الكربونية؟
استكشف المجموعة الكاملة من حلول التحكم في الانبعاثات الصناعية
من إزالة غازات المداخن باستخدام الحجر الجيري والجبس والترسيب الكهروستاتيكي الرطب لأفران تلبيد الأنود الكربوني إلى أنظمة الأكسدة الحرارية التجديدية للحد من انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة الصناعيةيقدم فريقنا الهندسي حلولاً متوافقة مع توجيهات الاتحاد الأوروبي بشأن الانبعاثات الذكية لتلبية متطلبات التحكم في انبعاثات المواد الكربونية الأكثر تطلباً.
