2.5. ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕΣΑ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΗ ΚΑΜΙΝΟ

• Ενεργειακές καταναλώσεις στην παραγωγή του κλίνκερ

Είναι γνωστό ότι η διαδικασία πύρωσης του ασβεστολίθου, ως ιδιαιτέρως ενδόθερµη

αντίδραση, είναι η κύρια διεργασία κατανάλωσης ενέργειας, ενώ οι αντιδράσεις

συσσωµάτωσης που ακολουθούν είναι κατά κύριο λόγο εξώθερµες αντιδράσεις. Η

κατανάλωση ενέργειας (ποσότητα καυσίµου), που είναι απαραίτητη στην παραγωγή

του κλίνκερ, εξαρτάται κατά κύριο λόγο από τη µέθοδο κατεργασίας της φαρίνας,

αλλά και από τις αντίστοιχες διατάξεις. Οι καταναλώσεις αυτές, είναι:

1. 3000-3800 MJ/ t κλίνκερ για ξηρή µέθοδο παραγωγής µε 3-6 στάδια

προθέρµανσης/πύρωσης ασβεστολίθου (dry process preheater/precalciner)

2. 3100-4200 MJ/ t κλίνκερ για ξηρή µέθοδο παραγωγής µε διάφορα στάδια

προθέρµανσης (dry process preheater)

3. 3300-4500 MJ/ t κλίνκερ ηµι-ξηρή/ηµι-υγρή µέθοδο παραγωγής (Lepol-kiln)

4. Έως 5000 MJ/ t κλίνκερ για ξηρή µέθοδο παραγωγής σε µεγάλου µήκους

καµίνους (dry process long kilns)

5. 5000-6000 MJ/ t κλίνκερ για υγρή µέθοδο παραγωγής σε µεγάλου µήκους

καµίνους (wet process long kilns) and

6. 3100-4200 MJ/ t κλίνκερ για κατακόρυφες φρεατώδεις καµίνους.

Στον Πίνακα 2.3 συγκρίνονται αναλυτικά οι θερµικές καταναλώσεις σε διατάξεις

ξηρής µεθόδου (preheater/precalciner) και υγρής µεθόδου παραγωγής κλίνκερ. Οι

επιπλέον ενεργειακές καταναλώσεις στην παραγωγή του κλίνκερ τσιµέντου αφορούν

στις τεχνολογικά αναπόφευκτες ενεργειακές απώλειες της διεργασίας, οι οποίες

καταγράφονται στον πίνακα.

Η απρόσκοπτη λειτουργία της περιστροφικής καµίνου απαιτεί την ύπαρξη επαρκούς

πηγής θερµότητας, η οποία καταρχήν θα αυξήσει τη θερµοκρασία της καµίνου στην

απαιτούµενη τιµή λειτουργίας και κατόπιν θα τη διατηρήσει σε αποδεκτό

θερµοκρασιακό εύρος, αναπληρώνοντας τις απώλειες, λόγω ακτινοβολίας και αγωγής

στο σύστηµα της καµίνου και στα απαέρια, εξασφαλίζοντας έτσι την απαιτούµενη

θερµότητα για τις διεργασίες πυροσυσσωµάτωσης του µείγµατος των πρώτων υλών.

Η θερµότητα για τη λειτουργία της περιστροφικής καµίνου και την επιτέλεση των

αντιδράσεων πυροσυσσωµάτωσης (κλινκεροποίηση) προκύπτει από την καύση των

χρησιµοποιούµενων καυσίµων.

Πίνακας 2.1. Ενεργειακές απαιτήσεις στην παραγωγή του κλίνκερ (επεξεργασία δεδοµένων

του Taylor, 1997, p.61)

Η καύση είναι η χηµική αντίδραση (οξείδωση) του άνθρακα, του υδρογόνου και του

θείου του καυσίµου µε το οξυγόνο του αέρα, αντιδράσεις που είναι εντόνως

εξώθερµες.

C + O2 → CO2 (-94.03 kcal/mol) ή -7836 kcal/kg

Η2 + ½ O2 → Η2Ο (-67.88 kcal/mol) ή -33940 kcal/kg

S + O2 → SO2 (-70.81 kcal/mol) ή -2213 kcal/kg

Οι παραπάνω αντιδράσεις καύσης αφορούν σε πλήρη καύση των καυσίµων, ενώ όταν

γίνεται ατελής καύση του καυσίµου, η αντίδραση που λαµβάνει χώρα είναι:

C + ½ O2 → CO (Σχηµατισµός µονοξειδίου του άνθρακα CO αντί CO2) Η ατελής αντίδραση, παρά το γεγονός ότι και αυτή είναι εξώθερµη, εκλύει περίπου το

1/3 (≅ 2500 kcal/kg) της θερµότητας που εκλύει η πλήρης καύση και γίνεται

αντιληπτή από το µαύρο καπνό που παράγεται και υποδηλώνει άνθρακα ο οποίος δεν

έχει «καεί» για να παράξει θερµότητα.

Για να λάβουν χώρα οι αντιδράσεις πλήρους καύσης πρέπει να ικανοποιούνται δύο

προϋποθέσεις:

Μέθοδος παραγωγής Κατανάλωση ενέργειας στην παραγωγή του κλίνκερ (MJ/t κλίνκερ) Ξηρή Υγρή

Θεωρητική απαίτηση θερµότητας στις χηµικές αντιδράσεις παραγωγής κλίνκερ

1807 1741

Εξάτµιση υγρασίας πρώτων υλών 13 2364 Απώλεια θερµότητας στα απαέρια και στη σκόνη 623 753 Θερµικές απώλειες στο κλίνκερ 88 59 Απώλεια θερµότητας στον αέρα ψύξης του κλίνκερ 427 100 Απώλειες θερµότητας µε ακτινοβολία και µεταφορά 348 682 ΣΥΝΟΛΟ 3306 5699 Κατανάλωση άνθρακα (t / t κλίνκερ) (Θερµογόνος δύναµη χρησιµοποιούµενου άνθρακα 25.3 GJ/ t)

0.13 0.23

Κατανάλωση άνθρακα τ. Ινδίας (t / t κλίνκερ) (Θερµογόνος δύναµη χρησιµοποιούµενου άνθρακα 16.74 GJ/ t)

0.20 0.34

• Πρέπει να υπάρχει επαρκής ποσότητα οξυγόνου (από τον αέρα) για ανάµειξη µε το καύσιµο και η πραγµατική ποσότητα του εισαγόµενου αέρα πρέπει να είναι µεγαλύτερη της θεωρητικά απαιτούµενης, δηλαδή να υπάρχει περίσσεια αέρα. Η περίσσεια αέρα (% ) εξαρτάται από τον τύπο του καυσίµου, το σύστηµα έναυσης, το µέγεθος των τεµαχίων του καυσίµου προκειµένου περί στερεών ή το µέγεθος των σταγονιδίων προκειµένου περί υγρών καυσίµων

• Πρέπει να διατηρείται δεδοµένη ελάχιστη θερµοκρασία για την έναυση του µείγµατος καυσίµου-οξυγόνου

Το οξυγόνο της αντίδρασης προέρχεται από τον αέρα, ο οποίος περιέχει περίπου

78.1% κ.ο. (75.5% κ.β.) άζωτο και 20.9% κ.ο. (23% κ.β.) οξυγόνο, οπότε για να

επιτευχθεί πλήρης καύση απαιτούνται τουλάχιστον 5 όγκοι αέρα για κάθε ένα όγκο

οξυγόνου που απαιτείται για την πλήρη καύση.

Τόσο ή έλλειψη όσο και η υπερβολική περίσσεια αέρα έχουν δυσµενείς οικονοµικές

επιπτώσεις στη διεργασία παραγωγής κλίνκερ στις περιστροφικές καµίνους. Η

έλλειψη, επειδή παράγει µικρότερες ποσότητες της αναγκαίας θερµότητας

διεξαγωγής των αντιδράσεων πυροσυσσωµάτωσης, λόγω ατελούς καύσης. Επίσης, η

υπερβολική περίσσεια αέρα έχει οικονοµικές επιπτώσεις στη διεργασία. Αυτό

συµβαίνει, επειδή ποσοστό της παραγόµενης θερµότητας καταναλώνεται για την

ανύψωση της θερµοκρασίας της περίσσειας του αέρα (άζωτο και υπολειπόµενο

οξυγόνο από το απαιτούµενο στις αντιδράσεις καύσης) και κατόπιν απάγεται ως

λανθάνουσα θερµότητα στα καπναέρια, αντί να χρησιµοποιείται στην κυρίως

διεργασία της πυροσυσσωµάτωσης.

Εκτός των άλλων, υπερβολική περίσσεια αέρα και θερµότητα στην περιοχή του

άκρου εισόδου της τροφοδοσίας (περιοχή αλύσεων προθέρµανσης) µπορεί να

οδηγήσει σε εκδήλωση πυρκαϊάς, λόγω του άνθρακα που περιέχεται στο υλικό

(χάλυβας) των αλύσεων. Άρα, οι συνθήκες καύσης µέσα στην κάµινο πρέπει να είναι

κατάλληλες ώστε να γίνεται πλήρης καύση του καυσίµου που υπάρχει, χωρίς

σηµαντικές απώλειες θερµότητας στο περιβάλλον, φαινόµενο που έχει οικονοµικές

επιπτώσεις στο κόστος της διεργασίας. Οι υποδείξεις των κατασκευαστών

καυστήρων προτείνουν, ανάλογα µε τον τύπο του καυσίµου, τα παρακάτω ποσοστά

% περίσσειας αέρα:

Φυσικό αέριο 10-20%

Πετρέλαιο 10-20%

Λειοτριβηµένος άνθρακας 20-25%

Όπως µνηµονεύθηκε προηγουµένως, σηµαντικό ρόλο στην καύση παίζει και η

θερµοκρασία έναυσης του καυσίµου, η οποία για τους διάφορους τύπους καυσίµων

δίνεται στον Πίνακα 2.4.

Από τον Πίνακα 2.4 είναι φανερό ότι, οι θερµοκρασίες έναυσης των αερίων

καυσίµων είναι µεγαλύτερες από τις αντίστοιχες των υγρών και στερεών καυσίµων,

γεγονός που καθορίζει τη θέση του ακροφυσίου του καυστήρα µέσα στην κάµινο.

Πίνακας 2.4. Θερµοκρασίες έναυσης ορυκτών καυσίµων στην τσιµεντοβιοµηχανία

Είδος καυσίµου Θερµοκρασία έναυσης, °C

Ανθρακας 250

Πετρέλαιο 200

Fuel Oil No.1 210

Fuel Oil No.2 256

Fuel Oil No.4 262

Φυσικό αέριο 550

Petcoke 620-670

• Είδη καυσίµων της τσιµεντοβιοµηχανίας

Τα ορυκτά καύσιµα που χρησιµοποιούνται στις διατάξεις των περιστροφικών

καµίνων είναι τριών ειδών (Πίνακας 2.5):

Αέρια, υγρά, στερεά και εναλλακτικά ή συνδυασµός τουλάχιστον δύο ειδών από τα

παραπάνω.

Τα αέρια καύσιµα, κυρίως φυσικό αέριο (≅ 95% CH4), επειδή είναι το φθηνότερο

από τα υπόλοιπα αέρια και έχει µεγάλη θερµογόνο δύναµη, λόγω και του

περιεχόµενου υδρογόνου. Χρησιµοποιείται κατά κύριο λόγο στην

τσιµεντοβιοµηχανία και παρουσιάζει ουσιαστικά πλεονεκτήµατα έναντι των άλλων

ορυκτών καυσίµων. Αυτά είναι τα εξής:

• ∆εν χρειάζεται καµιά προετοιµασία ξήρανση, λειοτρίβηση ή προθέρµανση, όπως τα στερεά ή τα υγρά, αντιστοίχως

• Η καύση λαµβάνει χώραν µόλις αναµειχθεί µε την κατάλληλη ποσότητα αέρα και η θερµοκρασία έναυσης φθάσει στην επιθυµητή τιµή της

• Η ατµόσφαιρα στη ζώνη καύσης είναι «διαυγής» σε σχέση µε αυτή που εµφανίζεται στις περιπτώσεις καύσης πετρελαίου ή άνθρακα

• Χρησιµοποιούνται απλά συστήµατα καύσης χωρίς ουσιαστική ανάγκη συντήρησης

• Παρουσιάζουν περιβαλλοντικά πλεονεκτήµατα, λόγω χαµηλών εκποµπών αερίων του θερµοκηπίου και άλλων εκποµπών

• Επιπλέον, πλεονέκτηµα της έναυσης του φυσικού αερίου θεωρείται η µη αναγκαιότητα σηµαντικής ποσότητας αρχικού αέρα, ώστε η δευτερογενής παροχή θερµού αέρα χρησιµοποιείται αποκλειστικά στην καύση µέσα στην κάµινο

Επειδή η θερµοκρασία, που επικρατεί στη ζώνη έναυσης της καµίνου, είναι

υψηλότερη στην περίπτωση χρήσης φυσικού αερίου, σε σχέση µε τα άλλα καύσιµα,

απαιτείται κατάλληλη προσαρµογή του καυστήρα και της θέσης του στην έξοδο της

καµίνου σε περίπτωση αλλαγής τύπου καυσίµου.

Τα υγρά καύσιµα που χρησιµοποιούνται στην τσιµεντοβιοµηχανία είναι, για λόγους

χαµηλού κόστους, αποκλειστικά βαρέα κλάσµατα της απόσταξης αργού πετρελαίου,

τα οποία εµφανίζουν µεγάλο ιξώδες (είναι παχύρρευστα) και απαιτούν ιδιαίτερη

προετοιµασία (προθέρµανση για να µειωθεί το ιξώδες τους) και προσοχή για την

ικανοποιητική τους «εκνέφωση», ώστε να προκληθεί ή έναυσή τους. Ουσιαστικής

σηµασίας παράγοντας για την καλή λειτουργία της καµίνου είναι η πρόκληση καλής

εκνέφωσης (µικρό µέγεθος σταγονιδίων) των υγρών καυσίµων. Για να προκληθεί

εκνέφωση, απαιτείται επαρκής συµπίεση και κατάλληλο ακροφύσιο. Η ατελής

εκνέφωση (µεγάλο µέγεθος σταγονιδίων καυσίµου) έχει ως αποτέλεσµα ατελή καύση

και δηµιουργεί επικάθιση µέρους του «µη καµένου» πετρελαίου στα τοιχώµατα της

περιστροφικής καµίνου και ανεπιθύµητη ανάµειξη µε την κατεργαζόµενη

τροφοδοσία.

Ως στερεά καύσιµα θεωρούνται οι παντός είδους ορυκτοί άνθρακες, ξύλα και επίσης

άχρηστα ελαστικά αυτοκινήτων, στερεά οργανικά απόβλητα, τα οποία µπορούν να

χρησιµοποιηθούν στην τσιµεντοβιοµηχανία για την παραγωγή ενέργειας (θερµότητα)

• Οι ορυκτοί άνθρακες κατατάσσονται σε τρεις κύριες κατηγορίες και συγκεκριµένα σε ανθρακίτες, βιτουµενιούχους άνθρακες και λιγνίτες

• Οι ανθρακίτες είναι οι γεωλογικά παλαιότεροι άνθρακες µε σηµαντικό ποσοστό άνθρακα, µικρό ποσοστό πτητικών και πρακτικά χωρίς υγρασία

• Οι λιγνίτες είναι οι γεωλογικά νεότεροι άνθρακες, µε χαµηλό ποσοστό µόνιµου άνθρακα, σηµαντικό ποσοστό πτητικών, υγρασίας και τέφρας µετά την καύση

• Οι βιτουµενιούχοι άνθρακες είναι άνθρακες ενδιάµεσης θερµογόνου δύναµης

Η χηµική σύσταση των ανθράκων έχει σηµαντική επίδραση στην καύση τους και οι

ιδιότητές τους διακρίνονται στις φυσικές και τις χηµικές

• Οι φυσικές ιδιότητες των ανθράκων περιλαµβάνουν τη θερµογόνο δύναµή τους, το ποσοστό υγρασίας, την περιεκτικότητά τους σε πτητικά και την περιεκτικότητά τους σε τέφρα ενώ,

• Οι χηµικές τους ιδιότητες αναφέρονται στην περιεκτικότητά τους σε άνθρακα, υδρογόνο, οξυγόνο και θείο (στοιχειακή ανάλυση)

Το ποσοστό υγρασίας των ανθράκων κυµαίνεται από 0.5-10% περίπου και θεωρείται

ως «µειονέκτηµα» των ανθράκων, επειδή αντικαθιστά µέρος της καύσιµης ύλης και

µειώνει τη θερµογόνο δύναµή τους.

Τα πτητικά συστατικά των ανθράκων είναι εύφλεκτα αέρια (µεθάνιο, υδρογόνο,

µονοξείδιο του άνθρακα) και µη εύφλεκτα αέρια όπως διοξείδιο του άνθρακα και

οξείδια αζώτου. Είναι φανερό ότι µεγάλη περιεκτικότητα σε πτητικά συµβάλει στην

εύκολη ανάφλεξη των ανθράκων.

• Εναλλακτικά καύσιµα (alternative fuels)

Τα τελευταία χρόνια, για προφανείς περιβαλλοντικούς (ανεξέλεγκτη απόθεση

απορριµµάτων, εξοικονόµηση ορυκτών καυσίµων, µείωση εκποµπών CO2 κλπ.) αλλά

και οικονοµικούς λόγους, γίνεται ευρεία χρήση εναλλακτικών (µη συµβατικών)

καυσίµων στην τσιµεντοβιοµηχανία για την παραγωγή µέρους της απαιτούµενης

ποσότητας θερµότητας. Τα καύσιµα αυτά παρουσιάζουν πολλές φορές υπέρτερες

ιδιότητες έναντι των συµβατικών καυσίµων όσον αφορά στη θερµογόνο δύναµή τους

(Πίνακας 2.5).

Το είδος των καυσίµων που χρησιµοποιούνται στην τσιµεντοβιοµηχανία

κατανέµονται ποσοστιαία κατ’ είδος, σύµφωνα µε την ευρωπαϊκή ένωση

τσιµεντοβιοµηχανιών (CEMBUREAU), όπως στον Πίνακα 2.6, ενώ η χρήση τους σε

διάφορες ευρωπαϊκές χώρες φαίνεται στο Σχήµα 2.31.

Πίνακας 2.5. Είδος και θερµογόνος δύναµη καυσίµων τσιµεντοβιοµηχανίας

Πίνακας 2.6. Το είδος των καυσίµων που χρησιµοποιούνται στην τσιµεντοβιοµηχανία

Συµβατικά και εναλλακτικά καύσιµα τσιµεντοβιοµηχανίας

Θερµογόνος δύναµη, GJ/tonne

A. Συµβατικά καύσιµα τσιµεντοβιοµηχανίας • Άνθρακας (6000 kcal/kg) • Petcoke • Μείγµα άνθρακα-Petcoke

25.3 33.7 29.0

B. Εναλλακτικά καύσιµα (alternative fuels) 1. Άχρηστα ελαστικά οχηµάτων 27-31 2. Άχρηστα λιπαντικά 33 3. Βιοµηχανικά και άλλα απορρίµµατα

• Χαρτοπολτός, χαρτί, χαρτόνια • Πλαστικά • Υλικά συσκευασίας • Απορρίµµατα υφαντουργίας • Άλλα

17 21 22 21 21

4. Μείγµα οικιακών απορριµµάτων 15 5. Άλευρα οστών ζώων και ζωϊκά λίπη 19 6. Ρινίσµατα βιοµηχανίας ξύλου 13 7. ∆ιαλύτες (οργανικοί) 24 8. ΄Αλλα, όπως:

• Ιλύς διυλιστηρίων • Οργανικά κατάλοιπα διυλιστηρίων • Ιλύς βιολογικών καθαρισµών (ξηρή)

13

13-16

Είδος καυσίµου Ποσοστό, % Petcoke 50.5 Άνθρακες 24 Πετρέλαιο και βαρέα κλάσµατα 5 Λιγνίτες και άλλα είδη στερεών καυσίµων 5.5 Φυσικό αέριο 1.0 Εναλλακτικά καύσιµα 14

Σχήµα 2.31. Ποσοστιαία % και απόλυτη κατανάλωση (×106 tonnes) εναλλακτικών καυσίµων στην ευρωπαϊκή τσιµεντοβιοµηχανία

• Ο µόνιµος άνθρακας

Ο µόνιµος άνθρακας (Fixed carbon, FC) είναι η κύρια πηγή έκλυσης

θερµότητας κατά την καύση και χρησιµοποιείται για τον κατ’ εκτίµηση

προσδιορισµό της θερµογόνου δύναµης των ανθράκων

Ο προσδιορισµός του µόνιµου άνθρακα FC στους διαφόρους τύπους

ανθράκων προκύπτει µε αφαίρεση του αθροίσµατος (ποσοστό υγρασίας +

ποσοστό πτητικών + ποσοστό τέφρας) από την τιµή 100 δηλαδή:

FC = 100 - (ποσοστό υγρασίας + ποσοστό πτητικών + ποσοστό τέφρας)

Ιδιαίτερη σηµασία και προσοχή πρέπει να δίνεται στην περίπτωση χρήσης ανθράκων

στις περιστροφικές καµίνους, επειδή τα λεπτοµερή τεµάχια άνθρακα, που

προκύπτουν από τη διακίνησή τους και από τις διεργασίες ελάττωσης µεγέθους,

προκαλούν προβλήµατα και εγκυµονούν κινδύνους στην καύση. Στις περιπτώσεις

αυτές, και για να αποφευχθεί η απόµειξη (segregation) των λεπτοµερών τεµαχίων από

τα χονδροµερή στους σωρούς αποθήκευσης, επιβάλλεται διαβροχή των λεπτοµερών

και ανάµειξη των συσσωµατωµάτων µε χονδροµερή τεµάχια. Η παραπάνω πρακτική

µειώνει το ποσοστό του άνθρακα που δεν καίεται και επίσης την απαιτούµενη %

περίσσεια αέρα.

Στον Πίνακα 2.7 δίνονται ενδεικτικά χαρακτηριστικές φυσικές και χηµικές ιδιότητες

ορυκτών καυσίµων που χρησιµοποιούνται στην τσιµεντοβιοµηχανία.

Πίνακας 2.7. Χαρακτηριστικές ιδιότητες ορυκτών καυσίµων τσιµεντοβιοµηχανίας

Στοιχείο, % περιεκτικότητα

Πετρέλαιο, Fuel Oil

Άνθρακας, Coal (Ινδίας)

Φυσικό αέριο, Natural Gas

Άνθρακας, Carbon 84 41.11 74

Υδρογόνο, Hydrogen 12 2.76 25

Θείο, Sulphur 3 0.41 -

Οξυγόνο, Oxygen 1 9.89 ίχνη

Άζωτο, Nitrogen ίχνη 1.22 0.75

Τέφρα, Ash ίχνη 38.63 -

Υγρασία, moisture ίχνη 5.98 -

Ενδεικτικές τιµές Ανώτερη Θερµογόνος δύναµη, GCV (Gross calorific value),

10500-10700 kcal/kg ή

43.9-44.8 GJ/t

4000 kcal/kg = 16.74 GJ/t Κυµαίνεται

µεταξύ 4000-6000

kcal/kg (16.74-25.3

GJ/t), Εξαρτάται από τη

9350 kcal/Nm3 (Συνήθως κυµαίνεται από 9000-

11000 kcal/Nm3)

• Η τέφρα της καύσης - Επίδραση στην παραγωγή κλίνκερ

Η τέφρα αποτελεί την ανόργανη ύλη των ανθράκων (καύσιµα), η οποία

κυµαίνεται µεταξύ 5-40% στους άνθρακες και αποτελεί το κατάλοιπο της

καύσης

Η περιεκτικότητα του καυσίµου σε ανόργανες ύλες άρα και του προϊόντος της

καύσης σε τέφρα επηρεάζει την απόδοση της καύσης. Επίσης, έχει επίδραση

στο προϊόν της διεργασίας πυροσυσσωµάτωσης (κλίνκερ), επειδή, λόγω της

χηµικής συγγένειάς της µε τα οξείδια της φαρίνας, ενσωµατώνεται σε κάποιο

ποσοστό (≈70-80%) στις παραγόµενες φάσεις του κλίνκερ µεταβάλλοντας την

αναλογία των διαφόρων οξειδίων στο κλίνκερ, οπότε επηρεάζει τις τιµές των

δεικτών στόχων (LSF, SR) και ως εκ τούτου πρέπει να λαµβάνεται πάντοτε

υπόψη (Πίνακας 2.8). Επίσης, έχει σηµαντική επίδραση στον εξοπλισµό

ελέγχου της αέριας ρύπανσης και απαιτεί ειδικό εξοπλισµό διαχείρισης των

στερεών καταλοίπων της διεργασίας αλλά και του SO2 που παράγεται λόγω

του περιεχόµενου θείου του καυσίµου. Παρακάτω αναλύεται η επίδραση της

ενσωµάτωσης της τέφρας του καυσίµου στο κλίνκερ.

Πίνακας 2.8. Επίπτωση ενσωµάτωση τέφρας του καυσίµου στο παραγόµενο κλίνκερ

1 2 3 4

Συµβολισµοί

Μείγµα πρώτων υλών (φαρίνα),

% περιεκτικότητα οξειδίων,

επιθυµητές τιµές δεικτών κλίνκερ

% περιεκτικότητα

οξειδίων τέφρας

καυσίµου

Κλίνκερ % περιεκτικότητα

οξειδίων στο κλίνκερ, δείκτες κλίνκερ, κλπ.

Προκύπτον κλίνκερ (ενσωµάτωση 80% τέφρας στο κλίνκερ και κατανάλωση καυσίµου 0.15t/t

κλίνκερ) C = % CaO 43.74 8 68.45 67.72 S = % SiO2 14.53 48 22.73 23.03

A = % Al2O3 3.41 29 5.36 5.64 F = % Fe2O3 1.44

63.12

10 2.25

63.12/0.639= 98.78

2.34 Υπόλοιπο, R

CO2, H2O κλπ. 100-63.12 36.88 5 1.22 100-98.78 1.27

LSF, % 96 - 96 93.2

SR 3.0 - 3.0 2.89

• Από τον προσδιορισµό της αναλογίας ανάµειξης τριών (-3-) δεδοµένων πρώτων

υλών για την παραγωγή κλίνκερ (µε δείκτες στόχους LSF 96% και SR 3.0),

προέκυψε µια µέση χηµική ανάλυση φαρίνας η οποία δίνεται στη στήλη 1 του

Πίνακα 2.8. Το κλίνκερ που θα παραχθεί θα έχει τη χηµική ανάλυση της στήλης

3 του Πίνακα 2.8. Έχει γίνει η υπόθεση ότι κατά την κλινκεροποίηση θα

αποµακρυνθεί, ως CO2 (34.37%) και H2O, µόνο το 36.1% (από το 36.88%,

Στήλη 1, Πίνακας 2.8) του υπολοίπου των πρώτων υλών. Οπότε η αναγωγή των

περιεκτικοτήτων της στήλης 1 ως προς το υπόλοιπο 63.9% = (100-36.1)%, δίνει

τη σύσταση της στήλης 3.

Όµως, αν στη διεργασία παραγωγής κλίνκερ χρησιµοποιηθεί καύσιµο µε

κατανάλωση 0.15t καυσίµου/t κλίνκερ και τέφρα 10% µε χηµική ανάλυση της

στήλης 2, και αν υποτεθεί ότι το 80% της τέφρας αυτής ενσωµατωθεί στο

κλίνκερ, τότε η ποσότητα της τέφρας που θα καταλήξει στο κλίνκερ θα είναι

0.8x0.15x0.10 = 0.012 t τέφρας/t κλίνκερ. Οπότε, η τελική σύνθεση του

προκύπτοντος τελικού κλίνκερ (100%) θα συνίσταται από 98.8% κλίνκερ της

στήλης 3 και 1.2% τέφρα της στήλης 2. Άρα, το τελικό κλίνκερ θα έχει σύσταση

όπως αυτή που δίνεται στη στήλη 4 του Πίνακα. Όµως, λόγω της ενσωµάτωσης

της τέφρας στο κλίνκερ, µεταβάλλονται οι τιµές των δεικτών στόχων και

παίρνουν τις τιµές LSF = 93.2% αντί 96% και SR = 2.89 αντί της τιµής 3.0. Οι

παραπάνω διαφοροποιήσεις πρέπει να λαµβάνονται οπωσδήποτε υπόψη κατά τον

προσδιορισµό της αναλογίας των πρώτων υλών της φαρίνας µε µικρή αύξηση

των τιµών των δεικτών στόχων (π.χ. LSF και SR), ώστε οι τιµές των δεικτών

τελικώς να προσεγγίζονται ικανοποιητικά µετά την ενσωµάτωση της τέφρας στο

κλίνκερ.

2.6. ΠΡΟΣ∆ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΑΝΑΓΚΑΙΑΣ ΠΟΣΟΤΗΤΑΣ ΑΕΡΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΑΥΣΗ ∆Ε∆ΟΜΕΝΟΥ ΚΑΥΣΙΜΟΥ Ως γενικός κανόνας για την καύση ισχύει ότι, η πιο αποδοτική και συµφέρουσα

χρήση του καυσίµου γίνεται όταν η συγκέντρωση του CO2 στα απαέρια είναι µέγιστη.

Θεωρητικά αυτό συµβαίνει όταν η παροχή του αέρα είναι τέτοια ώστε να περιέχει την

απαιτούµενη ποσότητα O2 που χρειάζεται ο άνθρακας του καυσίµου για την καύση

του και αναφέρεται ως θεωρητικά απαιτούµενη ποσότητα αέρα. Η ποσότητα του

εισαγόµενου αέρα εξαρτάται από τη χηµική σύσταση του καυσίµου και από την

παροχή (ρυθµός τροφοδοσίας) του στον καυστήρα (kg/h, m3/min κλπ). Επίσης, ο

σχεδιασµός αλλά και η κατάσταση του καυστήρα παίζει σηµαντικό ρόλο στην

ποιότητα καύσης, δηλαδή στην ποσότητα του απαιτούµενου αέρα καύσης. Είναι

προφανές ότι η θεωρητικά απαιτούµενη ποσότητα αέρα δεν είναι ποτέ αρκετή για

πλήρη καύση.

Η απαιτούµενη ποσότητα αέρα για την καύση συγκεκριµένου καυσίµου (θερµογόνος

δύναµη και περιεκτικότητα σε υγρασία) επιβάλει τον καταρχήν υπολογισµό της

θεωρητικά απαιτούµενης ποσότητας αέρα, που είναι συνάρτηση των φυσικοχηµικών

ιδιοτήτων του καυσίµου. Η ποσότητα αυτή του αέρα προκύπτει από τη

στοιχειοµετρική επεξεργασία των εξώθερµων αντιδράσεων καύσης που θα λάβουν

χώρα µέσα στην κάµινο.

Για να επιτευχθούν συνθήκες πλήρους καύσης του καυσίµου, πρέπει η πραγµατική

ποσότητα του αέρα που θα εισαχθεί στην κάµινο να είναι µεγαλύτερη από αυτή που

προέκυψε από το στοιχειοµετρικό υπολογισµό (θεωρητικά απαιτούµενη). Η διαφορά

των ποσοτήτων αυτών ανηγµένη %, ως προς τη θεωρητικά απαιτούµενη ποσότητα,

αποτελεί την % περίσσεια αέρα, δηλαδή

x100Θεωρητική

ΘεωρητικήΠραγµατικήαέρα Περίσσεια %

−=

Όπως προαναφέρθηκε, ο προσδιορισµός της θεωρητικά απαιτούµενης ποσότητας

αέρα µπορεί να προκύψει από τη στοιχειακή ανάλυση του καυσίµου µε εφαρµογή

των αντιδράσεων πλήρους καύσης του άνθρακα, υδρογόνου και του θείου, τα οποία

αντιδρούν µε το οξυγόνο του αέρα προς σχηµατισµό CO2, H2O και SO2, αντιστοίχως

(ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ???). Μετά τον προσδιορισµό της ποσότητας (µάζα) του O2,

προσδιορίζεται η θεωρητική ποσότητα του αέρα από την εξίσωση:

23.0

O Μάζααέρα Μάζα

2=

επειδή είναι γνωστό ότι, η κατά βάρος συµµετοχή του O2 στον αέρα είναι 23% και

του N2 75.5%, ενώ οι κατ΄όγκο περιεκτικότητες 20.95% και 78.1% περίπου.

Εξισώσεις προσδιορισµού ελάχιστης ποσότητας αέρα καύσης

Στο διεθνές σύστηµα µονάδων η ελάχιστη ποσότητα (kg) αέρα, που απαιτείται για

την καύση δεδοµένου καυσίµου (άνθρακα), είναι (Peray, 1986):

Παροχή αέρα (kg αέρα/kg άνθρακα) = 10.478××××SCF ,

όπου SCF (standard coal factor) που δίνεται από την εξίσωση:

7000100

100 BaSCF ×

−= ,

Όπου:

α είναι το ποσοστό υγρασίας του τροφοδοτούµενου άνθρακα και

Β η θερµογόνος δύναµη του τροφοδοτούµενου άνθρακα σε kcal/kg άνθρακα

Η παραπάνω υπολογιζόµενη τιµή αναφέρεται σε 5% περίσσεια της θεωρητικά

απαιτούµενης ποσότητας αέρα καύσης.

Μια άλλη εξίσωση από την οποία υπολογίζεται η ελάχιστη παροχή αέρα (σε kg

αέρα/kg καυσίµου), συναρτήσει της στοιχειακής ανάλυσης του καυσίµου (για

στερεά και υγρά καύσιµα), είναι:

και:

m% είναι το ποσοστό % περίσσειας τροφοδοτούµενου αέρα (χρησιµοποιείται 5%)

C% είναι το ποσοστό % του περιεχόµενου C στο καύσιµο

H% είναι το ποσοστό % του περιεχόµενου Η στο καύσιµο

O% είναι το ποσοστό % του περιεχόµενου Ο στο καύσιµο

S% είναι το ποσοστό % του περιεχόµενου S στο καύσιµο

• Έλεγχος των προτεινόµενων εξισώσεων προσδιορισµού ελάχιστης παροχής αέρα καύσης, συναρτήσει των ιδιοτήτων του καυσίµου

Εφαρµόζοντας τις παραπάνω εξισώσεις για καύσιµο άνθρακα (προέλευσης Ινδίας,

Πίνακας 2.7) µε τα παραπάνω χαρακτηριστικά, οι παροχές του αέρα που

υπολογίζονται είναι:

5.63 kg αέρα/kg άνθρακα από την πρώτη εξίσωση, ενώ από τη δεύτερη εξίσωση

(χρησιµοποιώντας τη στοιχειακή ανάλυση του άνθρακα) η παροχή που

προσδιορίζεται είναι 5.58 kg αέρα/kg άνθρακα. Οι τιµές αυτές δεν απέχουν

σηµαντικά µεταξύ τους (περίπου 1%). Παίρνοντας υπόψη τις τιµές της πυκνότητας

του αέρα συναρτήσει της θερµοκρασίας του (Πίνακας 2.9), προσδιορίζεται ο όγκος

του τροφοδοτούµενου αέρα. Όµως, η πυκνότητα του αέρα εξαρτάται από την πίεση

και τη θερµοκρασία του βάσει του νόµου των ιδανικών αερίων.

Όπου ρ είναι η πυκνότητα του αέρα, p είναι η απόλυτη πίεση, R είναι η ειδική

σταθερά του ξηρού αέρα 287.05 J/(kg·K) στο διεθνές σύστηµα µονάδων και T είναι

η απόλυτη θερµοκρασία του αέρα.

Πίνακας 2.9. Πυκνότητα ξηρού αέρα συναρτήσει της θερµοκρασίας σε πίεση 760 mm Hg

• Προσδιορισµός της περίσσειας ή της έλλειψης αέρα στην κάµινο

Ένας από τους κύριους λόγους θερµικών απωλειών στην περοστροφική κάµινο είναι

η % περίσσεια αέρα κατά την καύση.

Η γενική σχέση µεταξύ του παρεχόµενου O2 (στον αέρα) και των CO2 και CO στα

απαέρια δίνεται στο Σχήµα 2.32, από το οποίο διαπιστώνεται ότι, όσο η παρεχόµενη

ποσότητα προσεγγίζει τη θεωρητικά απαιτούµενη, η συγκέντρωση του CO στα

απαέρια µειώνεται γρήγορα. Αυτό συµβαίνει, επειδή άτοµα οξυγόνου ενώνονται µε

το CO και σχηµατίζουν CO2. Η επιπλέον παροχή αέρα συµβάλει στη σταδιακή

αύξηση της συγκέντρωσης του CO2 στα απαέρια.. Όµως, παραπέρα αύξηση

(περίσσεια) του παρεχόµενου αέρα (O2 και N2) προκαλεί αραίωση των απαερίων, µε

αποτέλεσµα να µειώνεται η συγκέντρωση του CO2 (Πίνακας 2.10), αλλά και να

αυξάνουν οι θερµικές απώλειες της διεργασίας. Η µέγιστη δυνατή περιεκτικότητα

απαερίων CO2 (max) αντιστοιχεί σε πλήρη καύση του καυσίµου και είναι

συγκεκριµένη για κάθε τύπο καυσίµου (άνθρακες, πετρέλαιο, φυσικό αέριο κλπ.)

(Πίνακας 2.10), δηλαδή κατά κύριο λόγο εξαρτάται από την περιεκτικότητά σε

µόνιµο άνθρακα και είναι 17-20.0% περίπου για τους διαφόρους τύπους ανθράκων

και 15.5-16.5%, 11.8% περίπου στις περιπτώσεις καύσης πετρελαίου και φυσικού

αερίου, αντιστοίχως (Πίνακας 2.10). Τα παραπάνω ποσοστά αναφέρονται στη

«σπάνια» περίπτωση της στοιχειοµετρικής πλήρους καύσης των καυσίµων.

Θερµοκρασία, (oC) Πυκνότητα, ρ (kg/m3)

-50 1.534

0 1.293

20 1.205

40 1.127

60 1.067

80 1.000

100 0.946

Σχήµα 2.32. ∆ιακύµανση περιεκτικοτήτων CO, CO2 και O2 στα απαέρια συναρτήσει της περίσσειας αέρα (τύπος καύσης).

Πίνακας 2.10. Περιεκτικότητες CO2 και O2 στα απαέρια συναρτήσει της % περίσσειας αέρα

CO2 – στα απαέρια (% κατ’ όγκο) %

Περίσσεια αέρα καύσης

Φυσικό αέριο

Πετρέλαιο Βιτουµενιούχοι

άνθρακες µε 45-86% C

Ανθρακίτης µε 86-97% C

O2 στα

απαέρια (%

κατ’ όγκο)

0 12 15.5 18 20 0

20 10.5 13.5 15.5 16.5 3

40 9 12 13.5 14 5

60 8 10 12 12.5 7.5

80 7 9 11 11.5 9

100 6 8 9.5 10 10

Πίνακας 2.11. Μέγιστη περιεκτικότητα απαερίων σε CO2 συναρτήσει των χαρακτηριστικών των καυσίµων

Η περίσσεια του αέρα καύσης δεν µπορεί να προσδιοριστεί παρά µόνο από τη

συγκέντρωση (περιεκτικότητα %) είτε του οξυγόνου, είτε του διοξειδίου του άνθρακα

στα απαέρια.

Στην πράξη είναι προτιµότερο να χρησιµοποιείται η µέθοδος µέσω της συγκέντρωσης

οξυγόνου για δύο λόγους:

1. Η % περιεκτικότητα σε οξυγόνο µετράται ευκολότερα µε τη βοήθεια ενός

ηλεκτροχηµικού αισθητήρα, ενώ το διοξείδιο του άνθρακα µετράται µε τη

βοήθεια ενός αισθητήρα υπερύθρων µε σχετικό όµως βαθµό ακρίβειας

2. Η µέθοδος µε την % περιεκτικότητα οξυγόνου δίνει µια µονοσήµαντη τιµή

προσδιορισµού της περίσσειας αέρα, ενώ µια συγκεκριµένη περιεκτικότητα σε

διοξείδιο του άνθρακα αντιστοιχεί σε δύο σηµεία, ένα αριστερά της

στοιχειοµετρικής περιοχής καύσης (ατελής καύση) και ένα δεξιά της

στοιχειοµετρικής περιοχής καύσης (καύση σε περίσσεια αέρα).

Το ποσοστό % του Ο2 στα απαέρια της καµίνου δείχνει τις συνθήκες καύσης που

επικρατούν µέσα στην κάµινο, επειδή το οξυγόνο που προσδιορίζεται στα απαέρια

έχει άµεση σχέση µε την ποσότητα του εισαγόµενου αέρα. Απουσία Ο2 στα απαέρια

δείχνει ότι δεν έχει εισαχθεί περίσσεια αέρα, ενώ ταυτόχρονη ανίχνευση CO στα

απαέρια δείχνει συνθήκες ατελούς καύσης µέσα στην κάµινο, λόγω έλλειψης

οξυγόνου ή ελλειπούς ανάµειξης καυσίµου-αέρα, και επιβάλει άµεσο «συναγερµό»

στην εγκατάσταση.

Η εξίσωση, από την οποία προσδιορίζεται µε σχετική ακρίβεια η % περίσσεια αέρα,

είναι:

Ιδιότητες καυσίµου

Άνθρακας Πετρέλαιο #2

Πετρέλαιο #6

Προπάνιο Φυσικό αέριο

Κώκ

% Άνθρακας, C 94.5 85.84 87.49 81.82 70.93 98.2 % Υδρογόνο, H2 5.2 12.46 9.92 18.18 23.47 1.5 kcal/kg HHV 7438 10840 10167 12038 12148 9184 kcal/kg LHV 7168 10198 9560 11075 10910 9107 CO2 max 17 15.6 16.5 13.8 11.8 20.1 % Θείο, S 0.034 1.6 1.4 0 0 0 % Υγρασία 0.12 0 0 0 0 0.5

x100)µετρούµενη %-20.9

)µετρούµενη %αέρα Περίσσεια %

2

2

(

(=

O

O

Επίσης, υπάρχουν διαγράµµατα που δίνουν την % περίσσεια του τροφοδοτούµενου

αέρα συναρτήσει του ποσοστού % του Ο2 που ανιχνεύεται στα απαέρια, η οποία

εξαρτάται, όπως φαίνεται από το Σχήµα 2.33, από τον τύπο του καυσίµου που

χρησιµοποιείται.

Οι σύγχρονες ενεργειοβόρες βιοµηχανικές εγκαταστάσεις, όπως είναι οι

περιστροφικές κάµινοι, έχουν συστήµατα συνεχούς ανάλυσης και αυτόµατης

καταγραφής των αερίων συγκεντρώσεων (Ο2, CO και CO2) µέσα στην κάµινο όσο

και στις καπνοδόχους των απαερίων, για λόγους προστασίας των εγκαταστάσεων και

των εργαζοµένων από τις επικίνδυνες εκποµπές αερίων (π.χ CO), αλλά και για λόγους

ελέγχου των θερµικών απωλειών (π.χ. υπερβολική αραίωση CO2 στα απαέρια).

Σχήµα 2.33. Προσδιορισµός της % περίσσειας αέρα συναρτήσει του ποσοστού % Ο2 στα

απαέρια.

• ∆ιοξείδιο του άνθρακα (CO2) στα απαέρια της καµίνου

Όπως έχει τονιστεί επανειληµµένα, το ποσοστό του οξυγόνου (Ο2) στα απαέρια της

καµίνου προέρχεται αποκλειστικά από τον εισαγόµενο αέρα καύσης και είναι

συνάρτηση της ποσότητας του εισαγόµενου αέρα για την καύση αλλά και του είδους

του καυσίµου.

Για τον προσδιορισµό της % περιεκτικότητας των απαερίων σε CO2 είναι

προτιµότερο να χρησιµοποιείται ο έµµεσος τρόπος προσδιορισµού, µέσω της %

περιεκτικότητας των απαερίων σε O2 και της µέγιστης δυνατής περιεκτικότητας

απαερίων σε CO2 (max) του χρησιµοποιούµενου καυσίµου. Για το σκοπό αυτό

χρησιµοποιείται η παρακάτω σχέση:

9.20

)απαέρια στα µέτρηση(%9.20(max))όγκο κατ΄(% 2

22

OCOCO

−⋅=

Ο έµµεσος προσδιορισµός του CO2 από την παραπάνω σχέση δικαιολογείται από το

Σχήµα 2.32, απ’ όπου διαπιστώνεται ότι ίδια % περιεκτικότητα σε CO2 στα απαέρια

αντιστοιχεί σε δύο διαφορετικές καταστάσεις καύσης (πρβλ. σηµεία 1 και 2), δηλαδή

σε συνθήκες είτε ατελούς είτε πλήρους καύσης. Οπότε, η ανίχνευση O2 στα απαέρια

εξασφαλίζει ότι επικρατούν συνθήκες πλήρους καύσης.

Όµως, το ποσοστό του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) στα απαέρια είναι συνάρτηση

τόσο της διεργασίας πύρωσης του ασβεστολίθου όσο και της διεργασίας καύσης. Εάν

δεν υπάρχει έκλυση CO2 από την πύρωση του ασβεστολίθου και υπό ιδανικές

συνθήκες καύσης λειοτριβηµένου άνθρακα (στοιχειοµετρική πλήρης καύση του

άνθρακα και απουσία περίσσειας αέρα στα απαέρια), το µέγιστο δυνατό ποσοστό

CO2 (CO2 max) στα απαέρια κυµαίνεται, όπως προαναφέρθηκε, από 11.8-20.0%,

ανάλογα µε τον τύπο του καυσίµου (πρβλ. και Σχήµα 2.34). Είναι προφανές ότι

οποιαδήποτε περίσσεια αέρα καύσης θα προκαλέσει µείωση αυτού του ποσοστού,

λόγω της αραίωσης του CO2 στα απαέρια (υπολειπόµενο οξυγόνο και άζωτο του

αέρα). Επειδή όµως το ποσοστό του CO2 στα απαέρια κυµαίνεται συνήθως από 22-

28%, είναι προφανές ότι µέρος αυτού (η διαφορά από την παραπάνω προσδιορισµένη

τιµή) οφείλεται στη διεργασία πύρωσης του ασβεστολίθου.

Υποθέτοντας ότι το ποσοστό του CO2, που προέρχεται από τη διάσπαση του

ασβεστολίθου της φαρίνας τροφοδοσίας παραµένει σταθερό, είναι προφανές ότι

οποιαδήποτε µείωση της τιµής του % CO2 στα απαέρια οφείλεται σε περίσσεια του

τροφοδοτούµενου αέρα. Μεγάλη περίσσεια αέρα προκαλεί µείωση της απόδοσης

καύσης του καυσίµου, λόγω απαγωγής στο περιβάλλον ποσότητας της παραγόµενης

θερµότητας, οπότε, η κατανάλωση καυσίµου ανά τόνο παραγόµενου κλίνκερ είναι

µεγαλύτερη. Από τα παραπάνω είναι προφανές ότι το % ποσοστό του CO2 στα

απαέρια πρέπει να διατηρείται στη µέγιστη δυνατή τιµή κατά τη λειτουργία της

καµίνου, για λόγους περιορισµού των θερµικών απωλειών και χρησιµοποίησης της

µέγιστης δυνατής ποσότητας της εκλυόµενης θερµότητας του καυσίµου στις

διεργασίες κλινκεροποίησης.

Σχήµα 1. Μεταβολή περιεκτικοτήτων CO2 και O2 στα απαέρια συναρτήσει της % περίσσειας αέρα και του τύπου του καυσίµου.

Οι αναλυτές CO2 συνεχούς λειτουργίας µέσα στην κάµινο είναι συµπληρωµατικές

διατάξεις που δίνουν ενδείξεις για τη σωστή λειτουργία της καµίνου, ιδιαιτέρως στη

ζώνη πύρωσης. Χρησιµεύουν για την έγκαιρη διαπίστωση «διαταραχών» στην

περιοχή αυτή, οι οποίες επηρεάζουν ταχύτατα τις διεργασίες πυροσυσσωµάτωσης που

ακολουθούν.

Από διάγραµµα (Σχήµα 2.35) µπορεί να προσδιοριστεί µε καλή προσέγγιση η %

περίσσεια του τροφοδοτούµενου αέρα, συναρτήσει του ποσοστού % του CO2 που

ανιχνεύεται στα απαέρια κατά την καύση πετρελαίου. Από το παραπάνω διάγραµµα

και για αποδεκτή ποιότητα καύσης πετρελαίου (µε περιεκτικότητα καυσαερίων 9-

11% σε CO2 στα καυσαέρια), η περίσσεια αέρα που απαιτείται κυµαίνεται µεταξύ 40-

70%.

Σχήµα 2.35. Προσδιορισµός της % περίσσειας αέρα συναρτήσει του ποσοστού % CO2 στα απαέρια, κατά την καύση πετρελαίου.

• Μονοξείδιο του άνθρακα (CO) στα απαέρια της καµίνου

Ακόµη και σε χαµηλές συγκεντρώσεις, το CO είναι εκρηκτικό αέριο και είναι

ιδιαίτερα επικίνδυνο για πρόκληση εκρήξεων. Για την ασφαλή λειτουργία των

εγκαταστάσεων παραγωγής κλίνκερ, είναι απαραίτητο να ελέγχονται προσεκτικά µε

συνεχείς µετρήσεις οι περιεκτικότητες σε CO και NOx (οξείδια του αζώτου) στα

απαέρια, ώστε να εξασφαλίζεται πάντοτε περίσσεια αέρα καύσης που είναι

απαραίτητη για την επίτευξη πλήρους καύσης του άνθρακα σε CO2. Οι περιστροφικές

κάµινοι συνήθως λειτουργούν µε τέτοια περίσσεια αέρα ώστε να διαπιστώνεται

περιεκτικότητα O2 τουλάχιστον 1.5-2.5% στα απαέρια, γεγονός που εξασφαλίζει την

επίτευξη συνθηκών πλήρους καύσης. Ως συµπληρωµατικό µέτρο ασφάλειας

χρησιµοποιείται η συνεχής µέτρηση της συγκέντρωσης του CO, η οποία σε

περίπτωση έλλειψης περίσσειας αέρα αυξάνει.

Επίσης, πιθανή παρουσία µονοξείδιου του άνθρακα (CO) στην περιοχή του πύργου

προθέρµανσης οφείλεται τόσο στην έλλειψη περίσσειας αέρα καύσης όσο και στη

θερµοκρασία. Άλλη περίπτωση κινδύνου αύξησης της συγκέντρωσης και

διαπίστωσης παρουσίας CO στην ίδια περιοχή οφείλεται στη δέσµευση (άρα έλλειψη

για την καύση) ποσότητας O2 για το σχηµατισµό των θειϊκών και χλωριούχων

ενώσεων των αλκαλίων, λόγω συµπύκνωσης των πτητικών ενώσεων στα τοιχώµατα

του συστήµατος προθέρµανσης/ασβεστοποίησης.

Σε περιπτώσεις ανίχνευσης CO, για την αποφυγή πιθανών εκρήξεων, διακόπτεται

αµέσως η παροχή ηλεκτρικής ενέργειας στους ηλεκτροστατικούς διαχωριστές

δέσµευσης της λεπτοµερούς σκόνης των απαερίων για χρονικό διάστηµα 2-3 min. Το

γεγονός αυτό γίνεται εµφανές από τη διαφυγή, υπό µορφή µαύρου καπνού,

λεπτοµερών εκποµπών στην ατµόσφαιρα.

• Η σχέση µεταξύ συγκέντρωσης CO, ποσοστού (%) Ο2 στα απαέρια και %

περίσσειας αέρα δίνεται στο διάγραµµα (Σχήµα 2.36), στο οποίο σηµειώνεται

η ευνοϊκή περιοχή λειτουργίας της περιστροφικής καµίνου.

Σχήµα 2.36. Σχέση µεταξύ συγκέντρωσης CO και περιεκτικότητας (%) O2 στα απαέρια.

2.7. ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΚΑΛΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΣΤΗΝ ΚΑΜΙΝΟ

1. Τα απαέρια της καµίνου πρέπει υπό κανονικές συνθήκες να περιέχουν 0.7-3.5% O2 (µε προτιµότερες τιµές µεταξύ 1.5-2.5%) για να µην υπάρχουν υπερβολικές θερµικές απώλειες στη διεργασία (Σχήµα 2.36)

2. Τα απαέρια πρέπει επίσης να περιέχουν το µεγαλύτερο δυνατό ποσοστό % CO2, γεγονός που εξασφαλίζει καλή ποιότητα καύσης (µεγάλη απόδοση, Eff,

max) µε τη µικρότερη δυνατή περίσσεια αέρα. Στην περίπτωση αυτή δεν υπάρχουν µεγάλες απώλειες θερµότητας στα απαέρια, δηλαδή δεν θερµαίνεται άσκοπα υπερβολική ποσότητα αέρα (Σχήµα 2.37)

3. Τα απαέρια σε καµµία περίπτωση δεν πρέπει να περιέχουν µονοξείδιο του άνθρακα (CO). Το όριο άµεσου συναγερµού είναι 100 ppm (0.01% CO).

Οι σχέσεις µεταξύ απόδοσης καύσης - % περίσσειας αέρα, απόδοσης καύσης -

θερµοκρασίας απαερίων και % απωλειών θερµότητας στα απαέρια-διαφοράς

θερµοκρασιών εισαγόµενου αέρα & απαερίων (συναρτήσει της % περιεκτικότητας

CO2 στα απαέρια) δίνονται στα Σχήµατα 2.38, 2.39 και 2.40, που ακολουθούν.

Σχήµα 2. Γενική απεικόνιση διεργασιών καύσης και συγκεντρώσεων αερίων στα απαέρια

Σχήµα3. Σχέση µεταξύ % απόδοσης καύσης και % περίσσειας αέρα στα απέρια.

Σχήµα 4. Σχέση µεταξύ % απόδοσης καύσης πετρελαίου και θερµοκρασίας απαερίων.

Σχήµα 2.40. Σχέση µεταξύ % απωλειών θερµότητας – θερµοκρασιακής διαφοράς εισαγόµενου αέρα και απαερίων (για διάφορες τιµές % περιεκτικότητας CO2).