بهینه سازی مصرف انرژی در صنعت سیمان با بازیافت حرارت خروجی (WHR)

صنعت سیمان یکی از صنایع بزرگ انرژی‌بر محسوب می‌شود که بخش نسبتاً بزرگی از انرژی مصرفی در آن، در طی فرآیند پخت کلینکر به مخلوط سیمان داده و پس از خروج مخلوط از کوره در گریت‌کولرها، بدون استفاده مستقیماً وارد محیط می‌گردد. گازهای داغ خروجی گریت کولرها با دمایی بین ۲۵۰ تا۳۴۰ درجه سانتیگراد و گازهای خروجی پیش‌گرمکن‌ها با دمایی ۳۰۰ تا ۴۰۰ درجه سانتیگراد به محیط تخلیه می‌شود. این درحالیست که با استفاده از بازیافت حرارت خروجی از پیش گرمکن و گریت‌کولرها می‌توان مقادیر قابل توجهی انرژی الکتریکی تولید نمود و اثرات ناشی از مصرف بالای سوخت در این صنایع را نیز کاهش داد.
یک سیستم بازیافت حرارت، شامل بویلرهای بازیاب حرارت HRSG (Heat Recovery Steam Generator) ، توربین بخار، ژنراتور و کندانسور نوع آبی یا هوا خنک می‌باشد. استراتژی بازیافت حرارت، به عوامل متعددی از جمله طراحی بخش‌های مختلف فرآیند تولید سیمان، نوع و مشخصات موادی که برای تولید سیمان به‌کارگرفته می‌شوند، درجه حرارت گازهای گرم خروجی و مسائل اقتصادی آن وابسته است. اما به‌طور متوسط با این روش ۳۰ درصد از انرژی الکتریکی مورد نیاز و حدوداً % ۱۰ از کل انرژی اولیه مورد نیاز کارخانه‌های سیمان قابل تولید است. بازدهی این سیستم حدود ۴۵ تا ۵۰ kwh/ton می‌باشد.
فناوری استفاده از حرارت گازهای خروجی کارخانجات سیمان برای تولید برق، اولین بار توسط شرکت‌های ژاپنی ابداع و به کارگرفته‌شد. در سال ۱۹۸۸، این فناوری برای اولین بار وارد کشور چین شد و حال حاضر شرکت‌های چینی، بزرگترین سهم از بازار این فناوری را در دنیا دارند. بر اساس گزارش IFC(International Financial C orporation ) در سال ۲۰۱۴، نصب ۷۳۹ واحد بازیافت حرارت در کارخانه‌های سیمان این کشور انجام‌شده‌است. از سال ۲۰۱۱، احداث کارخانه جدید سیمان در چین بئون واحد بازیافت حرارت، ممنوع شده‌است. کشورهای هند و ژاپن نیز به ترتیب با ۲۴ و ۲۶ واحد WHR نصب شده، پس از چین، بیشترین استفاده از این فناوری را داشته‌اند.
با توجه به مصوبه سال ۹۴ وزارت نیرو در خصوص خرید تضمینی برق از نیروگاه های انرژی تجدیدپذیر و پاک و تعرفه ۳۰۵۰ ریال به ازای هر کیلووات ساعت برق تولیدی از بازیافت تلفات در فرآیندهای صنعتی، تولید و فروش این انرژی، توجیه‌پذیر می‌نماید. علاوه بر فروش انرژی، از دیگر عواملی که استفاده از سیستم‌های بازیافت حرارت را توجیه‌پذیر نمودهاست، کاهش آلایندگی زیست محیطی با کاهش چشمگیر میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای مانند CO2 و امکان استفاده از مزایای درنظرگرفته‌شده در پیمان بین‌المللی کاهش صدور گازهای گلخانه‌ای (کیوتو) است.
با توجه به مطالب فوق، اخیراً برخی از کارخانه‌های سیمان کشور نیز علاقه‌مند به مطالعه، بررسی فنی و اقتصادی و حتی سرمایه‌گذاری در این خصوص شده‌اند. شکی نیست که پیش از اجرای چنین طرحه‌ایی با حجم سرمایه‌گذاری بالا و مسائل مختلف تأثیرگذار فنی و اقتصادی، به جهت مطالعه همه‌جانبه کلیه پارامترهای مؤثر و ارزیابی پتانسیل موفقیت پروژه، نیاز به انجام مطالعات امکان‌سنجی کاملی است. این مطالعات معمولاً توسط شخص ثالثی خارج از مجموعه سرمایه‌گذاران و شرکای پروژه صورت می‌گیرد و این امکان را فراهم می‌آورد که تمام جوانب مثبت و منفی پروژه یا موقعیت سرمایه‌گذاری سنجیده شود.
به‌طور خلاصه می‌توان مهمترین مزایای حاصل از اجرای طرح حاضر را به شرح زیر عنوان نمود:
۱- ایجاد یک فرآیند کنترل‌شده برای ورود به سرمایه‌گذاری (گام نخست در فرآیند تصمیم‌گیری سرمایه گذاران و مدیران)
۲- تجزیه و تحلیل علمی و دقیق طرح از نظر فنی و اقتصادی و مشخص نمودن هم‌زمان مشکلات و مزایا
۳- کاهش ریسک سرمایه‌گذاری و حصول اطمینان از توجیه‌پذیری اقتصادی طرح
۴- شناسایی هزینه‌ها، درآمدها و سود ناشی از اجرای طرح و تحلیل هزینه فایده
۵- بهبود مدیریت و برنامه‌ریزی اجرا (تدوین نقشه راه و برنامه عملیاتی اجرایی طرح)
۶- کمک به بازنگری استراتژی بخش مدیریت انرژی در راستای افزایش کارآیی انرژی، بهره وری و سودآوری