การเตรียมตัวอย่างสำหรับเชื้อเพลิงสำรองในโรงงานปูนซีเมนต์

Sample preparation for the analysis of secondary fuel in cement plants

(การเตรียมตัวอย่างสำหรับเชื้อเพลิงสำรองในโรงงานปูนซีเมนต์)

 

ก่อนนำไปเป็นเชื้อเพลิงในการผลิตปูนซีเมนต์, การวิเคราะห์วัดมาตรฐานของค่าเคมีนั้นเป็นสิ่งจำเป็น

 

ซีเมนต์นั้นทำมาจากการให้ความร้อนหินปูน (calcium carbonate) กับวัตถุอื่น ๆ ชิ้นเล็กเช่นโคลนถึงประมาณ 1450  ในเตาเผา ขบวนการนี้เรียกว่า calcination โดยตัว carbon oxide ที่ปล่อยออกมาจาก calcium carbonate ในขั้นตอนที่จะแปรเปลี่ยนเป็น calcium oxide หรือ quicklime เป็นสารที่ผสมไปกับวัตถุอื่น ๆ ที่อยู่ในการผสมผสาน mixing. วัตถุที่แข็งปูนเม็ด หรือ clinker ที่ถูกบดไปกับ ยิปซั่ม (gypsum) จนเป็นผงเพื่อที่จะทำให้เกิด Ordinary Portland cement หรือชนิดปูนที่พบเจอมากที่สุด

 

 

High energy consumers (เปลี่ยนแหล่งพลังงานสูง)

โรงงานปูนซีเมนต์ปกติจะใช้พลังงาน 3 ถึง 6 จิกะจูล (GJ) ต่อหนึ่งตันของปูนเม็ดขึ้นอยู่กับ

วัตถุดิบและกระบวนการที่ใช้ ในเตาเผาซีเมนต์ส่วนใหญ่ใช้ถ่านกับถ่านหินที่เผาจนหมดควัน

(petroleum coke) เป็นพลังงานหลัก รวมถึงก๊าซธรรมชาติและน้ำมันแต่อยู่ในส่วนที่น้อยกว่า

ของเสียที่คัดเลือกและผลพลอยได้ที่มีค่าความร้อนที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้เป็นพลังงานสำรอง

ในเตาเผาซีเมนต์ แทนที่พลังงานจากถ่านหินถ้าผ่านมาตรฐาน

 

 

 

Inhomogeneous Samples (ตัวอย่างที่ไม่ผสมกันเป็นเนื้อเดียว)

พลังงานสำรองสามารถมาจากวัสดุที่ไม่ผสมกันเป็นเนื้อเดียวกัน วัสดุพวกนี้รวมถึง polymer, กระดาษ, ไม้, โลหะ เพราะฉะนั้นการรีไซเคิลไม้หรือส่วนของยางรถยนต์เป็นประโยชน์ที่มาทำเป็นพลังงานสำรองได้ ก่อนที่จะใช้เป็นพลังงานทำปูนซีเมนต์ จำเป็นต้องมีการวิเคราะห์สารเคมีเริ่มจากการตรวจค่าความร้อน

Determination of the fuel requirements (การกำหนดความต้องการเชื้อเพลิง)

การกำหนดความต้องการเชื้อเพลิงในการผลิตปูนเม็ดจะต้องระบุค่าความร้อนรวมและค่าความร้อนสุทธิของเชื้อเพลิงที่ต้องใช้ การกำหนดค่าความร้อนเป็นสิ่งสำคัญที่มักจะมีความแปรปรวน

ค่าความร้อนรวมถูกกำหนดในเครื่องวัดปริมาณความร้อนของระเบิด (bomb calorimeter) จากมาตรฐานของ DIN 51900 ในบรรยากาศที่มีออกซิเจน และที่ความดันอากาศ 30 bar (การระเบิดที่อยู่ในถังโลหะนั้นอยู่ในระบบปิด เพราะฉะนั้นพลังงานที่ผลิตทั้งหมดจะอยู่ในระบบ) ตัวถังโลหะนั้นมีน้ำเติมเข้าไปเพื่อลดอุณหภูมิที่เหมาะสม พลังงานนั้นใส่ไปในระเบิด ถูกจุดไฟด้วยประกายไฟและเผา ค่าความร้อนนั้นวัดที่อุณหภูมิของเครื่องวัดปริมาณความร้อนของระเบิด

ค่าความร้อนรวม (GCV) ของเชื้อเพลิงหมายถึงปริมาณความร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้และการระบายความร้อนของก๊าซไอเสียที่ตามมาเป็น 25 °C ค่านี้ต้องคำนึงถึงพลังงานที่ให้ความร้อนแก่อากาศที่เผาไหม้ ก๊าซไอเสีย และความร้อนที่เกิดจากการระเหยหรือการควบแน่นของเหลว (evaporation or condensation of liquid) โดยเฉพาะในน้ำ

ค่าความร้อนสุทธิ (NCV) เป็นปริมาณความร้อนของเชื้อเพลิงที่สามารถใช้งานได้จริงซึ้งมีการวัดจากมาตรฐานของค่าความร้อนรวม ค่านี้ต้องคำนึงถึงพลังงานที่ปล่อยออกมาจากก๊าซไอเสียในช่วงกระบวนการเผาไหม้ซึ่งปล่อยส่วนหนึ่งของพลังงานเชื้อเพลิง เพราะฉะนั้นมูลค่าความร้อนสุทธิต่ำกว่ามูลค่าความร้อนรวม ความชื้นที่มีอยู่ในเชื้อเพลิงก็มีความสำคัญในกรณีนี้ เพราะค่าความร้อนสุทธิของเชื้อเพลิงแห้งจะสูงกว่าเชื้อเพลิงชื้นชนิดเดียวกัน

 

Important Analyses (ส่วนวิเคราะห์ที่สำคัญ)

 

การวิเคราะห์ที่สำคัญอื่น ๆ ได้แก่ การกำหนดปริมาณคลอรีนตามมาตรฐาน DIN 51727 และการคำนวณหาค่ารวมของคาบ่อน Total Organic Carbon (TOC) เนื่องจากลักษณะที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันของตัวอย่าง เพราะฉะนั้นการเตรียมตัวอย่างที่เหมาะสมจึงเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้ได้ค่าที่ถูกต้อง การเตรียมตัวอย่างนี้หมายถึงการลดขนาดของตัวอย่างด้วยเครื่องตัดในห้องปฏิบัติการให้เหลือขนาดตัวอย่างระหว่าง 0.5 มม. ถึง 1 มม. โดยเฉพาะงานนี้ FRITSCH ได้พัฒนาเครื่องตัดแบบผสม PULVERISETTE 25/19 ที่ทรงพลังพร้อมเครื่องแยกแบบไซโคลน (cyclone separator)

 

FRITSCH Cutting Mills

 

ตัวเครื่อง Cutting Mill Combination 19l/19 ของ FRITSCH นั้นมีตัว Universal Cutting Mill PULVERISETTE 19 large with variable speed of 50-700 rpm และ Universal Cutting Mill PULVERISETTE 19 ตัวอย่างทั้งหมดที่มีขนาดอนุภาคสูงถึง 30 มม. จะถูกบดก่อนโดย PULVERISETTE 25 ก่อนที่จะตกลงไปในกรวยแบ่งตัวอย่างโดยอัตโนมัติ ด้วยอัตราส่วนการหารแบบแปรผันสูงถึง 1:13 ซึ่งช่วยให้สามารถผลิตตัวอย่างปริมาณมากได้หลายลิตร เศษส่วนของตัวอย่างที่มีขนาดเล็กกว่านั้นจะถูกบดโดยอัตโนมัติด้วย PULVERISETTE 19 จนถึงความละเอียด 0.5 มม. ถึง 1 มม.

 

 

กระแสน้ำวนอันทรงพลังภายในเครื่องแยก FRITSCH Cyclone ดึงเศษส่วนของตัวอย่าง

ที่ถูกบดออกมาอยู่ในขวดตัวอย่างของเครื่อง

 

 

 

 

 

 

 

 

เพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนระหว่างประเภทตัวอย่างที่ไม่เหมือนกัน การทำความสะอาดเครื่องอย่างรวดเร็วและง่ายดายเป็นสิ่งสำคัญ เครื่อง Cutting Mill ของ FRITSCH สามารถถอดชิ้นส่วนการเจียรทั้งหมดได้โดยไม่ต้องใช้เครื่องมือ

 

ผลลัพธ์: ห้องเจียรเปล่าแบบเปิด พร้อมพื้นที่ว่างน้อยที่สุดเพื่อการทำความสะอาดที่รวดเร็วและง่ายดาย และการป้องกันการปนเปื้อน

 

การเตรียมตัวอย่างกระดาษทาร์ (tar paper) ก็สามารถทำได้เช่นกัน แต่เนื่องจากธรรมชาติของตัวอย่างเราแนะนำให้เติมดรายไอส์ (dry ice) ที่มีคุณสมบัติทำให้ห้องบดเย็นลงและหลีกเลี่ยงผลกระทบของอุณหภูมิ เช่น การเกาะของตัวอย่างที่ rotor หรือตะแกรงด้านใน

ในกรณีของการใช้งานที่มีปริมาณน้อย สามารถทำงานกับ Universal Cutting Mill PULVERISETTE 19 เพียงอย่างเดียวได้ แต่ควรใช้เครื่องแยกแบบไซโคลนด้วยเสมอ

สรุป (Summary)

• เพื่อลดต้นทุนการผลิตปูนซีเมนต์และลดการใช้พลังงานฟอสซิล (fossil energy) โรงงานปูนซีเมนต์ใช้เชื้อเพลิงสำรองมากขึ้นเรื่อย ๆ
• ต้องทำการวิเคราะห์สารเคมีหลายอย่างสำหรับการควบคุมคุณภาพ เช่น ค่าความร้อน TOC หรือการกำหนดคลอรีน เพื่อผลลัพธ์ที่เหมาะสม
• การเตรียมตัวอย่างที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันเหล่านี้ถือเป็นสิ่งสำคัญ
• ด้วยเครื่องตัดแบบผสม PULVERISETTE 25/19 FRITSCH เป็นเครื่องมือที่เหมาะสำหรับการเตรียมตัวอย่างเชื้อเพลิงสำรองทุกชนิด