فرن دوار كبير

فرن دوار كبير

يُعدّ الفرن الدوار الكبير من المعدات الأساسية لعمليات المعالجة واسعة النطاق ذات درجات الحرارة العالية في القطاع الصناعي. وبفضل مزاياه البارزة، كالبنية البسيطة، والتحكم الموثوق، ومعدل التشغيل العالي، وقلة أجزائه المعرضة للتآكل، يُستخدم على نطاق واسع في العديد من الصناعات، بما في ذلك مواد البناء، والتعدين، والهندسة الكيميائية، وحماية البيئة. وهو مناسب لتسخين وتكليس مواد متنوعة كالحجر الجيري، والبوكسيت، والأسمنت، والألومينا، كما يُمكن استخدامه في تطبيقات خاصة كمعالجة النفايات الطبية، وإنتاج الأسمدة الكيميائية، وتحسين التربة. وباعتباره عاملاً تمكينياً رئيسياً لخطوط الإنتاج واسعة النطاق لتحقيق عمليات مستمرة وعالية الكفاءة، فإنه يضمن في الوقت نفسه الامتثال البيئي وزيادة الطاقة الإنتاجية من خلال التقنيات المتقدمة.

من حيث التصميم الهيكلي الأساسي، يجمع الفرن الدوار الكبير بين المتانة والاستقرار. ويتكون بشكل رئيسي من مكونات أساسية تشمل الأسطوانة، وجهاز الدعم، ونظام التشغيل، وأجهزة منع التسرب في رأس وذيل الفرن، والموقد. تُصنع الأسطوانة من صفائح فولاذية مدرفلة ومبطنة من الداخل بمادة حرارية لمقاومة التآكل الناتج عن درجات الحرارة العالية. تُثبّت الأسطوانة بزاوية ميل محددة بالنسبة للمستوى الأفقي وتُدعم على عدة مجموعات من أجهزة الدعم عبر ثلاث حلقات دوارة. يتكون نظام التشغيل من محرك رئيسي - مخفض سرعة رئيسي - مجموعة تروس مفتوحة. يُثبّت ترس محيطي كبير على الأسطوانة بالقرب من الحلقة الدوارة عند طرف التغذية من خلال صفائح زنبركية مماسية، ويتعشق مع ترس صغير أسفله لنقل الطاقة وتحريك جسم الفرن بسلاسة. تحافظ أجهزة منع التسرب على بيئة ضغط سلبي مستقرة داخل الفرن، بينما يوفر الموقد مصدر حرارة مستمر للتفاعلات الداخلية. كما تم دمج المعدات المساعدة مثل المسخنات الرأسية الفعالة والمسخنات الإعصارية ذات المراحل الخمس لزيادة الكفاءة الحرارية والقدرة الإنتاجية.

يعتمد مبدأ عملها على الدوران المستمر وتبادل الحرارة بالتيار المعاكس. تدخل المواد إلى الفرن من الجزء الخلفي (الطرف العلوي للأسطوانة). وبفضل ميل الأسطوانة ودورانها البطيء، تُقلب المواد وتُخلط بشكل دائري، ثم تُنقل محوريًا بسرعة منتظمة نحو الجزء السفلي (الطرف السفلي)، مُكملةً بذلك عملية التسخين والتكليس والتحلل. يُحقن الوقود في الفرن من الجزء العلوي ويُحرق. يُشكل تدفق الغاز الناتج ذو درجة الحرارة العالية تبادلًا حراريًا معاكسًا مع المادة، ناقلًا الحرارة بالكامل لإحداث تغييرات فيزيائية وكيميائية فيها. يدخل منتج الكلنكر النهائي إلى المُبرد عبر غطاء الفرن للتبريد، بينما يُطرد غاز العادم الناتج عن الاحتراق من الجزء الخلفي للفرن بعد تبادل الحرارة. يضمن نمط التشغيل المستمر هذا المزايا الأساسية المتمثلة في سعة معالجة كبيرة وكفاءة إنتاج مستقرة.

تتركز السمات الرئيسية للفرن الدوار الكبير في ثلاثة جوانب:

1. سهولة التشغيل وأداء موثوق: يتميز النظام بمستوى عالٍ من الأتمتة. تتم إدارة وظائف الضبط والتحكم والإنذار لنظام الإنتاج مركزياً عبر وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)) في غرفة التحكم الرئيسية، مما يقلل الحاجة إلى المشغلين في الموقع ويحسن كفاءة العمل. كما يعتمد النظام على التشغيل بضغط سلبي كامل، مما يضمن تدفق هواء سلس ومستوى عالٍ من الأمان.

٢. توفير الطاقة وحماية البيئة: يستخدم هذا الجهاز مرشحات أكياس نبضية لإزالة الغبار، مما ينتج عنه تركيزات منخفضة للانبعاثات تتوافق مع المعايير الوطنية، ويحمي بيئة الإنتاج بشكل فعال. كما أن هيكله البسيط والقابل للتحكم يسهل التشغيل والصيانة اليومية.

3. كفاءة إنتاج عالية: بفضل التصميم الأمثل الذي يمنع تراكم الطلاء السميك وتكوّن الحلقات داخل الفرن، تتسع مساحة المقطع العرضي الفعالة. وهذا يزيد عمومًا من طاقة إنتاج الكلنكر الإسمنتي بأكثر من 10%، ويرفع معدل تشغيل الفرن الدوار بأكثر من 10%.

من حيث سيناريوهات التطبيق، يُظهر الفرن الدوار الكبير قدرة عالية على التكيف:

• في صناعة مواد البناء، يعتبر هذا الجهاز هو المعدات الأساسية في خطوط إنتاج الأسمنت لتكليس الكلنكر الأسمنتي.

• في صناعة المعادن، تقوم بمعالجة خامات المعادن مثل البوكسيت وأكسيد الزنك والألومينا، واستخلاص العناصر المعدنية من خلال تفاعلات التكليس والاختزال.

• في الصناعة الكيميائية، ينتج مواد خام كيميائية مثل مسحوق الألومنيوم، والمغنيسيوم المعدني، وأكسيد المغنيسيوم.

• في القطاع البيئي، يتم استخدامه لمعالجة النفايات الطبية والنفايات الخطرة والحمأة وما إلى ذلك، مما يحقق هدفين مزدوجين هما استعادة الموارد والمعالجة البيئية.

إن ضمان التشغيل الفعال لفرن دوار كبير يتطلب الاهتمام بالأنظمة الداعمة والنقاط التشغيلية الرئيسية.

• المعدات المساعدة: يؤثر أداء الموقد بشكل مباشر على نتائج التكليس واستهلاك الطاقة. لذا، يُنصح باختيار نماذج ذات كفاءة احتراق عالية، ونطاق ضبط واسع، وتوافق جيد مع الفرن. كما يُعد نظام التشحيم والتبريد المتكاملان ضروريين لضمان عمر أطول للمعدات. وتغطي معايير الصناعة العملية برمتها، بدءًا من التصميم والتصنيع والتركيب، وصولًا إلى التشغيل، لضمان سلامة المعدات ومتانتها.

• أثناء التشغيل، يجب إجراء فحص شامل لسلامة المكونات وإحكام التوصيلات قبل بدء التشغيل. كما يجب مراقبة حالة المعدات وتغيرات المعايير عن كثب، وتعديل معايير التشغيل فورًا. الصيانة الدورية، واستبدال الأجزاء البالية، وتنظيف الغبار المتراكم ضرورية لضمان التشغيل الفعال على المدى الطويل.