در صنعت خمیر و کاغذ، کورههای آهک (Lime Kilns) برای تجزیه کربنات کلسیم (CaCO₃) به آهک (CaO) و دیاکسید کربن (CO₂) مورد استفاده قرار میگیرند. اگرچه دیاکسید کربن حاصل از این واکنش، زیستمنشأ (Biogenic) محسوب میشود، اما بخش قابلتوجهی از انتشار CO₂ نیز ناشی از احتراق سوختهای فسیلی مورد استفاده برای تأمین انرژی کوره است. از این رو، هدف اصلی در بهرهبرداری از کورههای آهک، کاهش مصرف سوختهای فسیلی بهمنظور کاهش هزینههای سوخت و همچنین کاهش انتشار دیاکسید کربن غیرزیستی به جو است.
امکان بهینهسازی با هزینهای مقرونبهصرفه
کورههای دوار از این مزیت برخوردارند که پس از ساخت نیز میتوان با هزینهای نسبتاً پایین، در مقایسه با سایر تجهیزات کارخانههای خمیر و کاغذ، تغییراتی در ساختار فیزیکی آنها ایجاد کرد.
بهعنوان مثال، اصلاح زنجیرهای داخلی کوره و استفاده از نسوزهای (Refractories) مناسبتر میتواند راندمان انرژی کوره را افزایش دهد. با این حال، چنین تغییراتی با ریسکهای عملیاتی همراه است و لازم است این ریسکها بهدرستی مدیریت شوند تا مزایای حاصل از صرفهجویی انرژی، تحت تأثیر توقفهای ناخواسته تولید از بین نرود.
به همین دلیل، در انتخاب بهترین پیکربندی کوره برای دستیابی به حداقل مصرف انرژی، در اختیار داشتن دادههای دقیق فرآیندی و مدلهای بنیادی قابل اعتماد از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است.
چالش خطا در دادههای فرآیندی
اگرچه مدلهای مختلفی برای تحلیل عملکرد کورههای آهک وجود دارد، اما دادههای فرآیندی، چه حاصل از آزمایشگاه و چه اندازهگیریهای آنلاین، معمولاً دارای خطاهای ناشناخته هستند. استفاده از این دادههای نادقیق در تصمیمگیریهای مهندسی میتواند به طراحیهایی منجر شود که از نظر مصرف انرژی بهینه نباشند.
آشتیسازی دادهها؛ راهکاری برای افزایش دقت
آشتیسازی دادهها (Data Reconciliation) یکی از حوزههای مهم در مهندسی کنترل فرآیند است که با استفاده از موازنه جرم و انرژی، خطاهای بزرگ موجود در اندازهگیریها را شناسایی کرده و مقادیر اندازهگیریشده را اصلاح میکند.
این مفهوم طی چند دهه گذشته توسعه یافته و همچنان با بهرهگیری از پیشرفتهای آمار، بهینهسازی و یادگیری ماشین مورد توجه پژوهشگران قرار دارد.
کاربرد محدود در صنعت خمیر و کاغذ
با وجود آنکه این روشها تقریباً در تمامی فرآیندهای صنعتی قابل استفاده هستند، گزارشهای اندکی از کاربرد آنها در صنعت خمیر و کاغذ منتشر شده است.
در همین راستا، مؤسسه FPInnovations با همکاری شرکت Houghton Cascades و اعضای صنعت خمیر و کاغذ کانادا، پروژهای را برای معرفی و پیادهسازی آشتیسازی دادهها در این صنعت آغاز کرده است.
تاکنون سه روش مختلف آشتیسازی دادهها بر روی اندازهگیریهای انجامشده در اطراف یک کوره آهک بهکار گرفته شده است. در نتایج ارائهشده، دادههای اندازهگیریشده اولیه با رنگ سبز و مقادیر اصلاحشده با رنگ آبی نمایش داده شدهاند که بهوضوح وجود خطاهای بزرگ را، هم از نظر بصری و هم از نظر آماری، نشان میدهد.
مزایای اقتصادی و عملیاتی
بهکارگیری این روشها امکان برآورد دقیق مقادیر اندازهگیریهایی را فراهم میکند که دارای خطاهای بزرگ هستند؛ خطاهایی که در این پروژه در برخی موارد بین ۵ تا ۱۰ درصد با مقادیر واقعی اختلاف داشتهاند.
در کورههای آهک، این دادهها معمولاً مبنای تصمیمگیریهای مهندسی درباره اجزای مهمی مانند زنجیرهای داخلی کوره، آجرهای نسوز و سایر عناصر طراحی قرار میگیرند.
استفاده از دادههای خام و اصلاحنشده میتواند منجر به طراحیهایی با راندمان پایین انرژی شود که سالانه صدها هزار دلار زیان ناشی از افزایش مصرف انرژی به همراه دارند. در بدترین حالت نیز ممکن است موجب کاهش عمر نسوزها، توقفهای ناگهانی تولید و خسارتهایی در حد میلیونها دلار برای هر حادثه شود.
از این رو، آشتیسازی دادهها را میتوان نخستین گام مهم برای دستیابی به کورههای آهک کممصرف، قابلاعتماد و با بهرهوری بالا دانست.
در پایان، اعلام شده است که اجرای این پروژه تا حدی با حمایت برنامه نوآوری جنگل (Forest Innovation Program) وابسته به وزارت منابع طبیعی کانادا (Natural Resources Canada) امکانپذیر شده است.