شعله مشعل احتراق

[Furnace 90]

سلام به همگی

 

درمورد شعله فرایند احتراق انواع مشعل ها دیگ های ابگرم ودیگ های بخار دیگ های فایر تیوب ودیگ های واترتیوب ویژگی ها ومشخصات کاری ومسایل کلی مرتبط با احتراق هم یاد میدیم هم یاد میگیریم

 

یک ارتباط دوسویه

 

امیدوارم مفید باشه

[Furnace 90]

شعله Flame به بخش مرئی یا نورانی اتش Fire که حاصل سوختن Combustion گاز است اطلاق میشود

شعله کوچکترین شکل اتش است واز به هم پیوستن چندشعله اتش تشکیل میشود واز سرکشیدن وازدیاد پرسرعت اتش حریق یا فرایند احتراق Combustion process یا Ignition process حاصل میشود

این فرایندرا اگربه صورت کنترل شده بخواهیم مورد استفاده قرار دهیم نیاز به ابزارهایی داریم که متعارف ترین شکل صنعتی ان کوره ها ودیگ ها یا بویلرها میباشند

مشعل Torch ابزار بهینه شده برای ایجاد شعله پایدار طبق فرایندیست که درادامه کارروی جزئیات ان بحث خواهیم کرد

برای شناخت پدیده ای که شاید بی اغراق مهمترین مفهوم صنعت باشد بایستی جزئیات ان را به طوردقیق مورد بررسی قرار دهیم

درادامه درمورد لغاتی که دربحث های خود با انها سروکارخواهیم داشت ومعنی وکاربرد انها صحبت خواهیم نمود

پیشاپیش ازتوجه وهمکاری شما سپاسگزارم

[Furnace 90]

برای تشکیل شعله وپایداری ان درفرایند احتراق نیاز به سه عامل ثابت داریم

سوخت Fuel

اکسیژن (هوای احتراق) O2

جرقه(گرمای اولیه یا گرمای شعله پایدار) Ignition

نحوه به کارگیری واستفاده از هرکدام از این پارامترها مشخصه هایی دارد که به مرور به انها خواهیم پرداخت

یکی از سوخت هایی که امروزه جایگزین سوختها قدیمی شده سوخت فسیلی وسبک تر گاز طبیعی Natural gas یا مشتقات میعانات گازی چاههای نفت وانواع تحصیل شده سوخت گازدرفرایندهای پالایشگاهی است

درپست بعدی به معرفی عمومی سوخت گاز میپردازیم

[Furnace 90]

گاز طبیعی

 

گاز طبیعی که معمولاً گاز گفته می‌شود نوعی سوخت فسیلی گازی شکل است. گازی طبیعی سوختی است که معمولاً اثرات زیان‌آور کمتری نسبت به سوخت‌های فسیلی دارد و جزء منابع تجدید ناپذیر می‌باشد.

 

در حال حاضر ۲۰ درصد مصرف جهانی انرژی را گاز طبیعی تشکیل می‌دهد که با آهنگ ۲٫۴ درصد در حال رشد است.

 

تاریخچه

 

گاز طبیعی دارای تاریخی چند هزار ساله‌است. تقریباً در سال ۹۴۰ قبل از میلاد، مردمان سرزمین چین با استفاده از نی‌های تو خالی گاز طبیعی را از محل آن در خشکی به ساحل رسانده و از آن برای جوشاندن آب دریا و استحصال نمک استفاده می‌کردند. برخی از صاحب‌نظران اعتقاد دارند که چینی‌ها چاه‌های گاز را حتی تا عمق ۶۰۰ متری نیز حفر می‌کردند. همچنین حفر چاه‌های گاز در ژاپن در حدود سال ۶۰۰ قبل از میلاد گزارش شده‌است. سایر تمدن‌های باستانی نیز خروج گاز از زمین را متوجه شده و دریافته بودند که قابل اشتعال است و می‌سوزد. لذا معابدی برای محصور نگه داشتن این «شعله‌های جاودان» پر رمز و راز که بازدیدکنندگان به دیده احترام به آنها می‌نگریستند بنا شد. گزارش‌های مختلفی از ستون‌های آتش و آبی جوشان و سحرآمیز که مانند روغن شعله‌ور می‌شد به ثبت رسیده‌است. اما اهمیت گاز طبیعی به عنوان سوخت مورد استفاده در زندگی بشر از اوایل دهه ۱۹۳۰ آغاز شد. در اواخر قرن بیستم مشخص شد که گاز طبیعی در بخش اعظم جهان صنعتی به یک منبع انرژی بسیار ضروری و حیاتی مبدل شده‌است. زغال‌سنگ در قرن نوزدهم انقلاب صنعتی را سبب شد و نفت خام که سوخت قرن بیستم بود باعث توسعه اقتصادی در جهان شد.

 

ترکیبات گاز طبیعی

 

میلیون‌ها سال قبل گاز طبیعی و نفت خام در اثر تجزیه و فاسد شدن گیاهان و اجساد حیوانات در ته دریاها و اقیانوس‌های قدیمی به وجود آمد. بخش اعظم این مواد ارگانیک در هوا تجزیه (اکسیده) و وارد جو شد. ولی بخشی دیگر قبل از تجزیه، مدفون و یا وارد آب‌های راکد و فاقد اکسیژن شده و از اکسیده شدن آنها جلوگیری به عمل آمد.

گاز طبیعی که بیشتر از گاز متان (ch۴) تشکیل می‌شود مانند هر ماده دیگر دارای ده‌ها خصوصیت فیزیکی و شیمیائی است اما از آنجا که بحث ما در زمینه ایمنی است لذا در اینجا فقط به آن دسته از خواص گاز طبیعی میپردازیم که از نظر ایمنی اهمیت بیشتری دارند. گاز طبیعی عمدتاً از متان (CH4) یعنی ساده‌ترین نوع هیدروکربن و هیدروکربن‌های پیچیده‌تر و سنگین‌تری چون اتان (C2H6) ، پروپان (C3H8) و بوتان (C4H10) تشکیل شده‌است.در این میان گاز اتان برخی از میدانها درصد قابل ملاحظه‌ای ( تا حدود ۱۰٪ یا کمی بالاتر)را تشکیل می‌دهد. حال آنکه گازهای سنگین تر اجزای بسیار کوچکی را در ترکیب گاز طبیعی شامل می‌شوند همچنین عناصری از قبیل H۲S،CO۲،N۲ نیز همراه گاز طبیعی یافت می‌شوند و بالاخره آب که همیشه با گاز طبیعی استخراج شده از مخازن همراه است. در پالایشگاه و واحدهای نم زدائی ، ترکیبهای مزاحم که سبب پائین آوردن ارزش حرارتی گاز شده و مشکلاتی در انتقال و مصرف گاز بوجود میآورند، از گاز طبیعی تفکیک و سپس به خطوط انتقال تحویل می‌شود.

 

چگالی گاز طبیعی

 

چگالی گاز متان ۵۵ صدم است ، ولی با توجه به ترکیبات سنگینتر همراه گاز طبیعی ، چگالی آن می‌تواند به حدود ۶۵صدم نیز برسد. بنا بر این گاز طبیعی از هوا سبکتر بوده و در صورت نشت از خطوط لوله و یا سایر اجزاء شبکه گاز و یا لوله کشی وسائل گاز سوز در منازل بسمت بالا حرکت می‌کند و در مکانهای مسقف قسمت زیادی از گاز نشت شده در زیر سقف تجمع می‌کند.

 

اما سبکتر بودن گاز طبیعی با عث نمی‌شود که همه گاز نشت یافته از یک محل بسمت بالا برود بلکه بخشی از گاز نیز ، بویژه در صورتی که عناصر تشکیل دهنده هوا با آن اختلاط کامل پیدا کنند ، بهمراه هوا به اطراف نیز پراکنده می‌شود . و چون غلظتهای پائین گاز در هوا خطرناکتر است قابلیت انفجار در اطراف محل نشت نیز وجود دارد .

 

گاز طبیعی بعد از هیدروژن پاک‌ترین نوع سوخت فسیلی برای طبیعت است. زیرا عمدتاً دی‌اکسیدکربن و بخار آب تولید می‌کند. علاوه بر این متان یکی از مواد خام اصلی برای ساخت حلال‌ها و دیگر مواد شیمیایی ارگانیک است. پروپان و بوتان نیز از گاز طبیعی استخراج می‌شوند. گاز نفتی مایع شده (Liquefied Petroleum Gas) یا (LPG) اصولاً همان پروپان است و اغلب به جای گاز طبیعی در مناطق فاقد خطوط لوله مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

گاز طبیعی غالباً ناخالصی‌هایی چون دی‌اکسیدکربن (گاز اسیدی)، سولفید هیدروژن (گاز ترش) و آب و همچنین نیتروژن، هلیوم و سایر گازهای نادر را به همراه دارد. دی‌اکسید را به حوزه‌های نفتی قدیمی تخلیه شده تزریق می‌کنند تا تولید آنها افزایش یابد. نیتروژن نیز گازی است قابل تزریق به حوزه‌های نفتی و هلیوم در صنایع الکترونیک موارد استفاده ارزشمند و فراوان دارد.

 

سولفید هیدروژن (H2S) بسیار سمی است و مقادیر بسیار ناچیز آن نیز می‌تواند کشنده و مهلک باشد. سولفید هیدروژن بسیار خورنده و فرساینده است و می‌تواند به لوله‌ها، اتصالات و شیرهای چاه آسیب و خسارت وارد کند. بنابراین قبل از انتقال گاز طبیعی به خطوط لوله، سولفید هیدروژن جداسازی شده و دی‌اکسید کربن و آب آن نیز از طریق آب‌زدایی یا نمک‌گیری گرفته می‌شود.

 

سوختن گاز طبیعی

 

گاز طبیعی در صورتی که بطور کامل خشک و فاقد مواد زائد باشد و هوای کافی به آن برسد ، با شعله آبی میسوزد

 

ودر غیر اینصورت شعله‌های قرمز ، نارنجی ،زرد یا سبز حاصل خواهد شد.

 

ارزش حرارتی گاز طبیعی

 

هر متر مکعب گاز طبیعی بصورت متوسط ده هزار کیلو کالری ارزش حرارتی دارد ، امّا این مقدار اسمی است و ارزش حرارتی دقیق گاز طبیعی هر میدان گازی ، تابع ترکیبات آن بوده و بطور کلی هر چه درصد متان در گاز طبیعی بیشتر باشد ارزش حرارتی آن پائین تر است .

ارزش یک متر مکعب گاز طبیعی در شرایط استاندارد تقریباً به اندازه یک لیتر بنزین می‌باشد.مصرف یک بخاری گازی در هر ساعت از نیم تا یک و نیم متر مکعب گاز طبیعی می‌باشد.گازی که در منازل، محل‌های کسب و کار و بخش‌های صنعتی استفاده می‌شود در واقع متان خالص است که گازی بی‌رنگ و بی‌بو و با شعله‌های کم‌رنگ و به نسبت روشن می‌سوزد.

 

دلایل مطلوبیت ویژه گاز طبیعی

 

تقاضای جهانی انرژی طی دویست سال اخیر به دلیل نگرانی‌های زیست‌محیطی به سمت سوخت‌هایی با محتوای کربن کمتر متمایل شده است. طی این مدت انرژی مورد نیاز انسان از چوب (با محتوای کربن ۲۵/۱ نسبت به هیدروژن موجود در آن) به زغال‌سنگ سپس به نفت و در حال حاضر به گاز طبیعی (گاز متان با میزان کربن ۶۵٪) تغییر نموده و در این راستا سهم گاز طبیعی به عنوان سوخت در حال افزایش است.

 

گاز طبیعی منبع انرژی تقریباً پاکیزه، فراوان و ارزان قیمتی است که هم اکنون نیز به مقیاس وسیع برای مصارف صنعتی و خانگی به کار رفته و در طی دهه‌های آینده بهره‌برداری از آن گسترش خواهد یافت. در توسعه اقتصادی جهان، مناطق و کشورهای مختلف، به دلیل منابع و ذخایر عظیم در دسترس و توسعه تکنولوژی‌های خلاق، باعث کاهش هزینه‌ها و زمان اجرای پروژه‌ها و در نتیجه بهبود اقتصاد پروژه‌های توسعه و انتقال گاز شده است. همچنین تلاش جهانی برای کاهش گازهای گلخانه‌ای و گاز CO2 مزیت استفاده از گاز طبیعی در مقایسه با سایر سوخت‌ها را نشان می‌دهد.

 

دولت‌ها و صاحبان صنایع امروزه به دنبال آن دسته از حامل‌های انرژی هستند که آلاینده‌های کمتری تولید می‌کنند. به همین دلیل جهان به گاز طبیعی روی آورده است. در واقع گاز طبیعی در هر واحد انرژی حدود ۲۴ درصد نسبت به نفت خام و ۴۲ درصد نسبت به زغال‌سنگ گازهای آلاینده کمتری تولید می‌کند و این بیان‌گر آن است که می‌توان انرژی بیشتری مصرف و در مقایسه با نفت خام و زغال‌سنگ، آلاینده‌های کمتری تولید کرد.

 

مصرف گاز طبیعی در دهه ۱۹۹۰ در اروپا به شدت افزایش یافته، به طوری که در آلمان ۳۰ درصد، در ایتالیا ۵۰ درصد و در انگلیس ۱۰۰ درصد رشد داشته است و در مقابل تولید گاز آلاینده CO2، به همین نسبت کاهش یافته. هر چند انتشار CO2 و ذرات معلق در مقایسه با زغال‌سنگ و نفت قابل چشم‌پوشی است. لیکن مقادیر متنابهی از NOx انتشار می‌یابد که نیازمند بررسی و مطالعات بیشتر آثار و تبعات آن در محیط زیست می‌باشد.

 

قابلیت اشتعال گاز طبیعی

 

قابلیت اشتعال گاز طبیعی فقط در محدوده خاصی از نسبتهای اختلاط با هوا اتفاق می‌افتد که این محدوده را محدوده «قابلیت اشتعال »می نامند مرز پائین این محدوده را اشتعالL.E .L و مقدار بالای این محدوده را ، حد بالای اشتعال L.H .L می‌نامند.

 

حد پائین اشتعال گاز طبیعی ۵ درصد و حد بالای آن ۱۵ درصد می‌باشد . بهترین حالت برای اشتعال گاز طبیعی نسبت ۱۰ درصد گاز با هواست که همان نسبتی است در فرمول ترکیب متان و اکسیژن (هوا) دیده می‌شود .

 

CH۴+۲O۲ = CO۲+۲H۲O+ ۱۰۰۰۰ Kcal/m۳

 

همانطور که واکنش فوق نشان می‌دهد یک حجم متان برای سوخت کامل نیاز به ۲ حجم اکسیژن دارد و با توجه به اینکه یک حجم اکسیژن تا حدودی در ۵ حجم هوا موجود است . بنا بر این می‌توان گفت که یک حجم متان نیاز به ۱۰حجم هوا دارد که تا حدودی همان نسبت یک به ۱۰ و یا ده درصد است .

 

البته برای سوختن کامل نیاز به ۲۰ الی ۳۰ درصد هوای اضافی داریم ولی در انفجارها هر چه به نسبت ۱۰ درصد گاز در هوا نزدیک تر باشیم انرژی حاصل از انفجار بیشتر است .

[spow 44,195]

ممنون مهرداد جان منم درادامه تا جایی که بتونم درخدمت خواهم بود

[spow 44,195]

كوره

 

كوره دستگاهي است كه درون يك محفظه عايق،حرارت ناشي از احتراق سوخت را به سيال فرايند منتقل مي كند. سيال فرايند در لوله هايي جريان دارد كه عموما در امتداد جداره ها و سقف محفظه احتراق نصب شده اند.عامل اصلي انتقال حرارت مكانيزم تشعشع مي باشد.در صورت توجيه اقتصادي درون يك بخش مجزا ،حرارت گازهاي خروجي حاصل از احتراق با مكانيزم بصورت جابجايي به لوله ها منتقل مي گردد.

در صنايع نفت كوره با اسا مي مختلفي از قبيل Tube still- Furnace -process heater-direct و fired heaterناميده مي شود.

وظيفه اصلي كوره ،تامين حرارت معيني به سيال فرايند تحت دماي زياد مي باشد. اين عمل بايستي بدون افزايش بيش از حد حرارت در نقطه ي معيني از سيال و يا اجزا بدنه كوره انجام شود .به عبارت ديگر ،حرارت بايد حتي الامكان بصورت يكنواخت توزيع گردد.

ساختمان گرمکن هاي گاز شامل محفظه گرمكن (Shell)، لوله هاي گاز (Gas Tube)، آتشدان (Fire Tube)، محفظه احتراق، مخزن انبساط آب (expansion Tank)، دودكش (exhaust) و سيستم تامين و كنترل سوخت مي باشد. محفظه گرمکن به صورت استوانه افقي بوده که حجم آن متناسب با ظرفيت حرارتي گرمکن ميباشد .اين مخزن روي يک شاسي ثابت مي گردد و جهت جلوگيري از سرريز شدن آب مقطر هنگام گرم شدن ،مخزن کوچکتري بالاي اين مخزن نصب ميگردد . لوله هاي گاز گرمکن که اندازه آنها متناسب با حجم گاز عبوري از گرمکن طراحي ميگردد ،به صورت لوله هاي رفت و برگشت و در چند رديف از يک قاعده وارد مخزن گرمکن ميشوند و نشاندهنده هاي دما و فشار گاز روي اين لوله تعبيه مي گردند و کنترل کننده دماي گاز گرمکن نيز روي لوله خروجي آن نصب مي شود.

[spow 44,195]

آتش دان يا Fire Tube لوله اي است که معمولا به شکل U ساخته شده و درون مخزن گرمکن و در قسمت زيرين لوله هاي گاز قرار مي گيرد و دو دهانه آن از قاعده ديگر مخزن خارج و به دودکش و محفظه احتراق متصل ميگردد و آتش مشعل و هواي گرم هيتر از درون اين لوله به دودکش منتقل ميشود.

دودکش يا exhaust لوله اي است که انتقال گاز حاصل از احتراق را به ارتفاع بالاتري منتقل نموده باعث مکش هواي درون آتشدان ميشود. دودکش ها مجهز به دريچه هايي بوده که از اتلاف حرارت جلوگيري به عمل مي آورد. در قسمت پايين دودکش ها سوراخهايي تعبيه شده که در صورت نصب تجهيزات مناسب ميتوان دما و نوع گاز حاصل از سوخت را اندازه گيري نموده و در نتيجه ميزان سوخت و هواي هيتر را تنظيم نمود.

محفظه احتراق محلي است که مشعلها و شمعک ها و متعلقات آنها درون آن قرار دارند.دريچه هاي ورودي هواي سوخت که مجهز به توري محافظ ميباشد نيز روي اين محفظه نصب شده اند .اين محفظه به گونه اي ساخته ميشود که مشعل و شمعک قابل رويت بوده و دريچه تنظيم هواي آنان قابل دسترسي باشد.براي تامين سوخت گرمکن ها معمولا از گاز خروجي گرمکن و يا گاز خروجي ايستگاه مربوطه استفاده ميگردد. ولي در هر صورت اين گاز پس از عبور مجدد از درون گرمکن با دماي بيشتر وارد سيستم سوخت هيتر ميشود. اين سيستم شامل ***** ، رگلاتور ، شير قطع فشار براي فشار بالا و پايين و شير اطمينان ميباشد.

براي کنترل گرمکن هاي گاز از چهار نوع تجهيزات کنترل که شامل کنترل کننده دماي گاز خروجي ،کنترل کننده دماي آب گرمکن ،کنترل کننده سطح آب گرمکن و سيستم محافظ شعله پيلوت مي باشند استفاده ميگردد.

ظرفيت حرارتي گرمکن ها متناسب با ظرفيت سيستم بوده و معمولا به ازاي هر متر مکعب از ظرفيت ايستگاه حدود 70 BTU/h ظرفيت حرارتي براي گرمکن در نظر گرفته مي شود.

[spow 44,195]

كاربرد كوره ها در صنعت:

در صنايع نفت ،كوره ها كاربرد متعددي دارند،در اينجا شش مورد مهم را بررسي مي نمايم:

الف) ريبويلر ستون هاي تقطير:

اين نوع كوره ملايمترين كاربرد كوره بوده كه معمولا دچار وضعيت بحراني نمي شود. سيال فر ايند كه از بالاي برج تقطير گرفته مي شود ،درون كوره تا اندازه اي تبخير مي گردد.مخلوط بخار-مايع حاصله دوباره وارد برج شده و بخار آن تقطيرمي گردد،بطوري كه حرارت تبخيرخود را در آنجا آزاد مي نمايد .تغيير جزئي درجه حرارت بين ورودي و خروجي و تبخير اساسي سيال (معمولا بيش از پنجاه درصد)از ويژگيهاي كوره ريبويلر است.

ب) پيش گرمكن خوراك ستون تقطير:

سيال فرايند(كه بصورت مايع بوده و گاهي در جريان ورودي حاوي مقداري بخار است) قبلا توسط مبدلهاي حرارتي گرم مي شود .درجه حرارت اين سيال درون كوره انقدر بالا مي رود تا تبخير جزئي اتفاق بيفتد.به عنوان مثال از اين كوره در پالايشگاه جهت گرم كردن نفت خام قبل از ورود به برج تقطير اتمسفري استفاده مي گردد. نفت خام بصورت مايع با دماي 450 درجه فارنهايت وارد كوره شده و با دماي حدود 700 درجه فارنهايت خارج مي گردد،در حا ليكه نزديك 60 درصد آن تبخير مي شود.

ج) پيش گرمكن خوراك راكتورها:

اين نوع كوره دماي سيال را تا مقدار لازم جهت كنترل واكنش شيميايي كه در راكتور مجاور انجام مي شود ، بالا مي برد . ماهيت سيال،دما و فشار كوره بسته به نوع فرايند مي تواند بطور قابل ملاحظه اي تغيير كند.

د) تامين حرارت محيطهاي واسطه اي :

در بسياري از كارخانجات حرارت از طريق يك محيط واسطه اي به قسمتهاي مختلف انتقال مي يابد .در اينگونه موارد كوره نقش گرم كننده مجدد اين سيال را ايفا مي كند .سيال واسطه اي ممكن است يك برش نفتي،دائو ترم،ترمينول و يا يك نمك مذاب باشد .اين سيال هنگام عبور از كوره همواره مايع باقي مي ماند.

ه) كوره هاي گرم كننده سيالات ويسكوز:

بعضي اوقات برشهاي سنگين نفتي بايستي از نقطه اي به نقطه ي ديگر حمل شوند. در دماهاي كم گرانروي اين برشها بقدري زياد است كه عمل پمپ كردن را مختل مي سازد.بدين سبب از يك كوره جهت گرم كردن سيال استفاده مي شود تا ويسكوزيته ان كاهش يافته بهتر پمپ گردد.

و)راكتورهاي اشتعا لي : اين راكتورها بصورت كوره هايي هستند كه يك واكنش شيميايي در كويل انها اتفاق مي افتد .از نقطه نظر تكنولوژي ،اين كوره ها بسيار پيچيده هستند.دو مثال زير بيانگر دو نوع از اين كوره ها مي باشد:

[spow 44,195]

1.كوره هاي رفرمر هيدروكربنها توسط بخار آب كه در آنها لوله هاي محفظه احتراق به منزله راكتور هاي عمودي حاوي كاتاليزور نيكل مي باشند. در واحد هاي رفرمينگ توليد هيدروژن درجهت حرارت سيال خروجي حدود 1450 تا 1650 درجه فارنهايت است.

2.كوره هاي پيروليز كه از خوراك گازي مانند اتان و پروپان و يا از خوراك مايع مانند نفتا و گازوئيل توليد اولفينهاي مختلفي را مي نمايد ،در كوره هاي كراكينگ واكنش شيميايي درون لوله ها رخ مي دهد .درجه حرارت خروجي سيال حدود 1500 تا 1650 درجه فارنهايت است. لوله هاي افقي يا عمودي:

اساس تقسيم بندي كوره ها وابسته به موقعيت كويل حرارتي در بخش تابشي و يا به عبارت ديگر وابسته به عمودي يا افقي بودن لوله ها مي باشد كه در اينجا جنبه هاي برجسته هر كدام بررسي مي گردند:

 

كوره با لوله هاي عمودي:

الف)كوره استوانه اي-عمودي كاملا تشعشعي:

در اين كوره كويل لوله ها بصورت عمودي در امتداد ديواره محفظه احتراق قرار دارد.اشتعال از كف كوره بصورت عمودي انجام مي گردد.ساخت اين كوره ها مستلزم سرمايه اوليه كم و فضاي اندك است .بازده حرارتي كم و بار حرارتي بين5/0 تا 20 ميليونBtu/hr می باشد.

 

ب)كوره استوانه اي-عمودي با كويل مارپيچ:

در اين كوره ها كويل بصورت مارپيچ در كنار ديواره محفظه احتراق قرار داشته ،اشتعال بصورت عمودي از كف كوره صورت مي گيرد.گرچه اين كوره ها جزء كوره هاي عمودي هستند ولي خصوصيات سيال فرايند درون لوله هاي آن شبيه كوره هاي افقي مي باشد.طراحي اين كوره ها نيز مستلزم سرمايه گذاري و فضاي اندك بوده ،بازده حرارتي كمي دارند .كويل لوله ها ذاتا قابل تخليه مي با شد و تنها محدوديت اين واحدها اين است كه فقط يك سيال مي تواند در آنها جريان يابد .بار حرارتي بين 5/0 تا 20 Btu/hr ميليون مي باشد .

ج)كوره استوانه اي-عمودي با بخش جابجايي متقاطع:

اين كوره نيز از كف مشتعل شده و شامل دو بخش تشعشع و جابجايي است .كويل حرارتي در بخش جابجايي بصورت يك دسته لوله افقي بالاي بخش تابشي قراردارد.اين ساختار از نظر اقتصادي بسيار مقرون به صرفه بوده و مستلزم حداقل فضا مي باشد ، بازده حرارتي در اين كوره بالا بوده و محدوده بار حرارتي بين 10 تا 200 ميليون Btu/hrاست.

د)كوره اطاقي:

طراحي اين كوره بصورت خاصي بوده ،بطوري كه لوله هاي بخش تشعشع بصورت شكل به توزيع كننده هاي انتهايي متصل مي شوند . اين نوع كوره بخصوص براي گرم كردن جريان زياد گاز مناسب است زيرا افت فشار ناچيز مي باشد. اشتعال بصورت عمودي از كف كوره و يا بصورت افقي درون انحناي لوله ها صورت مي گيرد. در اين نوع طراحي مي توان چندين كويل حرارتي را در داخل بدنه كوره جا داد. جهت كنترل اشتعال هر شاخه ،هر يك از كويل ها توسط ديواره حائلي جدا مي شود .به علاوه معمولا در بالاي كوره يك بخش جابجايي جهت افزايش ظرفيت حرارتي تعبيه مي گردد. محدوده بار حرارتي هر يك از كويل ها بين 50 تا 100 Btu/hr ميليون است.

ه)كوره عمودي با اشتعال از دو طرف:

لوله هاي بخش تابشي اين كوره در يك رديف عمودي درون هر سلول محفظه احتراق قرار داشته و از دو طرف مشتعل مي شوند.(معمولا دو سلول وجود دارد) با چنين وضعيتي توزيع حرارت در اطراف لوله ها كاملا يكنواخت خواهد بود . نوع ديگري از اين كوره داراي مشعل هايي واقع در سطوح مختلف است .در نتيجه كنترل پروفيل حرارت در امتداد لوله ها كاملا دقيق مي باشد . اين نوع كوره بيشتر به عنوان راكتور اشتعالي و يا به عنوان گرم كننده سيال راكتورها بكار برده مي شود . علاوه بر كوره دو سلولي كه قبلا ذكر گرديد ، مدل تك سلولي نيز جهت بار حرارتي كمتر مورد استفاده قرار مي گيرد.بطور كلي كوره اي با اين ساختار مستلزم سرمايه گذاري اوليه زياد مي باشد .محدوده بار حرارتي هر سلول بين 20 تا 125 Btu/hr ميليون است.

[spow 44,195]

كوره با لوله هاي افقي:

الف)كوره اتاقي:

دراين كوره كويل لوله ها در بخش تابشي بصورت افقي قرار داشته بطوري كه ديواره هاي جانبي و سقف كوره را مي پوشاند. كويل بخش جابجايي بصورت يك دسته لوله در بالاي محفظه احتراق قرار دارد. معولا اشتعال بصورت عمودي از كف كوره انجام مي شود ،ولي ممكن است توسط مشعلهايي كه بر روي جداره هاي جانبي زير كويل حرارتي نصب شده اند نيز صورت پذيرد . اكثر تجهيزات جديد مجهز به اين نوع كوره اند، زيرا از نظر اقتصادي كاملا مقرون به صرفه است . بارحرارتي ما بين 10 تا 100 Btu/hr است .

ب)كوره افقي دو سلولي:

در اينجا كويل لوله هاي بخش تابشي بصورت افقي در امتداد ديواره هاي جانبي و سقف سلول محفظه احتراق نصب شده اند . اما لوله هاي بخش جابجايي بصورت افقي و مشترك بين دو سلول مي باشند. عمل اشتعال ، بصورت عمودي از كف صورت مي گيرد . بازده حرارتي كوره زياد بوده و طراحي Btu/hr است . محدوده بار حرارتي بين 100 تا 250 ميليون آن مقرون به صرفه مي باشد.

ج)كوره اطاقي با ديوار حائل:

در اين كوره نيز لوله هاي بخش تابشي بصورت افقي در امتداد ديواره هاي جانبي و سقف محفظه احتراق قرار دارند . لوله هاي بخش جابجايي افقي بوده و بالاي محفظه احتراق نصب شده اند . اشتعال مي تواند بنا بر اختيار توسط مشعلهايي بر روي ديواره جانبي و يا بطور عمودي تغيير از كف در دو طرف ديوار حايل صورت پذيرد . بار حرارتي بين 20 تا 100 Btu/hr ميليون مي كند.

د)كوره اطاقي با اشتعال جانبي و لوله هاي افقي:

كويل بخش تابشي بصورت موازي در امتداد ديواره هاي جانبي و سقف احتراق قرار دارد . لوله هاي بخش جابجايي نيز بصورت افقي در بالاي محفظه احتراق نصب گرديده اند .اي كوره توسط مشعلهايي كه روي ديواره هاي جانبي قرار دارند بطور افقي مشتعل مي شود بار حرارتي آن بين 5 تا 50 Btu/hr ميليون است .

ه)كوره اطاقي با اشتعال جانبي و لوله هاي افقي با بخش جابجايي كناري :

در اينجا نيز كويل بخش تابشي بصورت افقي در اطراف ديوارهاي جانبي و سقف محفظه احتراق قرار دارد . كويل بخش جابجايي بصورت افقي در كنار محفظه احتراق مي باشد. اين واحد توسط مشعلهاي افقي و بر روي ديوارهاي جانبي مشتعل مي شود . اين كوره در تاسيسات قديمي و گاهي نيز در واحدهاي جديدي كه از سوختهاي نا مرغوب با خاكستر زياد استفاده مي كنند،يافت مي شود توليد مي كند هزينه ي ساخت آن زياد بوده و بار حرارتي آن بين 50 تا 200 ميليونBtu/hr است .

[Furnace 90]

احتراق : يكي از شناخته شده ترين واكنشهاي شيميايي،احتراق سوختهاي هيدرو كربني است . فرمول عمومي سوختهاي هيدرو كربني به شكل CnHmOx مي باشد.فرآينداحتراق دربرگيرنده اكسيدشدن اجزايي از سوخت است كه توسط معادله زير بيان ميشود: گرما + محصولات احتراق ( 3.76 N2 + O2)اكسيد كننده + سوخت همان طور كه مشخص است در فرآيند احتراق سه عامل حياتي دارد: سوخت، گرما ، اكسيژن

عوامل ديگر زمان ، دما و تلاطم نقش مهمي در تشكيل يك احتراق مناسب دارد. شرايط احتراق مطلوب سوختهاي مختلف : - مخلوط سوخت و هوا بايد سريعا قابل اشتعال باشند. - شعله حاصله بايد تحت تمامي شرايط ديگ پايدار باشد. - شعله بايد كاملا در محدوده داخلي كوره باشد. - احتراق كامل با حداقل هواي اضافي صورت گيرد. - محدوده مشخصي جهت انتشار گازها و ذرات سوخته مشخص گردد. سوخت : هر ماده اي كه درتركيب با اكسيژن و گرما ايجاد نور و حرارت كند ، سوخت ناميده مي شود. سوخت ها تركيباتي از هيدروژن ( H) ، كربن (C) ومقدار كمي گوگرد (S) مي باشند كه وقتي محترق مي شوند هيدروژن سريعتر و با دماي كمتري از كربن مي سوزد.هيدروژن با رنگ آبي مي سوزد و رنگ زرد شعله مربوط به سوختن كربن مي باشد.علت سوختن سريع هيدروژن نسبت به كربن تركيب سريع آن با اكسيژن هواست .ذرات نيمه جامد كربن در حالي كامل مي سوزند كه مقدار اكسيژن لازم را ازمحيط اطراف جذب نمايند. چنانچه سوخت كامل بسوزد مواد حاصله از احتراق نسبتا بي زيان بوده و عبارتست از دي اكسيد كربن و بخار آب . گرما : براي اينكه سوختن انجام پذيرد بايد ماده سوختني به دماي اشتعال خود رسيده باشد.گرما بايد دماي سوخت را به بالاتر از نقطه احتراق برساند.

[TABLE=class: MsoTableGrid]

[TR]

[TD=width: 189, bgcolor: transparent] دماي اشتعال ( سانتيگراد )

[/TD]

[TD=width: 95, bgcolor: transparent] ماده سوختني

[/TD]

[TD=width: 193, bgcolor: transparent] دماي اشتعال ( سانتيگراد )

[/TD]

[TD=width: 91, bgcolor: transparent] ماده سوختني

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD=width: 189, bgcolor: transparent] 500

[/TD]

[TD=width: 95, bgcolor: transparent] گازكك و شهري

[/TD]

[TD=width: 193, bgcolor: transparent] 300

[/TD]

[TD=width: 91, bgcolor: transparent] چوب

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD=width: 189, bgcolor: transparent] 650

[/TD]

[TD=width: 95, bgcolor: transparent] گاز طبيعي

[/TD]

[TD=width: 193, bgcolor: transparent] 600

[/TD]

[TD=width: 91, bgcolor: transparent] كك

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD=width: 189, bgcolor: transparent] 500

[/TD]

[TD=width: 95, bgcolor: transparent] گازمايع

[/TD]

[TD=width: 193, bgcolor: transparent] 370

[/TD]

[TD=width: 91, bgcolor: transparent] نفت سياه

[/TD]

[/TR]

[/TABLE]

اكسيژن : عمل احتراق به اكسيژن نياز دارد كه اين اكسيژن را مي توان از هواي اطراف به صورت طبيعي يا بصورت مصنوعي فراهم نمود. هرماده سوختني براي سوختن به مقدار معيني هوانياز دارد كه اين مقدار را هواي مورد نياز مي گويند.

[TABLE=class: MsoTableGrid]

[TR]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent]

هواي مورد نياز تئوري

m³/kg

[/TD]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent]

ماده سوختني

[/TD]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent]

هواي مورد نياز تئوري

m³/kg

[/TD]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent]

ماده سوختني

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent] 7/3

[/TD]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent] گازشهري وكك

[/TD]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent] 2/4

[/TD]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent] چوب

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent] 8/8

[/TD]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent] گاز طبيعي low

[/TD]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent] 5/7

[/TD]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent] كك

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent] 6/10

[/TD]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent] گازطبيعي high

[/TD]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent] 8/10

[/TD]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent] گازوييل

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent] 31

[/TD]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent] بوتان

[/TD]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent] 4/10

[/TD]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent] نفت سياه

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent] 8/23

[/TD]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent] پروپان

[/TD]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent] 2/10

[/TD]

[TD=width: 142, bgcolor: transparent] مازوت

[/TD]

[/TR]

[/TABLE]

براي اينكه عمل سوختن در هر حال كامل انجام شودبايد هواي بيشتري به آن داده شود اين مقدار در احتراق 10 تا 40 درصد مي باشد.اين هواي اضافه كه با n نمايش داده مي شود.

هواي اضافي = هواي مورد نياز تئوري / هواي مورد نياز واقعي

به طور مثال در صورتيكه براي سوختن گازوييل به طور واقعي 5/13 مترمكعب هوابه هر كيلو گرم ماده سوختني داده شود ، با استفاده از جدول بالا مقدار n برابر است با 1.25 . يعني 25در صد هواي اضافي علاوه بر هواي مورد نياز تئوري براي سوختن گازوييل مورد نياز است. احتراق كامل و ناقص : سوختها عمدتا از هيدروكربنها تشكيل شده اند كه شامل دو عنصر هيدروژن و كربن مي باشد.هنگام سوختن هيدروژن با اكسيژن هوا توليد آب كرده و كربن با اكسيژن در احتراق كامل توليد دي اكسيد كربن مي نمايد.وقتي كه اكسيژن به مقدار كافي براي احتراق فراهم نگردد احتراق ناقص صورت مي گيرد.كه موارد حاصل از اين نوع احتراق دي اكسيد كربن ، بخار آب و مونوكسيد كربن و پاره اي مواد سمي و بدبو خواهد بود. بنابراين احتراق ناقص از دو جهت زيان آور خواهد بود . يكي عدم استفاده كامل از انرژي سوخت و ديگري توليد گازهاي خطرناك كه تنفس آنها زيان آور است. با تغيير ميزان هواي ورودي به مشعل ميزان مونوكسيد كربن و دي اكسيد كربن موجود در دود خروجي تغيير مي كند .اگر مقدار هوا كمتر از حد لازم باشد مونوكسيدكربن زياد شده و دود تا حد زيادي تيره به نظر مي رسد.اگر مقدار هوازياد باشد مونوكسيد كربن كم شده و دي اكسيد كربن بالا رفته و از حد مجاز 11 تا 12 در صد بيشتر مي شود. بنابراين با تنظيم هواي ورودي به مشعل بايد به حد مطلوب دي اكسيد و مونوكسيد كربن دست يافت تا احتراق از آلودگي كمتر و راندمان بهتري برخوردار شود. ميزان خروجيهاي حاصل از هر احتراق توسط دستگاههاي آناليز گازهاي حاصل از احتراق مشخص مي گردد.

 

با سپاس از وبلاگ جامع مشعل

[Furnace 90]

میزان هوای لازم جهت احتراق کامل سوخت در حالت تئوري هوای استوکیومتریک Stoichiometric ناميده مي شود كه در صورت مخلوط شدن كامل سوخت با اين ميزان هوا احتراق كامل صورت خواهد گرفت و مشعل بالاترين راندمان حرارتي را خواهد داشت.ولي با توجه به اينكه مخلوط شدن كامل هوا و سوخت در عمل به ميزان صد در صد انجام نمي شود لذا همانگونه كه در نمودار زير ملاحظه مي گردد بالاترين راندمان مشعل در حالتي اتفاق مي افتد كه مقداري هواي اضافه (Excess Air) داشته باشيم.

البته همانگونه كه نمودار نشان مي دهد با افزايش بيش از حد هواي اضافه راندمان حرارتي مشعل كاهش مي يابد كه دليل آن جذب حرارت توسط هواي اضافه ورودي مي باشد.

 

میزان هوای اضافی مناسب به صورت حدودی برای سوخت های مختلف عیارت است از:

- برای گاز طبیعی ۵ تا ۱۰ درصد

- برای گازوییل ۵ تا ۲۰ درصد

- برای زغال سنگ ۱۵ تا ۶۰ درصد

******* توجه داشته باشید کا هش ۱۰ درصدی هوای اضافه غیر ضروری می تواند ۱ درصد در مصرف سوخت مشعل و بویلر کاهش ایجاد نماید بنابراین بهتر است میزان هوای اضافی با تجهیزات انالیز دود بررسی و مشعل برای حالت بهینه تنظیم گردد. *******

 

منبع:همون وبلاگ سابق الذکر!

[Furnace 90]

هنوز هم واکنشی که در آن سوخت با اکسيژن ترکيب می شود و گرما آزاد می کند، مهمترين فرایند توليد انرژی در جهان است.

گرما دست مايه کار مهندس است. و احتراق فرآيندی است که مهندس هر روز با آن سرو کار دارد. با گران تر شدن سوخت ها و تقاضای صنايع برای توان و بخار بيشتر ، مهندس بايد درباره چگونگی احتراق سوخت ها ، و کسب بيشترين گرما از احتراق سوخت ، بدون آلوده تر کردن محيط ، دانش بيشتری کسب کند.

 

 

 

 

 

 

الف- خواص شيميايی ماده

ماده:

ماده نام معمول کلیه اجسام مادی، گازی ، مایع، یا جامدی است که زمین و اتمسفر اطراف آن را تشکیل می دهند.

 

ترکیب ماده:

هر ماده از اجسام ساده ای به نام عنصر یا ترکیبی از عنصر ها تشکیل می شود. مثلا با ترکیب دو جسم ساده ، آهن و کربن، فولاد بدست می آوریم. آب ترکیبی از دو گاز هیدروژن و اکسیژن است.

92 عنصر وجود دارد ، از هیدروژن که سبکترین عنصرهاست تا اورانیم که سنگینترین است. عناصر به ندرت به حالت خالص اند و معمولا با دیگر عناصر به نسبت های مختلف ترکیب می شوند و انواع بی شماری از اجسام مادی را در جهان اطرافمان تشکیل می دهند.

اتم :

اتم کوچکترین ذره ماده است که می تواند در تغییری شیمیایی شرکت کند. اتم از ذرات کوچکتری به نام الکترون تشکیل شده است، و تعداد الکترون ها در اتم وزن آن را تعیین می کند. هیدروژن سبکترین عنصر است و یک الکترون در چرخش به دور پروتون دارد. در صورتی که اورانیم 92 الکترون در چرخش دارد.

 

وزن اتمی:

این اصطلاح به وزن نسبی اتم اشاره می کند. برای راحتی، اکسیژن را معمولا به منزله مقیاس وزن اتمی برابر 16 در نظر می گیرند، و وزن دیگر اتم ها با اکسیژن مقایسه می شود. با این مقیاس ، وزن اتمی هیدروژن 008/1 یا اندکی بیشتر از یک به دست می آید.

مولکول:

مولکول کوچک ترین ذره ماده است که به تنهایی می تواند موجود باشد. مولکول از دو یا چند اتم یکسان یا متفاوت تشکیل می شود، مثلا یک مولکول اکسیژن مرکب از دو اتم اکسیژن و یک مولکول دی اکسید کربن، مرکب از دو اتم اکسیژن و یک اتم کربن است.

وزن مولکولی:

وزن مولکولی یا وزن هر مولکول با جمع کردن وزن اتمی اتم های آن مولکول محاسبه می شود. بنابراین وزن اتمی اکسیژن 16 است و مولکول اکسیژن که شامل دو اتم است وزن مولکولی 32=2×16 دارد.

 

واکنش شیمیایی:

ترکیب اتم های دو یا چند عنصر مختلف و تشکیل ماده دیگری است که غالبا خواص فیزیکی کاملا متفاوتی دارد. مثلا دو اتم هیدروژن با یک اتم اکسیژن ترکیب می شود و به شکل یک مولکول آب در

می آید.در هر ترکیب شیمیایی مفروض، اتم ها همیشه با نسبت های یکسان ترکیب می شوند؛ ترکیبشان یک تغییر شیمیایی است و برای تجزیه این ترکیب به فرآیندی شیمیایی نیاز است.

مخلوط مکانیکی:

مخلوط مکانیکی، مخلوط کردن فیزیکی دو جسم با یکدیگر است به شرطی که هیچ تغییر شیمیایی صورت نگیرد مخلوط مکانیکی ممکن است به وسیله فرآیندهای فیزیکی یا مکانیکی مانند: سرد کردن یا شستن دوباره به قسمت های ترکیبی تجزیه شود، مثلا می توانیم شکر و نمک را مخلوط کنیم با شستشوی، شکر آن ها تجزیه می شود. این کار فرایندی کاملا مکانیکی خواهد بود.

[Furnace 90]

تشخیص ترکیب یک جسم مخلوط:

ذکر نام کامل عناصر در تمامی مواقعی که به آن ها نیاز است ،کار بسیار دشواری است. بنابراین بجای آن از نماد گذاری استفاده می کنیم معمولا نماد اولین حرف یا حروف از نام عنصر یا معادل لاتین آن است بنابراین برای کربن حرف C برای اکسیژن حرف O و برای آهن حرف Fe را از نام لاتین Ferrum می نویسیم.

اگر از یک عنصر بیشتر از یک اتم داشته باشیم تعداد را به صورت زیر نویس کوچکی بعد از حرف و زیر آن می نویسیم بنابراینO2 به معنی دو اتم اکسیژن است. به همین طریق هر ترکیبی از عناصر را می توان خیلی ساده به وسیله این نمادها نشان داد.

متداولترین عناصر موجود در سوخت:

جدول زیر وزن های اتمی را به همراه نمادها نشان می دهد. در محاسباتی که از وزن اتمی استفاده می شود غالبا اعشارها حذف می شوند، چون بسیار کوچک اند و در جواب عملا اختلافی ایجاد نمی کنند.

 

[TABLE]

[TR]

[TD]عنصر

[/TD]

[TD]وزن اتمی

[/TD]

[TD]نماد

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD]کربن

[/TD]

[TD]12.005

[/TD]

[TD]C

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD]اکسیژن

[/TD]

[TD]16

[/TD]

[TD]O

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD]نیتروژن

[/TD]

[TD]14.01

[/TD]

[TD]N

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD]گوگرد

[/TD]

[TD]32.06

[/TD]

[TD]S

[/TD]

[/TR]

[/TABLE]

 

هوا:

هوایی که تنفس می کنیم 21 در صد حجمی اکسیژن و 79 در صد حجمی نیتروژن است. نیتروژن عنصر غیر فعال است و با مواد دیگر به کندی واکنش انجام می دهد. اما اکسیژن بدین گونه نیست. اکسیژن هوا همیشه نقره را تیره، پوشش مسی را به رنگ سبز، و آهن و فولاد را زنگ زده میکند. کلیه این فرآیندها، اکسایش نام دارند، که ترکیب مواد با اکسیژن است. همه این فرآیندها گرما آزاد می کنند، اما گرما، کندتر از آن آزاد می شود که سبب آتش سوزی شود.

[Furnace 90]

نحوه احتراق

احتراق:

احتراق اکسایش سریع است، به اندازه ای سریع که گرمای واکنش قسمت نسوخته سوخت را روشن نگه می دارد و شعله یا سوختن را پیوسته برقرار نگه می دارد. چشم ما به ما می گوید که چوب ، زغال سنگ و بنزین می سوزند. اما به بیان دقیق ، هیچ چیزی نمی سوزد، مگر به صورت گاز باشد. وقتی زغال سنگ ، چوب یا بنزین را می سوزانیم ، در حقیقت گاز حاصل از این جامدها یا مایعات را می سوزانیم. با توجه به شمع می توان این گفته را اثبات کرد كه موم جامد نمی سوزد، موم مذاب اطراف فتیله نیز نمی سوزد. اما بخار حاصل از این موم مذاب ،هنگامی که از فتیله بالا می رود و به شعله می رسد

می سوزد و گرمای بیشتری تولید می کند، تا لایه بعدی موم را ذوب و تبخیر کند.

بنابراین شمع می سوزد زیرا فتیله موم مذاب را می مکد، آن را تبخیر می کند، و چنانکه گفته شد، بخار موم برا اثر گرما شعله ور می شود.

سوختن گاز:

گاز می بایست قابل احتراق باشد و به نسبت مناسبی با هوا مخلوط شود. مخلوط باید به دمای اشتعال برسد و در آن دما نگه داشته شود. ساده ترین گاز قابل احتراق، عنصر هیدروژن است.

شیمیدان ها می گویند که دو اتم هیدروژن با یک اتم اکسیژن ترکیب می شود و h2o به دست می آید که آب معمولی است.

زمانی که آب در دمای بالا به وسیله احتراق تولید می شود، نخست بخاری نامرئی است که ممکن است بعد از چگالش ، آب مایع شود. در نتیجه سوختن هر پوند هیدروژن و تبدیل آن به آب ، btu 62000 انرژی گرمایی آزاد می شود.

برای سوختن یک پوند هیدروژن هشت پوند اکسیژن مصرف می شود تا نه پوند آب تولید شود. مقدار زیادی نیتروژن که در طول عملیات با اکسیژن همراه است ،آزاد می شود و وارد واکنش شیمیایی نمی شود.

گاز طبیعی عمدتا متان است. این فرمول شیمیایی بدین معنی است که یک مولکول گاز طبیعی، یک اتم کربن و چهار اتم هیدروژن دارد. زمانیکه یک مولکول گاز طبیعی می سوزد هیدروژن مثل قبل به آب و کربن یعنی دی اکسیدکربن تبدیل می شود.

سوختن هیدروکربن :

سوخت های هیدروکربنی بسیاری با نسبت های گوناگون کربن و هیدروژن وجود دارند. با هر نسبتی هیدروژن سرانجام به آب تبدیل می شود.

کربن معمولا بعد از سوختن به دی اکسید کربن تبدیل می شود . اما گاهی اوقات کامل نمی سوزد و در نتيجه به منواکسید کربن تبدیل می شود، حتی اگر یک گاز قابل احتراق سرد با مقدار صحیحی اکسیِژن برای احتراق مخلوط شود.تا زمانی که دمای مقداری از مخلوط به دمای اشتعال نرسد، هیچ اتفاقی نمی افتد. در صورت رسیدن دما به مقداری معین، سوختن شروع می شود و گرمای ناشی از سوختن گاز ذرات بعدی مخلوط را مشتعل می کند به گونه ای که آتش به سرعت منتشر می شود.

اگر مخلوطی هوای بیش از اندازه یا کمتر از مقدار لازم داشته باشد، به سختی مشتعل می شود. یک شعله دائم و پیوسته مستلزم تغذیه پیوسته سوخت است، مانند مشعل گازی پروانه ای و مشعل بونسن. مشعل پروانه ای شعله زرد و مشعل بونسن شعله آبی رنگ دارد.

شعله های زرد و آبی:

اگر هیدروژن خالص می سوخت شعله ها هر دو آبی کم رنگ می بود. چون هیدروژن شامل کربن نیست، نمی تواند شعله زرد رنگ تولید کند اما گاز شهری و طبیعی مقدار زیادی اتم کربن در مولکول های هیدروکربن دارند. در اینجا اگر هیدروژن بتواند به اندازه جزء کوچکی از ثانیه پیش از کربن بسوزد، ذرات کربن مانند ابری از مولکول های انفرادی رها می شوند که قبل از اینکه بسوزند برای لحظه ای ملتهب می شوند . میلیون ها ذره ملتهب که نو ر سفید دارند تشکیل شعله زرد می دهند.

[Furnace 90]

اصطلاح کراکینگ:

مولکول هیدروکربن در نتیجه گرما به ذرات کربن و هیدروژن تقسیم می شود. گاز هیدروژن نخست با شعله کم رنگ می سوزد ولی شعله با وجود میلیون ها ذره کربن ملتهب به رنگ زرد کم رنگ دیده

می شود.

سطحی که در آن ذرات فوق به دی اکسید کربن تبدیل می شوند، لبه بالای شعله است. بالای این نقطه گرما ی بیشتری تولید نمی شود، ولی البته گرمای آزاد شده پیشین در زیر شعله به شکل محصولات احتراق قابل رویت بالا می آید. چنانچه قاشق سردی را دقیقا بالای شعله پروانه ای نگه داریم هیچ گونه دوده ای روی آن نخواهد نشست، چون کل کربن سوخته است. همان قاشق را به داخل شعله فرو ببرید سریعا با دوده پوشیده می شود. در اینجا قاشق مخلوط را قبل از اینکه کل کربن سوزانده شود تا زیر نقطه اشتعال سرد می کند، به طوریکه کربن سوخته نشده روی قاشق می نشیند.

[Furnace 90]

دوده و دود:

هر جا شعله زردی به سطوح نسبتا سرد برخورد کند قبل از اینکه همه کربن بسوزد، شعله به زیر

دما ی اشتعال آمده سرد خواهد شد . کربن نسوخته بصورت دوده روی سطوح گرمایی رسوب می کند یا از طریق دود کش به صورت دود بیرون می رود در هر حالت اتلاف و آلودگی ایجاد می شود. برای جلوگیری از این پدیده از احتراق کامل قبل از رسیدن شعله های زرد به لوله های درون دیگ مطمئن شوید. راه های اساسی برای انجام این کار عبارتند از: کاهش ارتفاع کوره ، حجم کوره، یا دمای آن یا اطمینان از مخلوط شدن کامل تر به طوری که مواد قابل احتراق زودتر بسوزند.

[Furnace 90]

رفتار شعله در کوره دیگ:

در یک قسمت کوره، مخلوط برای سوختن ممکن است بسیار سنگین باشد، در نواحی دیگر کوره ممکن است تقریبا فقط هوا وجود داشته باشد و گاز قابل احتراق وجود نداشته باشد. مخلوط ممکن است بسیار سبک باشد، به گونه ای که بد بسوزد یا اصلا نسوزد، بنابراین حتی در صورت درست بودن مقدار میانگین هوا ممکن است احتراق بد صورت گیرد، چون بعضی از قسمت های مخلوط بسیار سنگین و بعضی بسیار سبک اند. در واقع هیدروکربن های زغال سنگ، نفت و گاز ممکن است یک رشته واکنش انجام دهند. در هر صورت باید به خاطر داشته باشیم که هیدروژن سرانجام به آب و کربن (اگر کامل بسوزد) به دی اکسیدکربن تبدیل می شود. اما اگر کربن به طور کامل نسوزد ممکن است که گاز Co تولید کند ، که باز هم قابل سوختن است و چنانچه نسوخته به دودکش راه یابد اتلاف بزرگی است.

[Furnace 90]

سوخت های در دسترس

مواد اصلی تشکیل دهنده سوخت های مورد استفاد ه در دیگ ها :

مواد اصلی تشکیل دهنده کلیه سوخت های مورد استفاده برای دیگ ها: کربن ، هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن ، گوگرد و در مورد زغال سنگ عناصر غیر قابل احتراق به صورت خاکستر است .

دقیق ترین روش پیدا کردن ارزش گرمایی سوخت:

ارزش گرمایی سوخت را می توان به طور دقیق به سوزاندن مقدار معینی سوخت با اکسیژن خالص در دستگاهی به نام گرما سنج پیدا کرد. در گرما سنج گرمای حاصل از احتراق در آب جذب می شود و ارزش گرمایی با توجه به افزایش دمای آب تعیین می شود ارزش گرمایی سوخت جامد یا مایع را معمولا بر حسب BTU/lb و ارزش گرمایی سوخت گازی را با 3 BTU/ft ، در دما و فشار استاندارد می دهند.

 

BTU : BTU مخفف یکای گرمایی بریتانیا است و عبارت است از مقدار گرمايي که دمای یک پوند آب را به اندازه یک درجه فارنهایت بالا ببرد، یک BTU است. مقدار گرمای لازم که دمای یک پوند آب را یک درجه بالا می برد در دماهاي مختلف ممکن است کمی بیشتر یا کمتر باشد، ولی تغییر بسیار جزئی است.

مواد اصلی مورد استفاده به عنوان سوخت:

مواد اصلی جامدهایی مثل چوب و زغال ، مایعاتی مثل مواد سوختی مشتق از نفت و گازهایی مانند گاز طبیعی ، گاز مولد ، گاز کوره بلند و گاز زغال سنگ است.

[Furnace 90]

ذغال سنگ، سوخت نفتی و گاز

 

طبقه بندی زغال:

طبقه بندی ذغال به روش های متعددی صورت می گیرد که بر مقدار کربن نسبت بین کربن ثابت و مواد فرار ، کک شو و کک نشو بودن ، و مشخصات فیزیکی دیگر مبتنی است. با وجود این اختلاف زیاد در ترکیب و ظاهر فیزیکی زغال ها که از معادن گوناگون ذغال و حتی از مقاطع مختلف یک لایه زغال ناشی می شود، پیدا کردن یک سیستم طبقه بندی مناسب و رضایت بخش برای تمام ذغال ها را دشوار می کند.

معمولا سه نوع اصلی زغال وجود دارد : آنتراسیت ، بیتومینوس ( قیری ) و لیگنیت، ولی هیچ گونه مرز آشکاری بین آن ها وجود ندارد. زغال های دیگری به نام های نیمه آنتراسیت ، نیمه بیتومینوس و ساب بیتو مینوس نیز داریم. آنتراسیت کهن ترین ذغال از لحاظ زمین شناختی است. ذغالی است سخت و اصولا ترکیبی است از کربن با مقدار کمی مواد فرار و عملا رطوبت ندارد اگر از آنتراسیت به سوی جوان ترین ذغال سنگ یعنی لیگنیت برویم مقدار کربن کاهش پیدا می کند و مواد فرار و رطوبت افزایش

می یابند.منظور از کربن ثابت، کربن در حالت آزاد است که با عنصری دیگر ترکیب نشده است. منظور از مواد فرار مواد تشکیل دهنده قابل احتراق زغال سنگ است که وقتی زغال گرم می شود به صورت بخار متصاعد می شود.

 

مقدار تقریبی ارزش گرمایی انواع مختلف زغال ها:

به علت تنوع وسیعی که در ترکیب وجود دارد، غیر ممکن است از ارقام قطعی و معینی برای هر نوع زغال به دست آورد. معمولا ، ارزش گرمایی زغال لینگنیت 7000 تا 8000 BTU/lb ، و برای زغال بیتومینوس مرغوب تا حدود BTU/lb 15000 تغییر می کند.

 

گرد ذغال:

این نوع ذغال قبل از تزریق به کوره به صورت پودر ساخته می شود . تزریق به وسیله دمش شدید هوا به داخل کوره صورت می گیرد و بسیار شبیه به گاز می سوزد.

 

میانگین ترکیب و مقدار ارزش گرمایی چوب:

ارزش گرمایی چوب به مقدار رطوبتش بستگی دارد. ممکن است ،رطوبت د رچوب های تازه تا50 در صد برسد، حتی در چوب های خشک 15 تا 25 در صد و در چوب های خشک شده کوره ای تا 8 درصد رطوبت وجود دارد .