رفتن به بالا

پایگاه خبری تحلیلی صنعت و تاسیسات


  • پنجشنبه ۲۳ آذر ۱۳۹۶
  • الخميس ۲۵ ربيع أول ۱۴۳۹
  • 2017 Thursday 14 December

مشعل‌های هوای اضافه (Excess-Air Burner) و كاربرد آن در صنعت

مشعل های هوای اضافه به مشعل هایی گفته می شود كه علاوه بر قابلیت احتراق در شرایط عادی و تشكیل شعله ای با درجه حرارت بالا امكان كار با هوای بسیار زیاد (حدود ۳۰۰۰درصد) را دارند.

مشعل‌های هوای اضافه به مشعل هایی گفته می شود كه علاوه بر قابلیت احتراق در شرایط عادی و تشكیل شعله ای با درجه حرارت بالا امكان كار با هوای بسیار زیاد (حدود ۳۰۰۰درصد) را دارند.

به دلیل اینكه احتراق با هوای اضافه زیادی صورت می گیرد، محصول احتراق از حجم بسیار زیاد ولی درجه حرارت كم برخودار است .

از آنجا که هر سوختی میدان قابلیت اشتعال مشخصی دارد ، یعنی اگر در صد حجم سوخت در هوا از حد معینی كم تر و یا زیاد تر باشد ، مخلوط حاصله قابلیت اشتعال خود را از دست می دهد و یا  به عبارتی دیگر  اگر  حجم هوای شركت داده شده دراحتراق ، از حد معینی تجاوز كند ، شعله تشكیل نخواهد شد.

شعله مشعل های هوای اضافه باید وضعیت مشخصی داشته و در طراحی این مشعل دقت فوق العاده ای صورت گیرد تا شعله تشکیل شود.

برای توضیح مسئله میدان،  قابلیت اشتعال گاز طبیعی را مورد بررسی قرار می دهیم . گاز طبیعی با چگالی حدود ۵۶ درصد میدان قابلیت اشتعالی بین ۵ تا ۱۵ درصد دارد.

چنانچه مخلوطی از گازطبیعی با هوا داشته باشیم تنها در صورتی این مخلوط مشتعل می شود كه در صد حجمی گاز در هوا بین ۵ تا ۱۵ درصد باشد. اگر در مخلوط كمتر از ۵درصد و یا بیشتر از ۱۵ درصد گاز وجود داشته باشد، ترکیب قابلیت اشتعال خود را از دست می دهد و یا به عبارتی عامیانه شعله می پرد و یا خفه می شود.

مشخصات دو نمونه گاز طبیعی استخراج شده از دو میدان مختلف به قرار زیر می‌باشد :

گاز طبیعی جهت احتراق كامل نیازمند حدود ۱۰ برابر حجم هوا است، (احتراق در شرایط استویكیومتری ) و در صد های اضافه به مفهوم نسبت هوای اضافه به هوای تئوری جهت احتراق كامل است ، می‌توان به این نتیجه رسید كه در مشعل های با۳۰۰۰ درصد هوای اضافه كه با گاز طبیعی كار می كنند، نسبت حجم گاز به هوا   است، یعنی هر متر مكعب گاز با ۳۱۰ متر مكعب هوا در مشعل فوق تركیب می‌گردد.

چون حداقل نسبت برای تشکیل شعله برای گاز طبیعی و هوا ۵ به ۹۵  یا ۱ به ۱۹است، بطور معمول با توجه به نسبت ۱ به ۳۱۰ ترکیب باید بیش از حد رقیق باشد و امكان تشكیل شعله به هیچ وجه وجود نداشته باشد، در حالیكه عملا مشعل های هوای اضافه دارای شعله كاملا پایدار بوده و مسئله تشكیل شعله در این مشعل ها نیز ناقض اصل محدودیت قابلیت اشتعال سوخت ها نیست.

زیرا شعله تشكیل شده در منطقه غنی از گازطبیعی ( نسبت به شرایط هوای اضافی ) تشكیل می گردد و هوا در سرمشعل طوری جهت داده می شود كه پیوسته در ناحیه ای كه قرار است شعله داشته باشیم ، نسبت گاز به هوا از محدوده قابل اشتعال خارج نشود.

برای اینكه  بتوان هوای خیلی زیادی را درمشعل‌های هوای اضافه بكار گرفت و در عین حال شعله ای پایدار و ایمنی تشكیل داد ،‌باید هوای مشعل به صورت مرحله ای وارد سوخت گردد تا در هرمرحله از احتراق عملا مقدار هوایی كه در واكنش شركت می‌كند ، مخلوط را از حد قابلیت اشتعال خارج ننماید.

بدلیل اهمیت این نوع از مشعلها و ناشناخته ماندن آن بهتر است كه در این مورد توضیح بیشتری داده شود.

همانطوری كه در شكل ۱ مشاهده می‌شود، در حداقل شعله ( یابه عبارتی با حداكثر هوای اضافه ) اگر چه مقدار گاز كم است ولی حجم هوایی كه عملا با این گاز تركیب می‌شود كم بوده و گاز را از میدان قابلیت اشتعال خارج نمی کند.

در چنین وضعیتی مشعل دارای حجم محصولات خروجی بسیار زیاد ولی درجه حرارت بسیار كم است(حدود ۹۰ درجه سانتیگراد).


(شكل ۱ )‌
حال اگر مقدار گاز مطابق شكل ۲ بيشتر شود ، با هوای بيشتری برخورد نموده وضمن تشكيل محصولات احتراق كامل ، كماكان تركيب در ناحيه شعله در ميدان قابليت اشتعال حفظ ميگردد و درجه حرارت سيالات خروجی از دهانه مشعل نسبت به حالت اول بيشتر خواهد شد.

(شكل ۲ )
اگر حجم گاز رابه حداكثر مقدار مجاز در مشعل برسانيم (شكل ۳ )‌ سوخت باتمام هوای تركيب شده (تركيب نزديك به شرايط استويكيومتری) و شعله ای با درجه حرارت بالا تشكيل می‌گردد.

(شكل ۳)

مشعل های هوای اضافه ، علاوه بر داشتن كلیه ویژگی های مربوط به مشعل های معمولی ( احتراق كامل و تشكیل شعله ای با درجه حرارت زیاد و پایدار با حداكثر ظرفیت حرارتی مشخص ) امكان تولید سیالات داغ كه بطور عمده از هوا تشكیل می گردد (Hot-Air) را دارد .
برای درک بهتر كاربرد این مشعل باید امكان ثابت نگه داشتن هوای مشعل و تنظیم دریچه هوای آن در حداكثر هوایی كه ممكن است به مشعل داده شود اشاره نمود .

با ثابت نگهداشتن هوای مشعل و تغییر حجم سوخت می‌‍توان درجه حرارت سیالات خروجی از دهانه مشعل را تغییر داد.

در حالیكه عملا حجم سیال خروجی از دهانه مشعل در حداكثر حجم خود باقی می ماند (برخلاف مشعلهای معمولی كه با كم كردن سوخت حتماً باید هوای آن كم شده و درنتیجه حجم سیال هم كم می شود.)

ویژگی بیان شده عملا دو كاربرد وسیع مشعل‌های هوای اضافه را موجب می شود:
۱ – به عنوان مشعل تولید هوای گرم
۲ – به  عنوان مشعلی كه میتواند برای گرم كردن كوره های نو ساز بكار رود.
( از موارد وسیع كاربرد این مشعلها ، پیشگرم کردن(زینتر) كوره های ذوب شیشه  و کوره های ذوب است.)

کاربرد مشعل های هوای اضافه جهت تولید هوای گرم برای خشك كن ها و یا دستگاه هایی كه نیاز به درجه حرارت هایی كم ولی گردش سیال زیاد در محفظه است بكار می روند و درچنین گرماسازهایی ، نیازی به دمنده هوای رقیق كننده نبوده و دمنده تولید كننده هوای احتراق ، می‌تواند به عنوان دمنده تولید كننده هوای رقیق كننده نیز بكار رود.

در ایران مهم ترین و ناشناخته ترین کاربرد مشعل های تولید هوای اضافه بخصوص مشعل های هوای اضافه سرعت بالا (High velocity excess-air)  كه قادر به پخت دادن كوره های جدید بخصوص كوره های ذوب شیشه بطور یكنواخت است تاحد زیادی ناشناخته مانده و این عمل یا به وسیله شركت‌های خارجی و باهزینه كلان ارزی صورت می‌گیرد و یا بصورت تجربی و بدور از اصول علمی ، با استفاده از مشعل‌های معمولی كه عملاً امكان گرم كردن یكنواخت را ندارند، صورت می‌گیرد.

بااستفاده از نوع سرعت بالای این مشعل (High Velocity) امكان بهره برداری از سیالات خروجی  كه دارای سرعت بسیار زیادی است بوجود می آید.

با نصب این مشعل در دو طرف كوره ( مطابق شكل ۴ ) و به تعداد مورد نیاز ، بدلیل سرعت زیاد سیال خروجی از دهانه مشعل ، گردش سیال با درجه حرارت كم ولی حجم و سرعت زیاد شكل می‌گیرد كه موجب یكنواختی درجه حرارت در كوره می‌گردد.

 

 


(شكل ۴)
بااستفاده از مشعل های ( (High velocity excess-air و انتخاب مناسب تعدا د و محل نصب می‌توان كوره ای را با منحنی بسيار دقيق از ۵۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم نموده و برای اين كار بايد كنترل سيستم هر ناحيه مطابق شكل ۵ باشد.

همانطور كه در شكل ديده می‌شود، در تمام مراحل پيش‌گرم، حجم هوای مشعل ها  ثابت است و مقدار سوخت بنا به حرارت مورد نياز سيستم كه به‌وسيله يك برنامه ريزكنترل می شود.

براساس سيستم فوق گرم كردن كوره ، با هرشيب حرارتي امكان پذير خواهد بود و در مدت گرم كردن ، حجم هوا ثابت خواهد بود و فقط مقدار گاز براساس فرمان برنامه ريز به‌وسيله يك شيركنترل جريان گاز كه بسيار دقيق عمل می‌كند ، تغيير می يابد. به دليل حجم ثابت هوا ، عملاً سيال بسيار زيادی جهت چرخش در كوره و ايجاد محیط يكنواخت جريان خواهد داشت.


گردآوری شده توسط گروه خبری ویکی پی جی به نقل از انجمن صنعت تاسیسات

اخبار مرتبط

نظرات

مصاحبه های اختصاصی ویکی پی جی