احتراق صنعتي نقش گسترده و کاربردي بوده و بصورت مستقيم و يا غير مستقيم در شکلهاي مختلف، سهم مهمی در زندگي ما ايفا ميکند .
احتراق صنعتي چیست؟
مقوله احتراق صنعتي بسيار گسترده و کاربردي بوده و بصورت مستقيم و يا غير مستقيم بنحوي ملموس و در شکلهاي مختلف، سهم اثر گذاري در زندگي ما ايفا ميکند .براي مثال تجهيزات الکتريکي که ما مورد استفاده قرار ميدهيم غالبا توسط نيروگاه هاي فسيلي تامين انرژي ميشوند .خودرويي که سوار ميشويم از موتورهاي احتراق داخلي بهره ميبرد و هواپيمايي که با آن پرواز ميکنيم، از موتورهاي توربيي استفاده مينمايد که منبع انرژي آن نيز سوختهاي فسيلي است .اغلب موادي که مورد استفاده قرار ميدهيم، بر اساس عبور از يک پروسه حرارتي و انتقال حرارت ساخته شده اند که در ادامه ، وجوه مشترک احتراق صنعتي در کليه موارد فوق الذکر ملموس تر خواهد گرديد .
ميزان تقاضاي احتراق در حوزه هاي مختلف صنعتي:
بررسي پروسه احتراق صنعتي بدليل وجود فاکتورهاي متعدد و موثر بسيار پيچيده و بعضا بغرنج ميگردد، با توجه به وسيع بودن حوزه علمي مذکور، که رشد و پيشرفت در آن نيازمند صرف زمان زياد و پيمودن راه طولاني است، بهتر است در کنار مطالعات و پژوهشهاي خود، از احتراق نيز استفاده نموده و سعي نمائيم آن را مطابق با نيازمندي خود کنترل کنيم و اين موضوع را به ياد داشته باشيم که از زمان پيدايش آتش تاکنون، کماکان سئوالات بسياري بقوت خود در اين زمينه باقي مانده است. در واقع علم احتراق ترکيبي از مباحث ترموديناميک، سينتيک واکنشهاي شيميايي و بررسي جريان سيالات توربولانت چند فازي بوده و همواره حوزه هاي جديدي از علم فيزيک را معرفي مينمايد و مطالعه در زمينه احتراق صنعتي نيازمند مطالعه علوم مختلفي ميباشد .در 200 سال گذشته، احتراق، بنيان توسعه و گسترش صنعت در سراسر کره زمين بوده است و بر هيمن اساس صنايع در حال حاضر نيز، کماکان و به شدت وابسته به پروسه احتراق ميباشند که اين امر در جدول 1-1 کاملا مشهود ميباشد .
| جدول1-1 | |||
| ميزان تقاضاي احتراق در حوزه هاي مختلف صنعتي | |||
| درصد انرژي مصرفي در صنعت مذکور به شکل | |||
| احتراق | حرارتي | بخار | نوع صنعت |
| 2/92= | 6/62 | 6/29 | پالايشگاههاي نفت |
| 4/90= | 0/6 | 4/84 | توليدات مرتبط با چوب |
| 6/89= | 0/67 | 6/22 | فولاد |
| 6/82= | 7/32 | 9/49 | شيميايي |
| 0/80= | 2/75 | 8/4 | شيشه |
| 6/69= | 2/67 | 4/2 | ريخته گري |
| 9/18= | 6/17 | 3/1 | آلومينيوم |
| منبع : دپارتمان انرژي ايالات متحده امريکا | |||
استفاده هاي اساسي تر از احتراق در صنعت نيز در جدول 3-1 قابل لمس تر خواهد بود .
شکل 1-1 محدوده دمايي فعاليتهاي مرتبط با احتراق در صنعت
آقاي Hewitt et al. در سال 1994 تعدادي از کاربردهاي حرارتي مشترک و مورد نياز احتراق در صنايع را در جدول 2-1 ليست نموده است. انواع کاربردهاي احتراق صنعتي بر اساس دماي مورد نياز، در شکل 1-1 نشان داده شده است .
شکل 2-1 نمودار روند مصرف انرژي ( منبع : دپارتمان انرژي ايالات متحده )
شکل 3-1 مثلث احتراق
همچنين در شکل 2-1 نيز شدت سرعت افزايش تقاضا براي انرژي قابل بررسي است . در حدود 88٪ انرژي هاي مورد نياز، از طريق احتراق سوختهاي فسيلي نظير نفت، گاز طبيعي و زغال سنگ تامين ميگردد .بر اساس مطالعات انجام شده در دپارتمان انرژي ايالات متحده امريکا، ميزان تقاضاي انرژي در بخش صنعت تا سال 2020 بازاء هر سال ، حدود 0.8٪ افزايش خواهد يافت.
کاربردهاي اصلي حرارت در صنعت:
مطابق با شکل 3-1 سه پارامتر اساسي جهت ادامه احتراق مناسب لازم ميباشد : سوخت ، اکساينده و حرارت . حال احتراق صنعتي را اينگونه تعريف مينمائيم : اکسيداسيون سريع يک سوخت هيدروکربني براي توليد مقدار زيادي انرژي جهت استفاده در پروسه هاي گرمايشي و ذوب در صنايع .سوختهاي صنعتي ميتوانند جامد ( همانند زغال سنگ ) مايع ( همانند گازوئيل ) و يا گاز ( همانندگاز طبيعي ) باشند . سوختها غالبا توسط هوا ( که تقريبا 21٪ حجم آن اکسيژن ميباشد )اکسيد ميشوند و عمليات احتراق آغاز ميشود. لازم به يادآوري است که در برخي موارد، اکساينده داراي مقادير کمتر از 21٪ اکسيژن ( همانند اگزاست توربينهاي گازي ) و يا بيشتر از 21٪ اکسيژن ( هماننداحتراق اکساينده ) باشند .
سوخت و اکساينده همواره در تجهيزي به نام مشعل با يکديگر مخلوط ميگردند که در مباحث بعدي بصورت خاص به آن خواهيم پرداخت. در پروسه هاي گرمايش صنعتي بر اساس نوع کاربري و مقدار حرارت مصرفي ميتوان از يک يا چند مشعل استفاده نمود .
|
جدول 2-1 |
|
| مثالهايي از پروسه هاي صنعتي که نيازمند احتراق صنعتي ميباشند | |
| پروسه صنعتي | مثالي از پروسه که نيازمند گرمايش ميباشد |
| صنايع توليد فولاد | گداختن سنگ معدن، مذاب نمودن و آنيل کردن آن |
| صنايع شيميايي | واکنشهاي شيميايي، تجزيه کردن ، خشک کردن |
| معادن غير فلزي (خشتها، شيشه، سيمان و ساير مصالح نسوز) | گداختن،پخت،خشک کردن،تصفيه،مذاب کردن و شکل دادن |
| توليدات فلزي ( آهن ، فولاد، فلزات غير آهني ) | کوره هاي بلند و کوره هاي چدن ريزي، همگن نگاه داشتن مذاب و …. |
| کاغذ و چاپگرها | خشک کن |
| جدول 3-1 | |
| کاربردهاي اصلي حرارت در صنعت | |
| ذوب فلزات
ذوب آهن و فلزات ذوب فلزات غير آهني |
تشکيل پيوند
– زينتر (کلوخه سازي ) و لحيم کاري – حرارت دهي مواد معدني تا حدي که ذرات آن به حالت خميري يا نيمه مذاب درآيد. |
| گرم کاري فلزات
– گرم نگاه داشتن همگن فولاد، گرمايش مجددو پيشگرم نمودن پاتيلها – شکل دهي فولاد بر اساس عمليات حرارتي و آهنگري – گرمايش فلزات غير آهني |
|
| خشک کردن
– خشک کردن سطوح فيلم – خشک کردن مواد لاستيکي، پلاستيکي، چوب و شيشه – خشک کردن زغال – پروسه هاي توليد مواد غذايي |
|
| عمل آوري حرارتي فلزات
– آنيله کردن. انجام عمليات حرارتي جهت نرم کردن فلزات – کاهش تنش از طريق گرم کاري – نرم سازي فلز از طريق حرارت دادن کم و سرد کردن آن – عمليات حرارتي با کاربرد مايع ( عمليات حرارتي فلزات بطريق حرارت دادن و سپس سرد کردن آنها در مايع ) – افزايش طول عمر فولاد – سخت گرداني زماني ( عمليات مقاوم سازي آلياژ فلزات بوسيله تشکيل محلول جامد فوق اشباع و رسوب مقادير اضافي محلول در اثر گذشت زمان ) |
|
| تکليس ( آهکي کردن ) موادي همچون
– سيمان ، آهک ، سود – سنگ گچ، اکسيد آلومينيوم |
|
| پخت سراميک- گل رس
– محصولات ساختماني – مواد نسوز |
|
| کلوخه کردن ( انباشتگي )
– جمع شدن و بهم پيوستن ذرات ريز در اثر حرارت – آهن ، سرب و روي |
|
| حرارت دادن زياد و شکل دادن
– عمل آوري شيشه بوسيله نرم کردن شيشه از طريق گرم و سرد نمودن ملايم و شکل دهي به آن – توليد پلاستيکها – توليد سنگ گچ و مشتقات آن |
|
| گدازگري
– آهن ، مس و سرب |
|
| ذوب نمودن مواد غيرفلزي
– شيشه |
|
| گرمايش سيالات
– توليد نفت و گاز طبيعي – پيش گرمايش خطوط تغذيه مواد اوليه خام در صنايع شيميايي و پتروشيمي ها – تقطير،ويسکوزيته شکستي،هيدروژن کاري،کراکينگ با هيدروژن و… |
ساير گرمايشها
– حرارت دادن و برشته کردن سنگهاي معدني – فرآوري منسوجات – توليد مواد غذايي – پخت آنودي آلومينيوم |
ادامه در بخش 2
ترجمه – گردآوری و تدوین : مهندس حسن خلخالی
بدون دیدگاه