از : مهندس عادلی - شرکت شعله صنعت

تغيير كيفي در نوع حرارت دهي از طريق بهبود مشعل و شعله دهي در گرماسازها ميتواند ما را در دستيابي به ارتقاء كيفيت محصولات توليدي و رقابت در بازارهاي جهاني ياري نمايد.
اصلاح كيفي حرارت دهي عمدتاً به بهبود نوع مشعل و شعله دهي بستگي دارد و حداقل 80 درصد از كوره هاي صنعتي را ميتوان با اصلاح شعله دهي (تغيير مشعل،  سيستم سوخت رسانی و كنترل ) به كيفيت قابل قبول براساس استاندارد هاي جهاني رساند. باتغيير نوع شعله دهي علاوه بر اصلاح كيفيت ‌‌حرارت دهي امكان صرفه جوئي در انرژي نيز بوجود مي آيد.
اصلاح شعله دهي در گرماسازها در كشورهاي پيشرفته صنعتي از حدود سال 1960 شروع شده و يكي از مهمترين عوامل در اصلاح ساختار صنعتي كشورهاي پيشرفته به حساب مي آيد.
تغييرات مذكور در كشورهاي صنعتي بنا به دلايل زير در صنايع ايران مورد توجه قرار نگرفته و صنايع داخلي بهره چندا ني از اين تكنولوژي نبرده است .اين دلايل عبارتند از :


1-     ارزان بودن سوخت
2-     عدم شناخت از اثرات ناشي از تحول و تغييرات كيفي حاصل شده .
3-     مقايسه سطحي سیستمهای حرارتی و منظور نمودن قيمت به عنوان معيار مقايسه .
4-     نبود يك مركز علمي- صنعتي معتبر در ايران كه مسائل سوختي و حرارتي دستگاههاي موجود و پيشرفت عملي اين صنعت را مورد ارزيابي دقيق قرار دهد.


ساخت مشعلهاي ديگهاي بخار و آبگرم توليد داخلي  (مشعلهاي  Package) بنا به دلايلي كه در بالا ذكر شد تحت تاثير موج پيشرفت در كيفيت مشعلهاي بخش مذكور قرار نگرفت و متاسفانه تكنولوژي توليد اين نوع مشعلها به تكنولوژي دهها سال پيش برميگردد. بجز یک مورد که آنهم بدلیل ساختار دیگها نتوانست اثر بخشی لازم را داشته باشد. سازندگان مشعلها صرفاً به مشابه سازي از نمونه هاي خريداري شده ادامه مي دهندو تلاشها در چهارچوب اصلاح كيفيت قطعات ساخته شده (آنهم در حد بسيار محدود) و اصلاح ظاهر صورت گرفته و ميتوان مدعي شد كه عملاً اقدامي جهت اصلاح كيفيت شعله و حرارت دهي بعمل نيامده  و درزمينه جلوگيري از اتلاف انرژي نه تنها اقدامي صورت نگرفته بلكه در مواردي پسرفت هم داشته ايم . متاسفانه در بسياري  موارد در موتورخانه ها شاهد توليد گازهاي سمي و آزار دهنده (ناشي از توليد گازهاي سمي نظير منوكسيدكربن و آلدوئيدها كه از احتراق ناقص حاصل ميگردد)در مشعلهاي گازسوز هستیم .


مشعلهاي مورداستفاده در كوره هاي صنعتي نیز عمدتاً از وضعيت اسفبار برخودار است. بايد گفت كه در بسياري از كوره هاي ايران بجاي شعله ، آتش وجود دارد و كنترل حرارت نيز يادستي است و يا «ترموكوپلي ».(منظور از كنترل «ترموكوپلي » كنترلي است كه براساس فرمان ترموكوپل صورت ميگيرد ، ليكن درجه حرارت بازبيني شده توسط ترموكوپل ، به هيج وجه نشاندهنده درجه حرارت واقعي و يكنواختي حرارت در ناحيه موردارزيابي نیست.)
دركشوريكه نسبت به جمعیت داراي بیشترین ذخائر سوخت فسیلی در دنیاست، كوره هاي برقي فراواني وجوددارندكه ميتوان بسياري آنها را مجهزبه مشعل و سيستم با سوخت گازوئيل يا گاز نمود.


ضرورت تحول در حرارت دهي نتيجه منطقي اين اصل ميباشدكه هرچه حجم سيالي كه در داخل كوره درحال چرخش بوده و موجب انتقال حرارت ميگرددبيشترباشدو اختلاف درجه حرارت سيال با مواد حرارت گيرنده كمتر باشدانتقال حرارت به اجسام حرارت گيرنده با يكنواختي بيشتري صورت ميگيرد در حاليكه در دستگاههاي موجود بدليل كمبود حجم، میزان و جهت چرخش سيال بخشي از قطعه كه نزديكتر به مشعل است حرارت بيشتري گرفته و درجه حرارت آن بيشتر از قسمتهاي ديگر ميباشد.بعلاوه قسمت با لائي كوره (سقف ) و دريچه هاي دودكش از درجه حرارت بالاتر برخوردارند (اين اختلاف درمواردي به 150 درجه سانتيگراد ميرسد: درچنين شرايطي امكان يكنواختي درجه حرارت و پيروي و دنبال كردن شيب حرارتي مشخص براي قطعه امري غيرممكن است و درواقع منحني طي شده يك منحني ترموكوپلي است نه واقعی ).


عدم يكنواختي درجه حرارت در كوره هاي صنعتي موجب رعايت نشدن منحني حرارتی مواد حرارت گيرنده و درنهايت عدم حصول كيفيت مطلوب ميگردد.
نمونه بارز اصلاح كيفي درمشعلها، دست يابي به مشخصات مشعلهاي سرعت بالا (High Velocity) است. دراين مشعلها احتراق در داخل بلوك مشعل صورت گرفته و محصولات احتراق باسرعت بسيار زيادي از دهانه خروجي بلوك مشعل خارج مي شود.محصولات احتراق باسرعت حدود 75 متر برثانيه (كه اخيراً اين سرعت را بااستفاده از روشهايي ، به حدود 230 متر بر ثانيه رسانده اند ) از دهانه مشعل خارج شده و با ايجاد گردباد شديددر داخل كوره (بانصب مشعلها در ارتفاعهای متفاوت) موجب چرخش محصولات احتراق ميگردد.چنانچه تغييري جزئي در مسير خروجي محصولات احتراق ازكوره داده شود، بطوريكه اين محصولات از كنار دهانه مشعل خارج شودبخشي از محصولات كه درحال خروج از كوره ميباشند ، بوسيله سيال خروجي از مشعل كه داراي سرعت بسيار زيادي ميباشد، دوباره به داخل كوره كشيده شده و موجب تغييرات مهم ذيل ميگردد.(شكل 1)

 

                                                                                                     (شكل 1 )

1 – درجه حرارت سيالاتي كه درنهايت به كوره منتقل ميگردد، كم شده و از تمركز حرارتي جلوگيري ميگردد و آلاینده NOx کاهش می یابد.
2 – حجم سيا لات در داخل كوره خيلي زياد تر شده و موجب انتقال حرارت بطور يكنواخت دركوره ميگردد.
3 – از ايجاد اختلاف درجه حرارت در كوره (اختلاف حرارت بين سقف و كف كوره ) كه ناشي از شناوري بعلت كم تحركي ميباشدجلوگيري مي شود.
براي برخورداري از فناوری روز دركوره هاي صنعتي بايد اقدامات زير صورت گيرد:
1 – توليد مشعلهاي براساس فناوری روز برای کوره های صنعتی  .
2 – اصلاح سيستم كنترل و  سوخت رسانی در كوره هاي صنعتي
3 – بررسي همه جانبه كوره هاي موجود و تحقيق جهت بهبود روشهاي حرارت دهي در اين كوره ها  و طراحي كوره هاي جديدبراساس روشهاي بهبوديافته .

توليد مشعلهاي براساس فناوری روز برای کوره های صنعتی :
مشعلهاي مورداستفاده در كوره هاي صنعتي ايران يا از منابع خارجي تهيه و يا در داخل و بطور عمده از نوعي
کپی سازي ناقص توليد شده اند.(البته در سالهای اخیر اقدامات قابل ملاحظه ای در این مورد صورت گرفته است).
يشتر مشعلهايي كه از منابع خارجي تهيه شده اند ، تنها توليد كننده حرارت هستند و قابليت ايجاد تحولات مورد نياز جهت اعتلاي كيفيت حرارت دهي در كوره هاي صنعتي را ندارند.(اگر چه امكان داردكه  اين مشعلها بتوانندمحصولات احتراقي با كيفيت قابل قبول توليد نمايند.) مشعلهاي ساخته شده در داخل نيز علاوه بر دارا بودن نواقص ذكر شده در مشعلهاي وارداتي ، از كيفيت احتراق مناسبي نيز برخوردار نمي باشند. جهت توليد مشعل براي كوره هاي صنعتي ايران ، لازم است بررسي جامعي از تحولات ايجاد شده در صنعت مشعل سازي كشورهاي پيشرفته صورت گيرد و علاوه بر توليد مشعلهايي  با امكان بهبود كيفي درحرارت دهي كوره ها ( نظير مشعلهاي سرعت بالا ، شعله مسطح ، مبدل سرخود) مسائل زيست محيطي در كيفيت احتراق لحاظ  شده باشد.(نظير کاهش NOX ) .
اصلاح مشعلها، سيستم كنترل و سوخت رسانی در كوره هاي صنعتي .
درانتخاب سيستم سوخت رسانی موارد زير بايد رعايت گردند :
- سيستم طوري طراحي شود تا نسبت سوخت و هوا درتمام مراحل احتراق کنترل شده و درصد هواي اضافي در پائين ترين حد جهت احتراق كامل باشد(مگر درمواردمعدودي كه نياز به محيط هاي ويژه مي باشد).
-    در انتخاب مشعل سعي شود كه در حد امكان ، مشعل با حداكثر ظرفيت حرارتي كار كند (بخصوص در مورد مشعلهاي سرعت بالا) تا محصولات احتراق با حداكثر سرعت توليد شده وارد كوره شود. (دمنده هوا نيز بايد با دقت كامل و هماهنگ با مشعل انتخاب شود).
-    در انتخاب كنترل كننده درجه حرارت به شيوه حرارت دهي دقت كافي مبذول گردد. براي مثال در كوره هاي ذوب ميتوان از كنترل تدریجی (Modulating)  استفاده كرده و دركوره هايي كه منحني حرارتي دقيق دارند، روش خاموش و روشن كردن مشعل و بكارگيري مشعل در حداكثر ظرفيت حرارتي (نظير سيستم حرارت دهی ضربه اي یا Impulse Firing) مورد نظر باشد. منظور از خاموش و روشن كردن ، به هيچ وجه ، خاموش و روشن كردن بدون برنامه ريزي نیست و براي اينكه مشعل پيوسته محصولات احتراقي با حداكثر سرعت به كوره بدهد ، بايد در موقع كار با حداكثر ظرفيت حرارتي مورد بهره برداري قرار گيرد.


بررسي همه جانبه كوره هاي موجود جهت ارتقاء حرارت دهي براساس روشهاي بهبود يافته :
سيستم سوخت رسانی و کنترل  قريب به اتفاق كوره هاي موجود(بخصوص كوره هاي سنتي ) در صنايع ايران قابليت لازم جهت توليد با كيفيت مناسب و استفاده بهينه از سوخت را ندارندو در بسياري از موارد، مشعلهاي نصب شده بروي اين كوره ها حتي قابليت توليد محصولات احتراق مورد قبول از نظر استاندارد احتراق و محيط زيست  را ندارند و بدليل پائين بودن هزينه سوخت نسبت به هزينه محصول توليدي اقدامي اساسي حتي جهت تنظيم مشعلهايي كه قابليت فوق را دارا ميباشد، صورت نميگيرد.
از نظر سيستم كنترل نيز بخش وسيعي از كوره ها فاقدكنترل حرارت بوده و يا كنترل آنها با فرايند توليد هماهنگ نيست . كور ه هاي موجود بايد از نظر فضاي مورد نياز ، نوع مشعلهاي بكار برده شده و مسير محصولات احتراق در داخل كوره ، مسير خروج محصولات احتراق ، عوامل مؤثر در ضايعات و اثر منحني حرارتي  دركيفيت  محصول و كنترل حرارت مورد ارزيابي قرار گيرند.
 
بخش قابل ملاحظه اي از كوره هاي موجودبا اصلاح سيستم سوخت رسانی و كنترل و انتخاب مسيرهاي مناسب براي محصولات احتراق و چیدمان مشعلها قابليت تبديل به وضعيتي مطلوب را دارند(متاسفانه كوره هاي سنتي عمدتاً مشكل ساختاري دارند و بهبود كيفيت بايد همراه باتعويض و تغييرات اساسي در ساختار كوره باشد ) در تعويض سيستم سوخت -رسانی علاوه بر اصلاح نوع حرارت دهي  و ا ستفاده از روشهاي جديد در زمينه حرارت دهي به روش تشعشعي( بااستفاده از مشعلهاي تشعشعي نظیر شعله مسطح و لوله تشعشعي ) و جابجایی  با استفاده از مشعلهاي سرعت بالا و برگشت دادن مجددبخشی از محصول احتراق به داخل كوره ، به روشهاي بازيابي انرژي از طريق استفاده از مبدل و مشعلهاي  مبدل سرخود يا مشعلهاي بازیاب هم  اهميت داد.
در طراحي كوره هاي جديد، بدون شك بهتراست جهت جلوگيري از اتلاف انرژي و سرمايه ثابت ، از ابتدا براساس روشهاي جديد طراحي شوند. برای اين کار همكاري نزديك طراح كوره و سازنده مشعل کوره های صنعتی ضوروی است. طراح مشعل و سيستم كنترل و سوخت كوره را ضروري مي سازد.
امید است که این مقاله پیش درآمدی بر تغییرات در کوره های صنعتی ایران باشد.