بررسی کوره و نحوه کارکرد آن

بررسی کوره و نحوه کارکرد آن
بررسی کوره و نحوه کارکرد آن
130,000 ریال 
تخفیف 15 تا 30 درصدی برای همکاران، کافی نت ها و مشتریان ویژه _____________________________  
وضعيت موجودي: موجود است
تعداد:  
افزودن به ليست مقايسه | افزودن به محصولات مورد علاقه

تعداد صفحات : 122 صفحه _ فرمت WORD _ دانلود مطالب بلافاصله پس از پرداخت آنلاین

كوره چيست‌؟
كوره داراي تجهيزاتي است كه توسط آنها، درون يك محفظه عايق، حرارت ناشي از احتراق سوخت به سيال فرآيند منتقل مي گردد. سيال فرآيند در لوله هايي جريان دارد كه عموماً 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 به صورت جابجايي به لوله ها منتقل مي گردد. وظيفه اصلي كوره، تأمين حرارت معيني به سيال فرآيند تحت درجه حرارتهاي بالا مي باشد. اين عمل بايستي بدون افزايش بيش از حد حرارت (Over heating) ، در نقطه معيني از سيال و يا اجزا بدنه كوره انجام شود. به عبارت ديگر حرارت بايد حتي الامكان به صورت يكنواخت توزيع گردد. در كوره هاي هواي گرم، سيال فرآيند هواست. در واقع جهت برخي امور از قبيل خشك كنها بايستي هواي داخل محفظه اي را گرم كرده و سپس از اين گرما جهت انجام كار خود استفاده كرد.
تنوع طراحي و ساخت:
طراحي و جزئيات ساخت كوره ها بسيار متنوع است. به سبب اين انعطاف پذيري، هر كوره جهت كاربرد خاص خود طراحي مي شود.
ساده ترين نوع كوره شامل يك محفظه احتراق بوده كه در آن كويل لوله ها در امتداد ديواره محفظه چيده شده است و حرارت فقط از طريق تابش به اين لوله ها منتقل مي گردد. بازده حرارتي كم و سرمايه گذاري اوليه اندك جهت بار حرارتي معين از خصوصيات اين نوع طراحي مي باشد. در محفظه احتراق به واسطه حركت گازهاي داغ بخشي از حرارت توسط جابجايي به لوله ها منتقل مي شود. بسياري از كوره هاي جديد، علاوه بر بخش تابشي، داراي يك بخش جابجايي مجزا هستند. باقيمانده حرارتي كه در گازهاي خروجي از بخش تشعشع وجود دارد، در اين بخش توسط مكانيزم جابجايي كسب مي شود. استفاده از اين حرارت جهت پيش گرم كردن سيال فرآيند، بازده حرارتي را افزايش مي دهد (همگام با پيشرفت تكنولوژي در طراحي كوره ها يك بخش تابشي منظور گرديد كه در آن لوله هاي حاوي سيال فرآيند در معرض مستقيم تشعشع گازهاي داغ قرار مي گرفتند).
تأمين هوا و انتقال گازهاي داغ خروجي:
كوره ها را مي توان بر حسب روشهاي تأمين هواي احتراق و انتقال گازهاي خروجي تقسيم بندي نمود. گازهاي حاصل از احتراق داراي دانسيته كمتري نسبت به هواي محيط خارج است بدين سبب امكان القاء هواي احتراق به درون كوره عملي مي گردد. نيروي بايونسي گازهاي داغ (Buoyant forces) ، ايجاد مكش درون كوره مي نمايد زيرا فشار داخل كوره از فشار محيط خارج كمتر است. ايجاد مكش خود باعث القاء هوا به درون محفظه احتراق مي گردد. چون مكش به واسطه اثر دودكشي به صورت طبيعي ايجاد مي شود به آن مكش طبيعي (Natural draft) اطلاق مي گردد. اكثر كوره ها از نوع مكش طبيعي بوده كه در آنها دودكش باعث ورود هوا به محفظه احتراق و خروج گازهاي داغ مي شود.
اگر در مقابل جريان گازهاي داغ مانعي وجود داشته باشد، فشار درون كوره از فشار اتمسفر بالاتر خواهد رفت (فشار مثبت). وظيفه دودكش در كوره با مكش طبيعي ايجاد مكان كافي جهت غلبه بر موانع در مقابل جريان گازهاست به طوري كه در سراسر كوره يك فشار منفي برقرار گردد. در كوره با جريان القايي (Induced draft) مي توان از يك هواكش القايي به جاي دودكش استفاده نمود تا فشار منفي ايجاد شده و هواي احتراق وارد كوره و گازهاي داغ از هواكش خارج گردند.
در كوره هايي با مكش اجباري (Forced draft) فشار مثبتي توسط هواكش اجباري ايجاد مي شود. بايستي متذكر شد حتي هنگامي كه هوا با فشار مثبت تأمين مي شود،‌ محفظه احتراق و همه قسمتهاي ديگر كوره تحت فشار منفي عمل كرده و گازهاي داغ توسط دودكش خارج مي گردد.
در كوره هايي با مكش اجباري – القايي (Forced-Induced draft) يك هواكش جهت تأمين هواي تحت فشار مثبت و يك هواكش ديگر جهت تأمين فشار منفي در محفظه احتراق و بخشهاي ديگر كوره و انتقال گازهاي داغ به كار برده مي شود. اكثر كوره هايي كه مجهز به پيش گرم كن (Air preheater) هستند از نوع مكش اجباري – القايي مي باشند.
موارد مهم در انتخاب كوره
در شكل 1 انواعي از كوره هاي مرسوم را مي بينيم. به طور كلي، اسامي كوره ها استاندارد نبوده ولي كوره هاي نشان داده شده را مي توان با اسامي زير اطلاق نمود:
1-Large box-type
2-Separate-convection
3-Down-convection
4-Straight-up
5-A-frame
6-Circular
7-Large isoflow
8-Small isoflow
9-Equiflux
10-Double-up fired
11-radiant wall
در انتخاب كوره هاي فوق بايستي به مواردي كه در زير شرح داده مي شوند توجه نمود:
1-    برخورد شعله: در كليه كوره ها شعله بلند با لوله ها برخورد كرده و در محل برخورد حرارت بيش از حد توليد مي گردد. به طور كلي لوله هاي بالاي ديوار حائل در كوره 3 و لوله پاييني در كوره هاي 4 و 10 آسيب پذيرند. البته اگر ظرفيت كوره هاي 4 و 10 زياد باشد اين مسأله برطرف خواهد شد. لوله هاي آسيب پذير در شكل با نقاط توپر مشخص شده اند.
2-    لوله هاي داغ: ميزان جذب حرارت در لوله هاي ابتدايي بخش جابجايي (Shield or Shock tubes) بسيار زياد است، زيرا حرارت از طريق هر دو مكانيزم تشعشع و جابجايي به آنها منتقل مي گردد (مانند لوله هاي توپر در كوره هاي 5، 4، 3، 1). اغلب سيال فرآيند بدليل سرد بودن ابتدا وارد اين لوله ها مي شود.
3-    اشتعال سوختهاي نفتي: به سبب وجود مشعلهاي بزرگ سوختهاي نفتي داراي شعله بزرگتري هستند. كوره هاي 5، 3، 2، 1 بدليل ظرفيت زيادشان جهت سوختهاي نفتي مناسبترند.
4-    توزيع حرارت: يك مورد توزيع نامناسب حرارت در بند 2 تحت عنوان «لوله هاي داغ»‌ بيان گرديد. علاوه بر اين مورد، ميزان حرارت در گوشه ها و فرورفتگيهاي كوره هايي مانند 1 و 3 به شدت تغيير مي كند. البته در كوره هاي عمودي توزيع حرارت نسبتاً يكنواخت تر است.
5-    حرارت از طريق دو كويل: اگر دو شاخه مجزاي جريان جهت گرمايش موجود باشد، كوره 3 زياد مناسب نمي باشد. اگر دو شاخه جريان به طور مساوي حرارت جذب نمايند، كوره هاي متقارن مناسب ترند. در غير اين صورت كوره هايي كه توسط يك ديوار حائل به دو قسمت تقسيم شده اند به كار برده مي شوند.
6-    تنظيم ميزان حرارت: كوره هاي 9 و 1 جهت تنظيم دقيق حرارت در دماهاي زياد (1000 تا 1500 فارنهايت) مناسبترند. كوره هاي استوانه هاي 6 و 7 و 8 جهت دستيابي به فلاكس حرارتي كم به كار برده مي شود.
7-    ظرفيت: كوره هاي 11، 9، 8، 4، 3 جهت ظرفيتهاي كم و كوره هاي 10، 5، 2، 1 جهت ظرفيتهاي زياد طراحي مي گردد.
8-    دودكش: كوره هاي 9، 3، 2، 1 به دودكش بلند احتياج داشته در صورتي كه كوره هاي ديگر به سبب ايجاد مكش كافي به دودكش مرتفع نيازي ندارند.
9-    هزينه: ساختمان سقف انواع 3، 2، 1 متحمل مخارج زياد است. جداره هايي كه توسط لوله ها پوشيده نشده اند (مانند جداره هاي جانبي 5، 3، 2، 1) در معرض حرارت بيش از حد بوده و بايد از مصالح مقاومتر ساخته شوند. هزينه ساخت بدنه بزرگ كوره 9 زياد بوده و در كوره 11 تعداد زياد مشعل بر مخارج مي افزايد. از نقطه نظر مصالح ساخت، در كوره 5 صرفه جويي شده است. كوره هاي 7 و 8 داراي لوله هاي پره دار (Finned tubes) در بخش جابجايي هستند. اين امر باعث كاهش طول لوله ها و افزايش انتقال حرارت در بخش جابجايي مي گردد. در كوره 8 ، قسمت انتهايي لوله ها، پره دار بوده و هيچگونه بخش جابجايي مجزا وجود ند
شكل 1
گازهاي داغ در اثر تماس با پشت لوله هاي مجاور جداره سرد مي شوند. اين امر باعث جريان اين گازها به طرف پايين در پشت لوله ها مي گردد. سرعت اين گازها تا 10 فوت در ثانيه گزارش شده است. بنابراين در بخش تابشي، حرارت توسط مكانيزم جابجايي نيز منتقل مي گردد. فاصله مطلوب جداره تا لوله ها به اندازه قطر لوله است. در كوره هاي 7 و 8 حدود 13% حرارت توسط جريانهاي چرخشي جابجايي گازهاي داغ به لوله ها منتقل مي گردد.
كوره 6 داراي پيش گرمكن هوا مي باشد. هوا قبل از ورود به كوره توسط گازهاي داغي كه از دودكش عبور مي كند، گرم مي شود. در كليه كوره ها مي توان از پيش گرمكن هوا استفاده نمود. پيش گرمكن هوا باعث افزايش دماي شعله و افزايش انتقال حرارت تابشي مي گردد. شكل 2 گردش گازهاي داغ در محفظه احتراق توسط يك هواكش را نشان مي دهد. توسط چرخش گازها، درجه حرارت و ميزان تشعشع شعله كمتر مي شود. از طرفي به واسطه افزايش ميزان جرمي گازها در بخش جابجايي، بار حرارتي اين بخش افزايش مي يابد. لذا ابعاد اين بخش بايد بزرگتر اختيار شود.
با توجه به گفته هاي فوق مشاهده مي شود كه عمل چرخش گازهاي داغ عكس عمل پيش گرمكن هواست. در كوره هاي قديمي كه اساساً از نوع جابجايي بودند، گردش گازهاي احتراق انجام مي شده است. البته هنگامي كه ميزان جذب حرارت معيني لازم باشد، اين روش نسبت به روشهاي پرخرجي نظير كاربرد هواي اضافي زياد، كاهش ظرفيت و يا استفاده از سوختهايي با ميزان تشعشع كمتر، مناسبتر است. امروزه هر كوره جهت بار حرارتي معيني طراحي مي شود لذا چرخش گازهاي داغ ديگر مطرح نيست. سوختهاي گازي از سوختهاي نفتي مناسبترند زيرا تشعشع شعله سوخت نفتي شديد بوده و باعث سوختن (burn-out) بعضي از لوله ها مي شود. به علاوه مشعلهاي گازي ارزان تر بوده لذا جهت توزيع يكنواخت حرارت از تعداد زيادي مشعل گازي مي توان استفاده كرد.

مصالح ساخت و جنبه هاي طراحي مكانيكي 
عوامل متعددي ناشي از فرآيند، ساختار و محيط بر انتخاب مصالح و جنبه هاي طراحي مكانيكي كوره ها تأثير مي گذارد. از عوامل محيطي مي توان قوانين محيط زيست را نام برد كه بر ايجاد دودكشهاي بلند تأكيد دارد و يا فضاي طراحي موجود كه ابعاد كوره را محدود مي نمايد. از عوامل ناشي از فرآيند، استفاده از سوختهاي نامرغوب (حاوي تركيبات فلزي و خاكستر بيش از اندازه) و يا درجه حرارتهاي زياد را مي توان ذكر نمود كه انتخاب لياژهاي مقاوم و گران را ايجاب مي نمايد. امروزه يكي از مسايل اقتصادي مورد توجه، استفاده از تجهيزات پيش ساخته جهت كاهش زمان و هزينه ساخت كوره مي باشد. از اينرو حمل تجهيزات از كارخانه سازنده تا محل نصب از معيارهاي مهم طراحي تلقي مي گردد. يك كوره نمونه در شكل 3 نشانگر اجزاي اصلي يك كوره است كه شامل موارد زير است:
1-    بدنه (Casing or Structural framework)
2-    سطوح بازتابنده  (Refractories)
3-    كويل لوله ها  (Tube coil)
4-    سطوح توسعه يافته  (Extended surfaces)
5-    نگهدارنده لوله ها  (Tube supports)

1-    بدنه: جداره خارجي يا بدنه كوره معمولاً از ورقه هاي فولادي به ضخامت   ساخته مي شوند. اين ورقه ها معمولاً در مقابل تنشهاي مكانيكي و خمش (warping) مقاوم هستند. ضخامت بدنه كوره استوانه اي غالباً حدود   انتخاب مي شود زيرا بدنه به منزله حامل بار تلقي مي گردد. ضخامت ورقه هاي كف كوره نيز حدود   در نظر گرفته مي شود. توسط جوشكاري، ورقه هاي فولادي بدنه كاملاً آب بندي مي شود به طوري كه هوا و آب امكان نفوذ به داخل كوره را نداشته باشد. تمام اجزا كوره بر روي بدنه فولادي نصب مي گردد. از اينرو بدنه بايد انبساط و انقباض جانبي و عمودي اين اجزا را ممكن سازد. لوله ها نيز مستقل از ديوار بازتابنده توسط بدنه نگهداشته مي شوند. عرف طراحي ايجاب مي كند كه ستونهاي اصلي بدنه و تيرهاي كف كوره تا حد بالايي نسبت به اشتعال مقاوم باشند. در صورتي كه تجهيزات اضافي مانند نردبان يا سكو پيش بيني شود، بدنه بايد طوري طراحي گردد كه اين بارهاي اضافي را تحمل نمايد.
2-    سطوح بازتابنده: سطح داخلي بدنه كوره تاب تحمل دماهاي زياد را نداشته و با مواد عايقي پوشيده مي شود. اين مواد نه تنها از حرارت بيش از حد ساختمان فولادي جلوگيري مي كنند بلكه توسط بازتابش روي لوله ها، دماي داخل محفظه كوره را بالا نگه مي دارد. به علاوه مانند سدي در مقابل ذرات جامد موجود در گازهاي داغ عمل كرده و از نشت آنها روي بدنه جلوگيري مي نمايد. مواد عايق، افت حرارتي از جداره كوره را كاهش مي دهد. سيستمهاي عايق در كوره هاي جديد به سه بخش تقسيم بندي مي شوند:
الف- آجر نسوز عايق (Insulating firebrick (IFB)) : آجر نسوز به صورت متخلخل بوده و از مخلوط خاك اره، كك و خاك رس با تركيبات آلومينيومي زياد تشكيل شده است. خصوصيات عايق بندي آن بسيار خوب و درجه حرارتي بين 1600 تا 2800 فارنهايت را مي تواند تحمل نمايد. جهت افزايش كارآيي عايق بندي ديوارهاي آجر نسوز مي توان از يك لايه پشم (Mineral wool) به عنوان مكمل استفاده نمود. مجموعه آجر نسوز – پشم شيشه در تأسيسات بي شماري يافت مي شود. با تأكيد روزافزون بر كاربرد كوره هاي پيش ساخته و به واسطه مشكلات متعدد ناشي از نصب مدولهاي آجري، استفاده از آجر نسوز محدود شده است. امروز شايع ترين نوع عايق در كوره ها، كاربرد ديوارهاي بازتابنده قالبي است.
ب- بازتابنده هاي قالبي (Castable refractory) : اين نوع عايق در بسياري از كوره ها متداول بوده و توسط هوا با فشار زياد به طريق gunning در محل نصب مي شود. براي مدولهاي پيش ساخته اين روش از نظر اقتصادي كاملاً مقرون به صرفه است. با اين وجود قرار دادن بازتابنده توسط جريان هوا (Pneumatic placement) امري بسيار دقيق بوده و نياز به مهارت زياد دارد.
يكي از بازتابنده هاي قالبي لومنيت – هيديت – ورميكوليت به نسبت حجمي 4:2:1 بوده كه ماده ارزان و عايق بسيار خوبي است. به دليل كمي ضريب انبساط، كاربرد آن روي جداره هاي وسيع متداول است. زيرا جداره به هيچگونه اتصالات انبساطي احتياج ندارد. بازتابنده قالبي بر روي ديوارهاي بدون حفاظ و در مجاورت مستقيم شعله، حداكثر دمايي بين 1800 تا 1900 فارنهايت را مي تواند تحمل كند. در دماهاي بالا، نسبت تركيبات بازتابنده بايد به طور دقيق انتخاب شود. هنگامي كه درجه حرارت يا دانسيته بازتابنده افزايش يابد، از كارآيي عايق بندي آن كاسته مي شود. لذا جهت رسيدن به درجه حرارت معين سطح، بايد به ضخامت بازتابنده اضافه شود. در برخي موارد، ساختار دو لايه اي به كار برده مي شود. لايه اول داراي دما و دانسيته زياد بوده و در معرض مستقيم شعله مي باشد. لايه دوم به عنوان حامي، پشت لايه اول قرار گرفته و از خواص عايق بندي بهتري برخوردار است. ضخامت بازتابنده در بخشهاي جابجايي و تشعشع جابجايي و تشعشع براي ديواره هايي كه لوله ها در مقابل آنها نصب شده اند، برابر 5 اينچ و براي كف و سقف بخش تشعشع و ديواره هايي كه در معرض مستقيم شعله بوده، حدود 6 تا 18 اينچ اختيار مي شود.
روش نگهداري ديوار بازتابنده قالبي بر روي بدنه كوره به اندازه انتخاب جنس آن اهميت دارد. شايع ترين روش، كاربرد گيره هاي V شكل بوده كه به بدنه فولادي جوش داده مي شوند. قطر اين گيره ها   تا   و ارتفاع آنها بيش از 70% ضخامت بازتابنده است. جنس آنها از فولاد ضد زنگ اختيار مي شود. فواصل آنها از يكديگر حداكثر دو برابر ضخامت پوشش بوده ولي اين فواصل با ترتيب مربعي از 12 اينچ روي ديوارها و از 9 اينچ روي سقف كوره تجاوز نمي كند.
ج- الياف سراميكي (Ceramic fiber) : كاربرد الياف سراميكي جديدترين گام در طراحي كوره هاست. اين پوشش شامل يك لايه سطح گرم و چند لايه سطوح حامي مي باشد. دانسيته لايه سطح گرم حداقل 8 پوند بر فوت مكعب و ضخامت حداقل 1 اينچ است. ضخامت لايه هاي حامي نيز حداقل 1 اينچ و دانسيته آنها 4 پوند بر فوت مكعب است. اگر ميزان گوگرد موجود در سوخت مايع كمتر از 1% وزني و يا ميزان H2S موجود در سوخت گازي كمتر از 5/1% حجمي باشد، مي توان از پشم شيشه به عنوان لايه حامي استفاده نمود. يكي از مزاياي الياف سراميكي، وزن كم آن بوده كه باعث كاهش بار بر روي بدنه مي شود، لذا ورقه هاي فولادي نازكتري جهت ساخت بدنه مي توان بكار برد. هنگام راه اندازي كوره، چون بازتابنده سرد است بايد احتياط لازم را نمود تا در اثر انبساط، پوشش بازتابنده از بين نرود. مزيت الياف سراميكي، راه اندازي ساده كوره مي باشد.
3-    كويل لوله ها: مهمترين قسمت يك كوره، كويل حرارتي آن است كه ضمناً مخارج آن يكي از بزرگترين ارقام در هزينه هاي اوليه كوره مي باشد. در تأسيسات قديمي و در كوره هايي كه در معرض درجه حرارتهاي زياد هستند، لوله ها توسط هدرهايي از نوع پلاگ (Plug-type headers) به يكديگر متصلند. لوله ها معمولاً به هدر، جوش يا پيچ مي شوند به طوري كه امكان بازرسي داخل آنها ميسر باشد.
-    طراحي لوله ها: عوامل مهم در انتخاب جنس لوله در دماهاي زياد، عمر مفيد، هزينه و شرايط محيطي است كه لوله در معرض آن قرار دارد.
عمر مفيد لوله هاي كوره بستگي به كاربردهاي كوره داشته و حتي در شرايط كاربرد يكسان، عمر لوله هاي سازندگان مختلف كوره متفاوت است. به عنوان مثال، ممكن است يك شركت سازنده جهت تأسيسات معين از لوله هي فولاد ضدزنگ نوع 304 با عمر مفيد 8تا 11 سال استفاده نمايد. در حالي كه شركت سازنده ديگر لوله هاي فولادي كرم – موليبدن را اختيار نموده و پيش بيني نمايد كه بعد از حدود 5 سال بعضي از آنها و بعد از 7 سال كليه آنها تعويض گردد.
درجه حرارت و تنشهايي كه لوله ها در معرض آنها واقعند به اندازه محيط حرارتي از اهميت يكساني برخوردارند. در كليه نقاط لوله، دماي جداره فلزي همواره بيش از دماي سيال فرآيند درون لوله است. انتخاب جنس لوله نه تنها به دماي اوليه بلكه به حداكثر دماي جداره لوله در انتهاي مسير بستگي دارد.
نوع تنش نيز از نظر ثابت يا تناوبي بودن، از اهميت ويژه اي برخوردار است. تنشهاي حرارتي ناشي از راهخ اندازي و يا توقف هاي مكرر كوره، باعث تخريب اجزا فولادي آن مي شود. ميزان چنين تنشهايي تحت شرايط معين بيشتر از ميزان آنها در عمليات پايدار خواهد بود. محيطي كه لوله ها در معرض آن واقعند، رفتار اكسيداسيون و خوردگي فولاد لوله ها را تحت الشعاع قرار مي دهد. اگر ميزان اكسيداسيون شديد باشد، جنس لوله ها بايد طوري انتخاب شود كه در مقابل پوسته اي شدن (scaling) مقاومت زيادي نشان دهد. تا حد امكان بايد اين انتخاب با توجه به اطلاعات قبلي در مورد واحدهاي مشابه صورت پذيرد.
شايد مهمترين عامل در انتخاب جنس لوله، هزينه آن است. فولاد بسيار مقاوم در دماهاي زياد به واسطه هزينه گزاف، كاربرد محدودي دارد. بر حسب نوع كوره، انتخاب جنس لوله محدوده وسيعي را در بر مي گيرد. البته ممكن است بنابر ضرورت اقتصادي، از دو يا چند آلياژ مختلف جهت لوله هايي كويل حرارتي يك كوره معين استفاده شود. فولاد در درجه حرارتهاي زياد دچار تغيير شكل يا گسيختگي مي گردد. اين امر حتي زماني اتفاق مي افتد كه ميزان تنش وارده بر آن كمتر از تنش تسليم آلياژ مورد نظر است. البته در اين شرايط، مكانيزم خوردگي و اكسيداسيون عامل اصلي گسيختگي نخواهد بود. در دماهاي پايين، آثار گسيختگي قابل اغماض بوده و فقط مكانيزمهاي خوردگي و اكسيداسيون مؤثر هستند. البته اگر خوردگي شديدي وجود نداشته باشد، لوله هيچگاه دچار وضعيت بحراني نخواهد شد. بنابراين در طراحي لوله هاي كوره دو نقطه نظر موجود است. تحت درجه حرارتهاي كمتر «محدوده الاستيك» تنش طراحي بر اساس تنش تسليم بوده و تحت درجه حرارتهاي بالاتر در «محدوده گسيختگي» تنش طراحي بر اساس تنش گسيختگي مي باشد. در درجه حرارتهاي متوسط بايد ضخامت جداره لوله طوري اختيار شود كه ويژگيهاي هر دو وضعيت فوق صادق باشند.
جنس لوله ها: در شرايط خوردگي و اكسيداسيون داريم، فولاد كربن دار (carbon steel) ، يكي از متداولترين مواد در ساخت لوله هاست. علت اين امر، هزينه نسبتاً كم، كارآيي خوب و قابليت جوشكاري اين ماده است. آلياژهاي فولاد در دماهاي زياد مطابق جدول 1 معمولاً شامل موليبدن، كرم يا سيليس هستند. موليبدن به منظور افزايش مقاومت در مقابل تنشهاي حرارتي، كرم جهت جلوگيري از تشكيل گرافيت بين مولكولهاي فولاد و افزايش مقاومت در مقابل اكسيداسيون و سيليس نيز براي جلوگيري از اكسيداسيون بكار برده مي شود.
حداكثر دماي طراحي جداره
فلزي (فارنهايت)    نوع يا درجه    جنس
1000    B    Carbon steel
1100    T1 or P1    Cr-1/2Mo
1100    T11 or P11    11/4Cr-1/2Mo
1200    T22 or P22    21/4Cr-1Mo
1200    T5or P5    5Cr-1/2Mo
1300    T7 or P7    7Cr-1/2Mo
1300    T9 or P9    9Cr-1Mo
1500    304 or 304H    18Cr-8Ni
1500    316 or 316H    16Cr-12Ni-2Mo
1500    321 or 321H    18Cr-10Ni-Ti
1500    347 or 347H    18Cr-10Ni-Cb
1800    800H    Ni-Fe-Cr
1850    HK-40    25Cr-20Ni
جدول 1- انتخاب جنس لوله بر حسب دماي جداره فلزي
فولادهاي ضدزنگ اساساً آلياژهايي از آهن و كرم و نيكل بوده و در مقابل خوردگي يا اكسيداسيون شديد، مقاوم هستند. نوع 304 كه از همه شايع تر است، از نظر خوردگي و اكسيداسيون مقاوم بوده و داراي تنش گسيختگي زياد مي باشد. انواع 321 و 347 مشابه نوع 304 بوده با اين تفاوت كه به آنها به ترتيب تيتانيوم و كلومبيوم اضافه شده است. اين اجزا با كربن تركيب شده و خوردگي بين ملكولي را به حداقل مي رساند. خوردگي بين ملكولي معمولاً از محيطها بعد از جوشكاري به وجود مي آيد. نوع 316 حاوي موليبدن و تحت تنشهاي حرارتي زياد تا 1500 فارنهايت بكار برده مي شود. اين نوع در مقابل اكسيداسيون تا 1650 فارنهايت مقاوم است. در دماي بيش از 1650 فارنهايت از انواع 309 و 310 استفاده مي شود كه به ترتيب حاوي 12 و 20 درصد نيكل و 25 درصد كرم هستند. اين آلياژها در دماهاي زياد مقاومت تنشي زيادي داشته و به واسطه وجود كرم مي توانند در شرايط خوردگي يا اكسيداسيون شديد بكار روند. آلياژ 800H (20 درصد كرم و 32 درصد نيكل) تا 1800 فارنهايت مقاومت زيادي در مقابل تنشهاي حرارتي، اكسيداسيون و كربوريزاسيون دارد. آلياژ HK-40 (25 درصد كرم و 20 درصد نيكل) به طور چرخشي قالب ريزي مي شود.
-    زانويي ها: كم خرج ترين روش جهت اتصال لوله ها، استفاده از زانويي هاي 180 درجه مي باشد. در اكثر كوره هاي جديد، زانويي ها در انتهاي لوله ها جوش داده مي شوند. زانويي ها مي توانند در مسير جريان گازهاي حاصل از احتراق به عنوان سطوح جاذب حرارت و يا در داخل جعبه هاي هدر در خارج محفظه احتراق قرار گيرد. جنس آنها نيز معمولاً از چدن اختيار مي شود.
-    هدرهايي از نوع پلاگ: هدرهاي پلاگ در مقايسه با زانويي هاي 180 درجه گرانتر بوده و در كوره هاي جديد كاربرد كمتري دارند. اين پلاگها را نمي توان درون محفظه احتراق در مسير گازهاي داغ قرار داد. لذا در خارج از محفظه احتراق، درون جعبه هدر نصب مي شوند. هدرهاي پلاگ چون خارج از منطقه انتقال حرارت قرار دارند نسبت به لوله هاي جاذب حرارت از شرايط ملايم تري برخوردارند و براي درجه حرارتهاي كم طراحي مي شوند. جنس آنها نيز معمولاً چدني است.
4-    سطوح توسعه يافته: مقاومت فيلمي طرف گازهاي داغ، عامل تعيين كننده سطح لوله هاي بخش جابجايي مي باشد. جهت افزايش ميزان انتفال حرارت جابجايي به ازاي هر فوت طول لوله، مي توان از سطوح توسعه يافته استفاده نمود. امروزه لوله هاي برهنه را فقط در كوره هايي بكار مي برند كه كيفيت سوخت آنها نامرغوب بوده و احتمال نشت خاكستر بر روي لوله هاي بخش جابجايي زياد باشد. در اينجا وسايل شايع جهت افزايش سطح بخش جابجايي معرفي مي گردد. لازم به تذكر است كه در بخش تابشي هرگز از سطوح توسعه يافته استفاده نمي شود.
الف- پره هاي دندانه دار (Serrated fins) : پره هاي دندانه دار مطابق شكل 4 الف به صورت شكاف V شكل و يا به صورت مارپيچ حول لوله جوش داده مي شود. اين پره ها داراي ضخامت، ارتفاع و تراكم (تعداد پره به ازاي واحد طول لوله) متفاوت هستند. ضخامت آنها بين 035/0 تا 188/0 اينچ، ارتفاعشان بين 5/1 تا 25/0 اينچ و تراكم آنها بين 2 تا 7 پره در هر اينچ طول لوله مي باشد.
ب- پره هاي يكپارچه (Solid fins) : پره هاي يكپارچه مطابق شكل 4ب به صورت مارپيچ غير منقطع دور لوله جوش شده اند. حدود ضخامت، ارتفاع و تراكم آنها شبيه پره هاي دندانه دار است. پره هاي يكپارچه از نظر مكانيكي، مقاومتر از پره هاي دندانه دار بوده ولي معمولاً ميزان انتقال حرارتشان كمتر است.
ج- زوائد ميخي (Studs) : زوائد ميخي مطابق شكل 4ج به صورت استوانه هايي بر روي جداره لوله جوش شده اند. قطر استاندارد اين زوائد ميخي 5/0 اينچ است. در برخي موارد زوائد 375/0 اينچي هم مشاهده شده اند. ارتفاع بين آنها 2 تا 5/2 اينچ است. زوائد ميخي تنها سطوح توسعه يافته اي هستند كه مي توان آنها را عمود يا موازي مسير گازهاي داغ قرار داد. هزينه ساخت آنها معمولاً بيشتر از پره هاست.
ابعاد توسعه يافته در كوره هايي با سوخت گازي تا اندازه اي كمتر از ابعاد آنها در كوره هايي با سوخت نفتي مايع است. ترجيحاً حداكثر ارتفاع پره ها 75/0 اينچ و حداكثر تراكم آنها 3 پره به ازاي هر اينچ طول لوله اختيار مي شود. جدول 2 حداكثر دماي نوك سطوح توسعه يافته را نشان مي دهد.

شكل 4
دماي نوك (فارنهايت)     جنس سطوح توسعه يافته
    پره ها     زوائد ميخي
850    Carbon steel    __
1100    5Cr    __
1200    11-13Cr    __
1500    18Cr-8Ni    __
950    __    Carbon steel
1100    __    5Cr
1200    __    11-13Cr
1500    __    18Cr-8Ni
جدول 2- حداكثر دماي نوك سطوح توسعه يافته برحسب جنس آنها
5-    نگهدارنده لوله ها: لوله ها معمولاً توسط آويزها (مطابق شكل 5) و صفحات فلزي (Tubesheet) در محل خود نگهداشته مي شوند. آويزها و صفحات فلزي مستقل از پوشش بازتابنده به بدنة فولادي كوره متصل مي گردند. به عبارت ديگر هيچگونه بار مكانيكي بر بازتابنده اعمال نمي شود. نوع نگهدارنده ها به افقي يا عمودي بودن لوله ها بستگي دارد.
لف- لوله هاي افقي: لوله هاي افقي كه داراي زانويي هاي داخلي هستند در بخش تابشي توسط آويزو در بخش جابجايي توسط صفحات فولادي نگهداشته مي شوند. اگر زانويي ها در خارج كوره نصب شده باشند، از صفحات و نگهدارنده هاي واسطه اي استفاده مي شود. معمولاً توزيع سيال در بخش جابجايي توسط زانويي خارجي و در بخش تابشي توسط زانويي داخلي صورت مي گيرد. در بخش تابشي، نگهدارنده هاي واسطه اي بايد طوري طراحي شوند كه در صورت انتقال اضطراري آنها، لوله ها در محل خود ثابت باقي مانده و حداقل مقدار ديوار بازتابنده برداشته شود. در ضمن اين نگهدارنده ها بايد به وسايلي مجهز باشند تا لوله ها هنگام عمليات به طرف بالا حركت نكنند. در بخش جابجايي نيز بايد صفحات نگهدارنده به قسمتهاي مختلف تقسيم شده تا در موقع تعويض آنها لوله هاي كمتري برداشته شود. حداكثر طول بدون نگهدارنده لوله هاي افقي نبايد از 35 برابر قطر خارجي آن يا 20 فوت تجاوز كند.
ب- لوله هاي عمودي: لوله هاي عمودي از بالا يا پايين نگهداري مي شوند. لوله هايي كه از بالا نگهداشته شده اند در پايين داراي هاديهايي بوده و بالعكس لوله هايي كه از پايين نگهداشته شوند در بالا داراي هاديهايي هستند. معمولاً هيچگونه نگهدارندة واسطه اي به كار برده نمي شود. در صورت نياز از هاديهاي واسطه اي جهت جلوگيري از خمش داخلي لوله به طرف شعله و يا خمش جانبي آن به طرف لوله هاي مجاور استفاده مي شود.
جنس نگهدارنده هاي لوله: صفحات نگهدارنده لوله هايي با زانويي خارجي، از ورقه فولاد كربن دار به ضخامت   اينچ ساخته مي شود. اگر دماي اين صفحات بيش از 800 درجه فارنهايت باشد، بايد جنس آنها از آلياژهاي مقاوم تري انتخاب گردد. طرف داغ اين صفحات معمولاً با بازتابنده قالبي به ضخامت 3 اينچ در بخش جابجايي و 5 اينچ در بخش تابشي پوشيده مي شود.
در بخش تابشي، نگهدارنده هاي واسطه اي لوله هاي افقي و نگهدارنده هاي بالايي لوله هاي عمودي اغلب داراي 25% كروم و 12% نيكل هستند. با اين وجود، برخي از طراحان 25% كروم و 20% نيكل را ترجيح مي دهند. از همين مواد در ساخت هاديهاي واسطه اي و پاييني لوله هاي عمودي استفاده مي شود. البته كاربرد آلياژ 18% كروم با 8% نيكل نيز براي هاديهاي پاييني شايع است. نگهدارنده هاي پاييني لوله هاي عمودي از چدن ساخته شده و توسط بازتابنده كف كوره از تشعشع شعله مصون مي ماند.
صفحات واسطه اي كه در معرض گازهاي داغ تري در بخش جابجايي هستند، عموماً از جنس نگهدارنده هاي بخش تابشي ساخته مي شوند. در مناطق سردتر اين بخش، كاربرد چدن شايع است. جدول 3، جنس و حدود دماي طراحي مواد مختلف جهت نگهداري لوله ها را نشان مي دهد.
دماي نوك (F0)    جنس سطح توسعه يافته
850
1100
1200
1500    پره ها  
فولاد كربن دار
Cr 5
Cr 13-11
Ni 8 – Cr 18
950
1100
1200
1500    زوائد ميخي 
فولاد كربن دار
Cr 5
Cr 13-11
Ni 8 – Cr 18
جدول 2-2 حداكثر دماي نوك سطوح توسعه يافته برحسب جنس آنها
 دماي طراحي (فارنهايت)    نوع يا درجه    جنس
800    A-283 Grc    Carbon steel
1150    Gr C5    5Cr-1/2Mo
1200    A-319 third grade-Ctype    Cast-iron Alloy
1400    Gr CF8    18Cr-8Ni
1800    Second grade    25Cr-12Ni
1800    Second grade    50Cr-50Ni
1800    IN 657    50Cr-50Ni-Cb
1900    IN 657    60Cr-40Ni
2000    Gr HK-40    25Cr-20Ni
جدول 3- حدود دماي طراحي نگهدارنده هاي لوله
دريچه خروج گازها (دمپر): وظيفه دمپر دودكش، كنترل مكش كوره و ايجاد فشار منفي حدود 0.05 اينچ آب در قسمت پاييني بخش جابجايي مي باشد. دودكش كوره هاي كوچك داراي دمپر يك لايه اي و دودكش كوره هاي بزرگ داراي دمپر چند لايه اي است. اگر گازهاي داغ توسط مجاري با مقطع مستطيلي از كوره به دودكش مجزايي حمل شوند، از دمپر كركره اي (Louvce-type Damper) استفاده مي شود. باز و بستن دمپر دودكش عموماً توسط كابل به طريق دستي از سكويي مجاور دودكش انجام مي شود. در مورد دمپرهاي بزرگ اين عمل عموماً به طريق وسايل بادي (Pheumatic) صورت مي گيرد.
كنترل كاركرد كوره
همواره در كوره ها، دو هدف اصلي مدنظر است. هدف اول كاركرد درست كوره و بي خطر بودن آن و هدف دوم افزايش بازه حرارتي كوره تا حدّ امكان جهت كاهش مصرف سوخت. جهت نيل به اين اهداف بايد متغيرهاي اصلي در بخش سيال فرآيند و بخش احتراق دقيقاً كنترل و تنظيم شوند. در عمليات مداوم، چون كنترل دستي، سرعت كافي ندارد، عموماً از سيستمهاي كنترل خودكار (بسته به نوع كوره) استفاده مي شود. اين كنترلرها عموماً از نوع PI يا PID مي باشند. توسط تنظيم متغيرهاي زير مي توان در زمينه چگونگي احتراق، ميزان هواي اضافي، بازده حرارتي و ميزان جذب حرارتي، اطلاعاتي كسب نمود:
الف- ميزان جريان سيال فرآيند: غالباً ميزان جريان سيال فرآيند در هر يك از گذرهاي كوره توسط اريفيس اندازه گيري مي شود. اگر مقدار جريان در يكي از گذرها كم باشد، ميزان افت فشار در آن گذر افزايش يافته و به حرارت بيش از حد و گسيختگي لوله منجر مي گردد.
ب- ميزان جريان سوخت: مقدار سوخت معمولاً توسط دماي خروجي سيال فرآيند كنترل مي شود. با اندازه گيري ميزان سوخت معدني توسط اريفيس و با داشتن ارزش حرارتي آن، مستقيماً حرارت آزاد شده قابل محاسبه است.
ج- دماي سيال فرآيند: اگر قرار باشد جريان در هر يك از گذرها كنترل شود، بهتر است دماهاي خروجي هر گذر تعيين گردد. اين دماها شاخصي جهت تنظيم جريان هر گذر بوده و تعيين كننده كل حرارت جذب شده توسط سيال فرآيند مي باشد. با اندازه گيري درجه حرارتهاي خروجي سيال در هر گذر از بخشهاي تابشي و جابجايي، مي توان تقسيم بار حرارتي در دو بخش مذكور را تعيين نمود.
د- دماي گازهاي داغ: دماي گازهاي داغ خروجي از بخش تابشي به عنوان شاخص موازنة حرارتي حول محفظة احتراق و نشان دهنده شرايط اشتعال بيش از حد است. اندازه گيري دماي گازهاي داغ بايد در فواصل 50 فوتي در طول محفظة احتراق صورت گيرد. دانستن اين درجه حرارتها در تعيين حداكثر ميزان اشتعال مفيد است. دماي گازهاي داغ را همچنين در ورودي و خروجي بخش جابجايي بايد تعيين نمود. دماهاي اخير در محاسبة بازده كوره و تعيين ميزان رسوبات بر روي لوله هاي بخش جابجايي از اهميت زياد برخوردار است.
هـ- توزيع مكش گازهاي داغ: مكش درون محفظة احتراق در مجاورت مشعلها، در ورودي و خروجي بخش جابجايي و در قسمت پاييني دمپر دودكش بايد اندازه گيري شود. از مقادير مكش اندازه گيري شده، مي توان اطلاعاتي در زمينة افت فشار هواي احتراق و گازهاي داغ كسب نمود. اين اطلاعات جهت تنظيم دريچه مشعلها و دمپر دودكش به كار مي رود. مقادير مكش همچنين شاخص عملكرد كوره مي باشد.
و- نمونه برداري از گازهاي داغ: از گازهاي داغ در خروجي بخشهاي تابشي و جابجايي بايد نمونه برداري شود. توسط نمونه گازهاي داغ خروجي از بخش تابشي مي توان مقدار اكسيژن را اندازه گيري كرد و به كيفيت احتراق پي برد. بهتر است، مقدار مواد سوختي موجود در گازهاي اين قسمت را نيز تعيين نمود. تعيين مقدار اكسيژن در گازهاي خروجي از بخش جابجايي در محاسبة بازده حرارتي ضروري است. اگر مقدار اكسيژن موجود در گازهاي خروجي از بخش تابشي مشخص باشد، ميزان نشت هوا به داخل بخش جابجايي را مي توان محاسبه نمود.
جهت كنترل احتراق با استفاده از تجزية دود و اندازه گيري اكسيژن و يا دي اكسيد كربن موجود در آن مي توان از دستگاههايي كه در زير سه نمونه از آنها تشريح مي شوند، استفاده كرد.
1-    تجزيه كننده اورسات (orsat) : اين دستگاه كه قابليت اندازه گيري ميزان منو اكسيدكربن، دياكسيد كربن و اكسيژن را دارد يكي از متداولترين دستگاههاي مورد استفاده مي باشد. دستگاه شامل سه محفظه است: محفظه B محتوي محلول آب و پتاس براي جذب دي اكسيدكربن موجود در دود به نسبت 2:1 (2 قسمت آب و يك قسمت پتاس).
محفظة C محتوي محلول پتاس، آب و اسيد پيراگراليك كه توليد پيراگزالات دو پتاسيم (C6H5O3K) مي نمايد. براي جذب اكسيژن موجود در دود به نسبت 3 قسمت پتاس و محلول آب و اسيد به نسبت 3 قسمت آب و يك قسمت اسيد.
محفظه D محتوي محلول پيراگزالات دوسديم (C6H5O3Na) مي باشد كه 33 گرم سود و 36 گرم پيروگالول كه هر يك در 100cm3 آب حل شده اند، مي باشد و براي جذب منو اكسيدكربن به كار مي رود.
روش كار به اين صورت است كه گاز از فيلتر گذشته وارد قسمت A مي شود. در اين حالت شيرهاي C , B و D بسته است و در آنجا بخار آب موجود در گاز تقطير شده و گاز خشك خواهيم داشت. شير B را باز مي كنيم و 4 تا 5 بار گاز با مايع داخل محفظه B در تماس بوده كه مقدار Co2 را تعيين مي كند. اين عمل را براي محفظه هاي D , C نيز عمل كرده تا مقدار O2 و Co نيز تعيين شود. نمونه اي از دستگاه اورسات را در شكل 6 مشاهده مي كنيد.
شكل 6
2-    تجزيه كننده فيرايت (Fyrite) : اين تجزيه كننده تنها براي تعيين دي اكسيدكربن در دود بكار مي رود (شكل 7)
شكل 7
دستگاه از محفظه اي كه در آن سيال جذب كننده دي اكسيدكربن قرار گرفته، تشكيل شده و قسمت خارجي آن مدرّج است و بايستي دود را وارد آن نموده و سپس آن را با حركت دادن دستگاه طوري مخلوط كنيم كه Co2 جذب سيال شود. غشاء تحتاني دستگاه در اثر تغيير فشار سيال كه جذب دي اكسيدكربن نموده است، تغيير شكل داده و سطح سيال در ستون مدرّج بالا مي رود. درجه بندي آن طوري است كه از صفر تا 20 درصد مقدار اكسيژن مدرّج شده است.
3-    دستگاه آناليزور اكسيژن: اين دستگاه مطابق شكل 8 شامل يك المان حساس از جنس سراميك اكسيدزيركونيوم (Zirconium-oxide ceramic) مي باشد. از محسّنات آن نياز به مراقبت كم و نمونه گازي اندك مي باشد. به علاوه قابليت كار با گازهاي آلوده محتواي اكسيژن كم (حدود يك درصد) را دارا مي باشد.

شكل 8
دستگاه مزبور به طور خودكار عمل كرده و سرعت پاسخ آن حدود 5 ثانيه است. نمونه گازي با فشار حدود 2 psi وارد محفظه اي مي شود كه دماي آن ثابت است و پس از تماس با المان حساس دوباره درون كوره تخليه مي گردد. محتواي اكسيژن نمونة گازي توسط المان حساس با محتواي اكسيژن يك گاز مايع (مانند هوا) مقايسه مي گردد. نيروي الكتروموتيو E كه توسط سلول توليد مي گردد با رابطة زير بيان مي شود:
  اكسيژن موجود در گاز مرجع                                   اكسيژن موجود در نمونه گازي
كه در آن اكسيژن موجود در گاز مرجع ميزان غلظت اكسيژن مي باشد (مثلاً براي هوا 0.209) و به همين ترتيب اكسيژن موجود در نمونه گازي، غلظت اكسيژن در نمونه گازي مدّ نظر است و دما به صورت مطلق مي باشد.
به علت وابستگي نيروي الكتروموتيو به دما، سلول در دماي ثابت نگهداشته مي شود. از طرفي چون پاسخ سيستم به طور معكوس متناسب با لگاريتم غلظت اكسيژن نمونه گازي است، شدت آن در غلظتهاي كم اكسيژن، بيشتر خواهد بود. بنابراين در محدوه هواي اضافي كم، دقت دستگاه بيشتر است.
ز- دماي جداره لوله: جهت اين كار از ترموكوپل استفاده مي كنيم. در شكل 9 يك نمونه ترموكوپل را مشاهده مي كنيم. محل اتصال ترموكوپل به لوله به صورت شكافي است كه قبلاً روي لوله تعبيه شده است. ترموكوپل معمولاً توسط پوشش عايقي محافظت مي شود،‌ به طوري كه دماي گازهاي داغ تأثيري بر آن نگذاشته و فقط از دماي جداره لوله متأثر باشد. ترموكوپلهاي متداول در كوره ها از جنس كرومل – آلومل(Chromel-Alumel) بوده كه در دماهاي كم و متوسط مناسبند.

شكل 9
خ- تنظيم شعله: اگر از مشعل هاي با مكش اجباري استفاده شود، بايد شعله آنها تنظيم شود. اسكنر ماوراء بنفش شعله (Ultraviclet flame scanner) ، راه حل مناسبي جهت تنظيم شعله كوره هايي با مشعلهاي متعدد است. عموماً سلول UV از يك جفت الكترود كاملاً صيقلي از جنس موليبدن (يا تنگستن) به فاصلة معين از يكديگر درون حباب شيشه اي محتواي گاز هليوم تشكل شده است. گاز بين الكترودها در اثر برخورد فتونهاي UV يونيزه شده و فركانس پالس منتجه، معيار مستقيمي جهت اندازه گيري شدت تشعشع دريافتي خواهد بود. چنين دستگاهي شدت هر شعله را به طور متمايز نسبت به شعله هاي مجاور اندازه گيري مي كند.
سوختها
به طور كلي تمام اجسامي كه در اثر تركيب با اكسيژن توليد حرارت مي كنند، سوخت مي باشند. سوختهايي كه در صنعت به كار مي روند به صورت جامد، مايع و گاز مي باشند كه از عناصري مانند كربن، هيدروژن، گوگرد، اكسيژن و … تشكيل شده اند. سوختهاي جامد مانند كك، آنتراسيت، لينيت، تورب، چوب و ذغال و … با عوامل زير مشخص مي شوند:
1-    درصد تركيب سوختها كه مقدار كربن، هيدروژن، اكسيژن و ازت را نشان مي دهد.
2-    قدرت حرارتي سوخت يعني مقدار حرارتي كه در اثر احتراق كامل يك كيلوگرم سوخت ايجاد مي شود.
3-    مقدار خاكستر
4-    مقدار آب
5-    مقدار گوگرد
سوختهاي مايع از تقطير نفت خام بدست مي آيند كه برحسب غلظت و ويسكوزيته به انواع مختلف تقسيم مي شود و قدرت حرارتي و ساير مشخصات آنها با يكديگر متفاوت است. اغلب اين سوختها در درجه حرارت معمولي مشتعل نشده و براي اشتعال، آنان را به صورت پودر درآورده و يا در درجه حرارت بالا مشتعل مي كنند. سوختهاي مايع با مشخصات زير تعريف مي شوند:
1-    قدرت حرارتي
2-    غلظت
3-    نقطه اشتعال و نقطه احتراق
4-    مواد زائد مانند آب، خاكستر، قير و …
سوختهاي گازي شامل هيدروكربورهاي طبيعي و گازهايي كه از تقطير نفت خام به دست مي آيد و گازهاي كوره كك و كوره بلند و همچنين گاز ساير دستگاههاي مولد گاز مي باشند.
تركيب شيميايي عناصر در احتراق:
مي دانيم به طور كلي سوختها از ازت، آب، اكسيژن، گوگرد، هيدروژن، كربن، هيدروكربورها و ساير مواد ديگر تشكيل يافته و تركيب شيميايي آنان و مقدار حرارتي كه در اثر اين تركيب ايجاد مي شود به صورت زير است (گرماي آزاد شده بر حسب كيلوكالري آمده است):
- احتراق كربن                  
- احتراق گوگرد              
- احتراق هيدروژن              
- احتراق اكسيد كربن              
- احتراق متان              
- احتراق اتان              
- احتراق پروپان          
- احتراق بوتان              
احتراق عناصر در هوا:
معمولاً اكسيژن لازم براي احتراق از هوا تأمين مي شود. اگر تركيب حجمي هواي خشك را به صورت ازت %03/78، اكسيژن %99/20، آرگون %94/0، گاز كربنيك و هيدروژن و گازهاي كمياب ديگر %64/0 در نظر بگيريم، مشاهده مي شود كه به ازاي يك متر مكعب اكسيژن تقريباً 76/3 مترمكعب ازت و ساير گازهايي كه در احتراق وارد نمي شوند خواهيم داشت كه جمعاً 76/4 مترمكعب هوا را ملزوم مي دارد. از احتراق يك كيلوگرم كربني كه ممكن است توليد CO2 و يا CO نمايد، مقدار اكسيژن و هواي لازم را به صورت زير به دست مي آوريم:
اكسيژن لازم براي هر كيلوگرم كربن:                  
با توجه به جرم مخصوص اكسيژن كه 429/1 كيلوگرم بر متر مكعب است، حجم 33/1 كيلوگرم اكسيژن مي شود:
از طرفي با توجه به نسبت وزني ازت و اكسيژن هوا خواهيم داشت:
جرم ازت                          
حجم ازت                          
بنابراين ميزان هواي لازم برابر است با:
در يك احتراق كامل بدليل اينكه دي اكسيدكربن توليد مي شود مراحل قبل به شكل زير درمي آيد:
پس هواي لازم در احتراق كامل عبارتست از:
قدرت حرارتي سوخت (ارزش حرارتي):
اگر يك كيلوگرم از سوختي را تا درجه حرارت بالاتر از 100 درجه سلسيوس خشك كرده و در محفظه اي كه محتواي اكسيژن حرارتي بالاي سوخت (Pcs) ناميده كه در آن فرض مي شود آب توليدي از هيدروژن سوخت تبخير نمي گردد و در مورد سوختهايي كه رطوبت دارند مانند ذغال سنگ به ازاي هر كيلوگرم آب داخل آن كه تبخير مي شود تقريباً 600 كيلوكالري حرارت گرفته و در عمل اين مقدار حرارت با بخار آب از دودكش خارج مي شود. از طرف ديگر هيدروژن كه داخل سوخت مي باشد سوخته و توليد بخار آب مي نمايد، با در نظر گرفتن اين دو اتلاف حرارتي، قدرت حرارتي ديگري را كه قدرت حرارتي پايين سوخت (Pci) مي باشد، تعريف مي كنيم و آن مقدار حرارت ايجاد شده در اثر احتراق كامل يك كيلوگرم از سوخت مي باشد در صورتي كه آب موجود در سوخت كم شود. معمولاً وقتي از قدرت حرارتي يك سوخت صحبت مي شود منظور قدرت حرارتي بالاست.
محاسبه قدرت حرارتي سوخت:
مي دانيم كه هر كيلوگرم اكسيژن بايستي با يك هشتم هيدروژن تركيب شده و توليد آب نمايد، بنابراين مقدار اكسيژن كه بايد به طور جداگانه سوخته شود   مي باشد. به طور مثال قدرت حرارتي بالا براي سوختي كه از كربن، هيدروژن و گوگرد تشكيل شده از رابطه زير بدست مي آيد:
چون يك كيلوگرم هيدروژن، 9 كيلوگرم آب مي دهد و حرارت ميعان آب 600 كيلوكالري بر كيلوگرم است، بنابراين قدرت حرارتي پايين اين سوخت عبارتست از:
كه E مقدار آب مي باشد و ضرايب كربن، هيدروژن و گوگرد از آنچه كه در تركيب شيميايي عناصر گفته شد بدست مي آيد. مثلاً در مورد كربن، 12 گرم كربن، 6/97 كيلوكالري حرارت توليد مي كند و براي هر كيلوگرم كربن، حرارت توليد شده برابر است با: 
با توجه به مطالب فوق و با معلوم بودن تركيب هر سوخت مي توان ارزش حرارتي آن را محاسبه نمود.

نظري براي اين محصول ثبت نشده است.


نوشتن نظر خودتان

براي نوشتن نظر وارد شويد.

محصولات
نظر سنجي
نظرتون در مورد ویکی پروژه چیه؟
  •   مراحل ثبت نام خیلی زیاده!
  •   مطلب درخواستیم رو نداشت!
  •   ایمیل نداشتم که ثبت نام کنم!
  •   مطلبی که میخواستم گرون بود!
نظرنتيجه