تولیدی و صنعتی شعله صنعت

اگر چه در صنعت سیمان، به دلیل هزینه بالای سوخت در فرآیند تولید، حساسیت بیشتری نسبت به صنایع دیگر برای کاهش مصرف سوخت وجود دارد اما باز نسبت به مصرف متوسط جهانی در ایران حدود ۲۵ درصد بیشتر مصرف می‌کنیم که دلیل اصلی آن را در استفاده از مشعل‌های با فناوری قدیمی جستجو نمود. متأسفانه در تعدادی از کارخانه‌های سیمان در ایران از مشعل‌هایی استفاده می‌شود که مبتنی بر فناوری‌های قدیمی بوده و هوای اولیه زیادی مصرف می‌کنند (تا حدود ۱۵ درصد). این مشعل‌ها به دلیل مصرف بالای هوای اولیه، که هوایی سرد است، نسبت به مشعل‌های جدید، حدود ۱٫۵ درصد مصرف سوخت بیشتری دارند. ضمن اینکه آلاینده‌های تولید شده توسط این مشعل‌ها، به خصوص آلاینده NOx حدود دو برابر مشعل‌های جدید است.همچنین با پیشرفت فناوری در صنعت سیمان و متداول شدن بکارگیری پریکالساینر در فرایند تولید سیمان، مشعل‌های پریکالساینر نیز از اهمیت ویژه‌ای برخوردار شدند. این مشعل‌ها عمدتاً مشعل‌های نفوذی یا Diffusion هستند و هوایی که از طریق مشعل داده، عمدتاً نقش خنک‌کنندگی نازل‌ها و پوسته بیرونی و تا حد کمی شکل‌دهی به شعله را به عهده دارند (حتی در برخی از مشعل‌ها، این هوا هم به مشعل داده نمی‌شود) و هوای لازم برای احتراق در محفظه احتراق به شعله داده می‌شود. این مشعل‌ها عمدتاً بر سه نوع هستند: گازسوز، مازوت سوز و یا دوسوخته.

فرآیند کوره الزاامات متعددی به واکنش احتراق تحمیل می‌کند. این الزامات گاهاً خود را به شکل نوع انتقال حرارت مورد نیاز نشان می‌دهد. بعنوان مثال ممکن است فرآیند بنحوی باشد که محدودیت‌هایی برای طول شعله و یا سهم انتقال حرارت جابجایی (Convection) وجود داشته باشد. در این حالت افزایش سهم انتقال حرارت تشعشعی (Radiation) کمک کننده به تحقق این نیاز خواهد بود. یکی از راهکارهای افزایش سهم انتقال حرارت تشعشعی استفاده از مشعل‌های لوله تشعشعی است. در این مشعل‌ها شعله در داخل یک لوله از جنس فولاد یا سیلیکون کرباید تشکیل شده و لوله مورد اشاره را سرخ نموده تا حرارت از طریق تشعشع به بار کوره منتقل گردد. در مقایسه با مشعل‌های شعله مسطح این مشعل‌ها علاوه بر مزیت یکنواختی بالاتر، مزیت عدم تماس محصولات احتراق با بار کوره را دارد.نوع دوسوخته این مشعل تا ظرفیت حرارتی ۲۰۰ هزار کیلوکالری در ساعت و نوع تکسوخته آن تا ظرفیت حرارتی ۵۰۰ هزار کیلوکالری در ساعت تولید شده است. شایان ذکر است که این مشعل در حالت گازسوز امکان تولید بصورت Low NOx را نیز دارد.

فرآیند کوره الزاامات متعددی به واکنش احتراق تحمیل می‌کند. این الزامات گاهاً خود را به شکل نوع انتقال حرارت مورد نیاز نشان می‌دهد. بعنوان مثال ممکن است فرآیند بنحوی باشد که محدودیت‌هایی برای طول شعله و یا سهم انتقال حرارت جابجایی (Convection) وجود داشته باشد. در این حالت افزایش سهم انتقال حرارت تشعشعی (Radiation) کمک کننده به تحقق این نیاز خواهد بود. یکی از راهکارهای افزایش سهم انتقال حرارت تشعشعی استفاده از مشعل‌های شعله مسطح است. در این مشعل‌ها شعله بر روی بلوک خود مشعل و دیواره جانبی بصورت کاملا مسطح توزیع؛ و حرارت به جرم نسوز منتقل و آن را سرخ می‌کند. این جرم نسوز دما بالا تشعشع نموده و حرارت به بار کوره منتقل خواهد شد.نوع دوسوخته این مشعل تا ظرفیت حرارتی ۲۰۰ هزار کیلوکالری در ساعت و نوع تکسوخته آن تا ظرفیت حرارتی ۵۰۰ هزار کیلوکالری در ساعت تولید شده است. شایان ذکر است که این مشعل در حالت گازسوز امکان تولید بصورت Low NOx را نیز دارد.

مشعل‌های سرعت متوسط مشعلهایی هستند که سرعت سیال خروجی از دهانه مشعل حداکثر ۴۰ متر بر ثانیه است. این مشعلها معمولاً در کوره‌های ذوب، پیشگرم فولاد، و تولید هوای گرم بکار می‌روند. اگرچه استفاده از این مشعل‌ها عمومیت دارد اما در بکارگیری از آنها باید دقت کرد. یکی از اشکالات در بکارگیری این مشعل در ایران، استفاده از آن با فشار هوای کمتر از میزان مورد نیاز است که موجب کاهش سرعت سیال و تبدیل شدن به مشعل سرعت پائین می‌گردد. در مواردی هم این مشعل جایگزین مشعل‌های سرعت بالا می‌شود که در نهایت موجب عدم یکنواختی در حرارت‌دهی خواهد شد.از ویژگی‌های ممتاز مشعل مدل WFGO طول کوتاهتر و عرض بیشتر شعله آن است که این مشعل را برای کوره‌های تولید هوای داغ عریض با طول کوتاه مناسب میکند. بدین معنی که واکنش احتراق در ظرفیت‌های حرارتی بالای مشعل -تا ۲۲ میلیون کیلوکالری در ساعت- در طول کوتاهتری تکمیل شده و در نتیجه طول شعله در مقایسه با مشعل‌های سرعت متوسط رایج با ظرفیت یکسان بسیار کوتاهتر است.

مشعل‌های سرعت متوسط مشعلهایی هستند که سرعت سیال خروجی از دهانه مشعل حداکثر ۴۰ متر بر ثانیه است. این مشعلها معمولاً در کوره‌های ذوب، پیشگرم فولاد، و تولید هوای گرم بکار می‌روند. اگرچه استفاده از این مشعل‌ها عمومیت دارد اما در بکارگیری از آنها باید دقت کرد. یکی از اشکالات در بکارگیری این مشعل در ایران، استفاده از آن با فشار هوای کمتر از میزان مورد نیاز است که موجب کاهش سرعت سیال و تبدیل شدن به مشعل سرعت پائین می‌گردد. در مواردی هم این مشعل جایگزین مشعل‌های سرعت بالا می‌شود که در نهایت موجب عدم یکنواختی در حرارت‌دهی خواهد شد.این مشعل‌ها قابلیت استفاده به‌صورت دوسوخته یا تک‌سوخته را دارند. مشعل‌های مدل MGLK در مقایسه با مشعل‌های سرعت متوسط مشابه نزدیک ۱۵ درصد طول شعله بلندتری دارند. لذا علاوه بر کوره‌های پیشگرم فولاد عریض، برای کوره‌های دوار بلند (همچون آهک، گچ و …) که تمامی هوای احتراق از مشعل تزریق میشود بسیار مناسبند. همچنین سرمشعل آنها بصورت جرم‌نسوز این قابلیت را دارد که طول بسیار بلندتری داشته باشد و درنتیجه آن احتراق در کوره دوار با فاصله بیشتری از ابتدای کوره شروع شود.

مشعل های مبدل سرخود مشعل های سرعت بالایی هستند که در آن ها مسیری برای خروجی محصولات احتراق منظور می شود، به طوری که محصولات احتراق خروجی بتواند هوای ورودی (هوای احتراق) را گرم کند. در این مشعل ها، یک غشاء حائل، محصولات احتراق خروجی و هوای سرد مورد نیاز برای احتراق را از هم جدا می نماید. این غشاء از دو طرف به صورت چی ندار و یا مجهزشده به پر ههایی است که انتقال حرارت غیرمستقیم از محصولات احتراق (در حال خروج از کوره) به هوای سرد اولیه را تسهیل و تسریع می بخشد و از این طریق بازده حرارتی سامانه احتراقی افزایش م ییابد. این مشعل‌ها چه بصورت شعله مستقیم (Open Fire) و چه بصورت شعله غیر مستقیم (Radiant Tube) قابلیت بکار گرفته شدن را دارند. برای اطلاعات بیشتر به کاتالوگ محصول مراجعه شود.ایجاد یکنواختی درجه حرارت در کوره های صنعتی علاوه بر افزایش کیفیت حرارت دهی، موجب کاهش نقاط پر دما می گردد. وجود نقاط پر دما در کوره، منجر به تحمیل استفاده از اقلام گران قیمت در ساختار کوره (بالا بردن سرمایه گذاری اولیه) و افزایش هزینه تعمیر و نگهداری (بدلیل اختلاف دما و فرسودگی ناشی از بوجود آمدن نقاط پر حرارت می گردد. یکی از دستاوردهای با ارزش در زمینه احتراق صنعتی برای ارتقاء یکنواختی دمایی در کوره‌ها، فناوری احتراق بدون شعله است. فناوری احتراق بدون شعله را شاید بتوان بدین شکل تعریف کرد: تبدیل ناحیه واکنش احتراق از ناحیه یا نواحی محدود، به واکنش در تمام کوره یا به عبارتی دیگر تبدیل یک شعله به هزاران شعله. این فناوری علاوه بر ارتقاء حرارت دهی موجب کاهش هوای اضافی، کاهش آلاینده هایی نظیر منوکسید کربن و اکسیدهای نیتروژن می شود.

مشعل‌های سرعت متوسط مشعلهایی هستند که سرعت سیال خروجی از دهانه مشعل حداکثر ۴۰ متر بر ثانیه است. این مشعلها معمولاً در کوره‌های ذوب، پیشگرم فولاد، و تولید هوای گرم بکار می‌روند. اگرچه استفاده از این مشعل‌ها عمومیت دارد اما در بکارگیری از آنها باید دقت کرد. یکی از اشکالات در بکارگیری این مشعل در ایران، استفاده از آن با فشار هوای کمتر از میزان مورد نیاز است که موجب کاهش سرعت سیال و تبدیل شدن به مشعل سرعت پائین می‌گردد. در مواردی هم این مشعل جایگزین مشعل‌های سرعت بالا می‌شود که در نهایت موجب عدم یکنواختی در حرارت‌دهی خواهد شد.مشعل کوره دوار مدل OPG(O) بیشترین استفاده را در کوره‌های دوار کوتاه که دارای راندمان حرارتی پایینی هستند دارد و این قابلیت را دارد که باوجود اتلافات بالای انرژی دمای کوره را تا نزدیک ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد (با استفاده از پیشگرمکن خارجی) افزایش داده و فلزاتی همچون چدن را حتی بصورت قراضه ذوب نماید. این مشعل‌ها قابلیت استفاده به‌صورت دوسوخته یا تک‌سوخته را دارند.

در گذشته به دلیل ارزانی سوخت، هوای اضافی نقشی کلیدی در ایجاد یکنواختی حرارتی کوره از طریق ۱) کاهش دمای اختلاط، ۲) جلوگیری از طبقه‌ای شدن حرارت در کوره (مشکل نیروی بویانسی یا شناوری نامناسب؛ و تشکیل سایه‌های حرارتی)، و ۳) بهبود انتقال حرارت جابجایی (کنوکسیون) ایفا می‌نموده است. با استفاده از مشعل‌های سرعت بالا و در نتیجه‌ی چرخش سریع و آشفتگی (توربولانس) سیال در داخل کوره، این مهم به تنهایی و بدون هوای اضافی (که عامل اتلاف انرژی است) تامین می‌شود. اگرچه این مشعل‌ها قابلیت بکارگیری با هوای اضافی بسیار پایین را دارند، اما باتوجه به پایداری بالای شعله، درصورت نیاز فرآیندی، امکان استفاده از هوای اضافی بسیار زیاد را نیز خواهند داشت.در مشعل‌های سرعت بالا، سرعت خروجی محصولات احتراق از دهانه مشعل به ۷۰ تا ۲۳۰ متر برثانیه می‌رسد و به دلیل فراخوانی مجدد محصولات احتراق به داخل شعله میزان NOx پایینتری نسبت به مشعل‌های همرده دارند. سرعت سیال در افزایش سهم انتقال حرارت جابجایی و جلوگیری از ایستایی محصولات احتراق و در نتیجه یکنواختی حرارتی هرچه بیشتر کوره‌های صنعتی بسیار موثر است.این مشعل‌ها در واقع مشعل‌های سرعت بالای با ظرفیت حرارتی بالاتر از دو میلیون کبلوکالری در ساعت هستند. این مشعل‌ها قابلیت ساخت با سری فلزی و سیلیکون کرباید (مدل XHG) را دارد. فناوری بکارگیری Silicon Carbide بعنوان سرمشعل در واقع استفاده از سرامیکی با مقاومت حرارتی (نزدیک به ۱۶۰۰ درجه سانتیگراد)  و هدایت حرارتی بالا و قدرت شک‌پذیری بسیار مناسب است.

مشعل‌های سرعت پایین تولیدی شرکت تولیدی و مهندسی شعله‌صنعت عموماً برای تامین دماهایی زیر ۶۰۰ درجه سانتیگراد در محفظه احتراق یا کوره کاربرد دارند. مشعل‌های سرعت پایین مشعلهایی هستند که سرعت سیال خروجی از دهانه مشعل حداکثر ۲۰ متر بر ثانیه است. این مشعلها معمولاً در کوره‌های پیشگرم، خشک‌کن و تولید هوا یا آبگرم و بخار معمولی کاربرد می‌روند.

مشعل‌های سرعت متوسط مشعلهایی هستند که سرعت سیال خروجی از دهانه مشعل حداکثر ۴۰ متر بر ثانیه است. این مشعلها معمولاً در کوره‌های ذوب، پیشگرم فولاد، و تولید هوای گرم بکار می‌روند. اگرچه استفاده از این مشعل‌ها عمومیت دارد اما در بکارگیری از آنها باید دقت کرد. یکی از اشکالات در بکارگیری این مشعل در ایران، استفاده از آن با فشار هوای کمتر از میزان مورد نیاز است که موجب کاهش سرعت سیال و تبدیل شدن به مشعل سرعت پائین می‌گردد. در مواردی هم این مشعل جایگزین مشعل‌های سرعت بالا می‌شود که در نهایت موجب عدم یکنواختی در حرارت‌دهی خواهد شد.از ویژگی‌های ممتاز مشعل مدل MGOL طول بلند شعله، محدوده ظرفیت حرارتی بالا و امکان تامین دماهای بالاتر از مشعل‌های رایج است.