طراحی کوره های صنعتی

تعداد صفحات : ۱۵۰ فرمت : word

فصل اول

احتراق:

احتراق عبارت است از ترکیب شیمیایی سریع اما کنترل شده مواد سوختی با اکسیژن (هوا).که با تولید حرارت و نور زیاد همراه است . و یا به عبارتی واکنش شیمیایی ترکیب سوخت و هوا را احتراق می نامند. و عواملی از قبیل فشار، درجه حرارت و میزان اختلاط هوا و سوخت به شدت بر عمل احتراق تاثیر می گذارند.

طراحی کوره بر اساس ترکیب کامل سوخت با هوا یا اکسیژن بوده که محصولاتی از قبیل co2 و بخار آب در اثر فرایند احتراق تولید می گردد. فرایند احتراق عبارت است از تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی حرارتی.

انفجار و سوختن نیز از همین نوع واکنشها هستند ولی سرعت واکنش در آنها با یکدیگر بسیار متفاوت است. واژه اکسیداسیون به معنای واکنش شیمیایی آرام اکسیژن با مواد سوختی است که بدون تولید نور و حرارت سریع است. هر چند کل حرارت تولید شده ممکن است قابل توجه باشد اما چون سرعت واکنش بسیار پایین است واژه احتراق در مورد آنها صادق نیست. انواع احتراق عبارت است از:

۱-احتراق لحظه ای

۲-احتراق ایده آل

۳-احتراق کامل

۴-احتراق ناقص

۵-احتراق عادی

۶-احتراق انفجاری

۱- احتراق لحظه ای:زمانی که گرمای تولید شده در اثر اکسیداسیون مواد اکسید شونده به محیط منتقل نشود، دمای اکسید شونده به تدریج بالا رفته تا به دمای اشتعال می رسد و ماده به همراه تولید شعله می سوزد. این پدیده را احتراق لحظه ای گویند.

۲- احتراق ایده آل: عبارت است از سوزاندن کامل سوخت با مقدار هوای نظری لازم (THEORETICAL ). مقدار هوای نظری، (حداقل) مقدار اکسیژن لازم جهت واکنش کامل مواد سوختنی است.

۳- احتراق کامل: عبارت است از سوزاندن کلیه موادتشکیل دهنده سوخت وتبدیل آنها به دی اکسیدکربن وآب درمجاورت اکسیژن کافی.

۴-احتراق ناقص: احتراق ناقص یا جزیی زمانی روی می دهدکه محصولات احتراق علاوه بردی اکسیدکربن وآب دارای مونوکسیدکربن. هیدروژن ویا آلدئیدهاباشند. این پدیده دراثر فقدان اکسیژن کافی ویاسردبودن محیط به وجود می آید.

۵- احتراق عادی: عبارت است از سوزاندن سوخت بدون تغییرسریع وزیادفشاردرسطح احتراق.

۶-احتراق انفجاری: انتشارسریع شوک فشاری ناشی از احتراق درمحیط سوخت گازی.

سوخت:

سوخت عبارت است از ماده ای که با واکنش سریع با اکسیژن، تولید حرارت زیادمی کند. سوخت غالبا ازکربن وهیدروژن تشکیل شده است و به سه صورت جامد (چوب، ذغال سنگ،۰۰۰) مایع (مواد و برشهای نفتی، یامایعات حاصل از ذغال سنگ،۰۰۰) وگاز (گازطبیعی، گازسوخت پالایشگاهها و دیگرصنایع نفتی ،۰۰۰) وجود دارد.

درموقع احتراق. گازهای تولیدشده ایجادحرارت ونورمی کندکه به شعله موسوم است. تمام سوخت ها به جز کربن. برای سوختن اول بایستی به شکل بخار یا گاز درآیند هرسوخت در دمای مناسبی قابل احتراق است که آن راAuto Ignition Temperature می نامند. دراین دما، سوخت در مجاورت اکسیژن و بدون عوامل خارجی دیگر مثل جرقه یا شعله ایجاد احتراق پایداری خواهد داشت.

Fire Point دمائی است کمتراز Auto Ignition Temperature که در آن به قدر کافی بخار سوخت تولیدمی شود تا در مجاورت اکسیژن(هوا) و به کمک عامل خارجی مثل جرقه یا شعله ایجاد احتراق پایداری بنماید.

Flash Point دمائیست کمتراز Fire Point که درآن مقداربخارحاصل از سوخت فقط برای ایجاد شعله ناگهانی و ضعیفی. آن هم در مجاورجرقه یا شعله و بدون پایداری، کفایت خواهدکرد.

برای ایمنی درنگهداری وحمل و نقل مواد نفتی لازمست که دمای آنها ازFlash Point حداقل F º ۱۰-۲۰ کمترباشد. بنابراین دانستن این دما برای هر ماده نفتی اهمیت زیادی دارد.

سوخت های مورداستفاده درپالایشگاهها:

درپالایشگاه این سوخت ها به کار می رود: سوخت گاز (Fuel Gas) ،گازطبیعی (Natural Gas ) و نفت کوره (Fuel Oil) .

درکوره واحد تقطیراتمسفریک به عنوان یکی از سوختهای مصرفی. گازهای غیر قابل میعان برج در خلاء (Noncondensible Gas) مورداستفاده قرارمی گیرد.

دردیگهای بخار(Utility) ازبنزین واحد کاهش گرانروی به عنوان سوخت سوم استفاده می شود (که به علت داشتن گرانروی وترکیبات غیراشباع برای موتورهای بنزینی مناسب نیست).

خواص مهم سوختها:

۱- ارزش حرارتی: مقدار حرارتی که به ازای احتراق واحد سوخت حاصل می شود را ارزش حرارتی آن می نامند. این واحد می تواند بر حسب وزن یا حجم باشد. درصد عناصرکربن وهیدروژن در سوختهای گوناگون متفاوت است. درسوختهای سبک پالایشگاه مثل سوختهای گازی( Fuel Gas )یا گاز طبیعی(Natural Gas ) درصد هیدروژن بیشتر و در سوختهای سنگین ترمثل نفت کوره کمتر است. هر چه درصد هیدروژن بیشتر باشد معمولاْ وزن مخصوص سوخت هم کمترخواهد بود. بنابراین ارزش حرارتی سوختهاهم متفاوت می شوند.

به بیان روشنتر ارزش حرارتی وزنی سوختهای سبک(یعنی با وزن مخصوص کم) بیشتراز سوختهای سنگین خواهد شد. به عکس ارزش حرارتی حجمی سوختهای سنگین بیشترازسوختهای سبک می باشد.

به عنوان مثال:

اگر یک پوند سوخت به دمای ºF 60محترق شده ومحصولات احتراق نیزتاºF 60 سردگردند، گرمای حاصله را ارزش حرارتی خالص(NHV) یا ارزش حرارتی پائینی(LHV) می نامند. هرگاه بخارآب موجود در گازهای احتراق را در۶۰ ºF تبدیل به آب نمائیم گرمای حاصله را ارزش حرارتی ناخالص(GHV)یا ارزش حرارتی بالایی(HHV) می گویند. اختلاف میان این مقادیر، گرمای میعان آب یعنی kj/kg 2464/8 درºF 60 می باشد. ارزش حرارتی سوخت را می توان توسط یک کالریمتربه طور دقیق اندازه گیری نمود.

۲- چگالی نسبی: نسبت جرم مخصوص سوخت نفتی به جرم مخصوص آب دردمای F º ۶۰ را چگالی نسبی می نامند.

درصنعت نفت به جای چگالی ازدرجه API استفاده می شودکه رابطه آن با چگالی به صورت زیراست:

۳- گرانروی: گرانروی یاویسکوزیته سوختهای نفتی معیارمقاومت داخلی سیال درمقابل جریان است. این مقاومت ناشی از اصطکاک بین مولکولهایی است که برروی یکدیگرمی لغزند. واحد ویسکوزیته پویز و سانتی پویزمی باشد. پویز نیروی لازم برحسب دین جهت حرکت صفحه ای به سطح یک سانتیمتر مربع در فاصله یک سانتیمترباسرعت cm/sec1 می باشد.

۴- فراریت: سوختهای نفتی ازتعداد بی شماری هیدروکربن با نقاط جوش متفاوت تشکیل شده اند. بنابراین اگر چنین سوختهایی را حرارت دهیم مشاهده می شود که همه سوخت به حالت مایع ، دریک دمای معین به بخار تبدیل نمی گردد، بلکه درصد کمی از سوخت در دمای پایین تبخیرشده، برای تداوم عمل تبخیرباید دما را افزایش داد. درتقطیر سوخت، (شکل دستگاه تقطیر ASTMرانمایش می دهد). هنگامی که اولین قطره مایع ظاهرمی گردد، دمای مربوطه رادمای جوش اولیه Initial Boiling Point(IBP) می نامند. وقتی سوخت کاملا تبخیرشود به دمای مربوطه دمای جوش نهایی Final Boiling Point یا نقطه شبنم اطلاق می گردد.

فهرست مطالب

فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول احتراق
احتراق
سوخت
خواص مهم سوختها
سوختهای گازی
فصل دوم کوره ها
کوره
تاریخچه کوره های اولیه
تکامل کوره های جدید
تنوع طراحی وساخت
کوره با لوله های افقی
مفهوم مکش
موارد مهم در انتخاب کوره ها
انواع پوششهای بازتابنده
جنس لوله ها
مشعل
انواع مشعل ها
راه اندازی مشعل نفت کوره
خاموش کردن مشعلها
هواکش های مشعلها
سیستمهای توزیع سوخت
هوای اضافی و اثرات آن در مصرف سوخت
دودکش ها
برشهای فشاری در کوره ها
انتقال حرارت در کوره ها
کنترل عملیات کوره
فاکتورهای مؤثر بر بازده کوره
شرح کلی سیستم کنترلی کوره
فصل سوم طراحی کوره ها
روشهای مختلف طراحی کوره ها
روش کوره طویل
روش محفظه احتراق کاملاْ یکنواخت
طراحی به روش” لوبر” و” اونس”
طراحی بخش تابشی به روش لوبو و اونس
محاسبه بار حرارتی بخش تابشی به روش منطقه ای
پارامترهای موثر در طراحی کوره ها
تعیین افت فشار در لوله ها
تعیین حداقل ضخامت جداره لوله
بررسی آلایندگی زیست محیطی کوره ها