احتراق بستر سیاله
در خصوص احتراق بستر سیاله در دیگ های بستر سیاله، جهت بهره بری از ذخایر عظیم و موجود زغال سنگ، و نیز غلبه بر مشکلات آلودگی محیط زیست که استفاده از زغال سنگ آنها را بوجود می آورد. در حال توسعه است.
مزایای استفاده از احتراق بستر سیاله
- (۱) سوخت های پرگوگرد را می توان سوزاند بدون اینکه به تصفیه گازهای احتراق نیازی باشد؛ زیرا توسط تزریق سنگ آهک به داخل بستر می توان گاز دی اکسید گوگرد را جذب نمود.
- (۲) دمای پائین تری برای احتراق امکانپذیر می باشد، که این خود، تشکیل اکسید ازت و جرم گرفتگی را به حداقل می رساند.
- (۳) با سوزاندن سوخت در بستر سیاله، می توان به بازدهی بالاتری دست یافت. (۴) به خارج حمل کردن پسمانده جامد احتراق که در دمای کمتری از دمای بستر می باشد، آسانتر است.
یک بستر سیاله، از دانه های واقع بر روی یک شبکه تشکیل یافته که برای این دانه ها غیرقابل عبور است. از میان شبکه، هوا با سرعتی کافی که توانایی بلند نمودن و شناور سازی ذرات را دارد، وزانده می شود. در این حالت، بستر و حباب های هوای درون آن، همانند یک مایع در حال جوشش می باشد.
ذراتی که بطور معمول بصورت معلق در بستر نگاهداشته می شوند، سنگ آهک می باشد، که زغال سنگ خرده شده، بداخل آن تزریق شده، و می سوزد.
جهت جذب گوگرد موجود در سوخت، دمای بستر، در حدود ۰C845 که در آن، جذب گوگرد در سنگ آهک حداکثر است، نگاهداشته می شود.
گوگرد جذب شده در سنگ آهک، تشکیل کلسیم سولفات می دهد. سنگ آهک خام، بطور پیوسته بداخل بستر تزریق می شود، حال آنکه مواد مصرف شده که شامل ذرات بزرگ خاکستر زغال سنگ نیز می باشد، توسط یک سیستم تخلیه گرانشی، به بیرون کشیده می شود.
پائین بودن دمای کار بستر سیاله باعث می شود که اکسید ازت کمتری تشکیل شود. ذرات همراه شده، با گازهای احتراق را می توان توسط روش معمول جداسازی الکترواستاتیکی، یا صافی های ویژه، جدا نمود.
نشانگر مجموعه ای از یک دیگ لوله آبی و لوله دودی طراحی شده برای سوزاندن سوخت در بستر سیاله می باشد دیگ های بستر سیاله، از نظر اندازه متمایل به دیگ های نفت سوز می باشند، زیرا میزان گرمای آزاد شده در آن، حدود می باشد، حال آنکه در مولد های بخار آب معمولی زغال سنگ سوز، این میزان در حدود۲۰۰۰۰ است.
سوخت نفتی
تصفیه نفت خام، به معنای تفکیک و ترکیب مجدد ملکول های کربن و هیدروژن، به اجزائی با نقطه جوش واقع در یک محدوده است. اجزاء معمول فرآورده های نفتی بترتیب ازدیاد وزن ویژه عبارتند از: نفتا، بنزین، نفت سفید، نفت گاز(گازوئیل).
درجهAPI، معیار بکار برده شده توسط موسسه آمریکایی نفت، جهت نشان دادن چگالی (نسبت وزن ویژه یک ماده به وزن ویژه آب در همان دما) می باشد. این معیار چنان است که درجه ۱۰ آن معادل چگالی ۱ می باشد. درجات بزرگتر از ۱۰، نشانگر چگالی کمتر از ۱ است که نمونه آن، نفت سبک تر از آب می باشد.
جهت بدست آوردن چگالی یک فرآورده نفتی توسط درجه API آن، از رابطه زیر استفاده می شود:
چگالی بر حسب درجه Baume نیز بمانند چگالی ویژه بر حسب درجه API محاسبه می شود، با این تفاوت که اداد ۵/۱۴۱ و ۵/۱۳۱، بترتیب با اعداد ۱۴۰ و ۱۳۰ جایگزین می شوند. برای اهداف عملی، دو درجه مذکور را می توان معادل فرض نمود.
گرانروی
گرانروی، معادل معیاری از سهولت یا سختی جریان یافتن سوخت نفتی می باشد. گرانروی، با اندازه گیری مدت زمان لازم(برحسب ثانیه) برای جریان یافتن مقدار مشخص از فرآورده نفتی، از سوراخی استاندارد دریک دستگاه بنام گرانروی سنج، تعیین می شود.
استاندارد معمول برای فرآورده های نفتی با گرانروی بالا، در ایالات متحده، (SAYBOLT UNIVERSAL)، یا SAYBOLT FUROL است. با توجه به تغییرات گرانروی، با دما، لازم است تا دمای آزمایش تعیین گرانروی مشخص شود.
برای استاندارد SAYBOLT UNIVERSAL، این دما بطور؛ و برای استاندارد SAYBOL FUROL، برابر می باشد. گرانروی، نشان دهنده چگونگی رفتار فرآورده نفتی بهنگام تلمبه کردن آن، بویژه از لحاظ نیاز به پیش گرمایش و دمای مناسب جهت کاربری آن می باشد.
نقطه اشتغال
معرف دمائی است که در آن فرآورده نفتی، به اندازه کافی تبخیر شده تا با هوا، تشکیل مخلوطی با ویژگی شعله وری ناپایدار بدهد. نتیجه، علاوه بر ذکر این دما، نوع دستگاه آزمایش نیز یابد مشخص شود. نقطه اشتغال، معیاری از فراریت فرآروده نفتی است، و آن بیشترین دمائی می باشد که در آن، فرآورده را می توان بدون خطر، انبار و یا انتقال داد.
نقطه ریزش
نشان دهنده کمترین دمائی است که در آن، فرآورده نفتی می تواند تحت شرایط استاندارد، جریان یابد. بیان نقطه ریزش، بهمراه مشخصات فرآورده نفتی، جریان یافتن این فرآورده را در دمائی بالاتر از دمای ریزش ضمانت خواهد نمود.
با قراردادن یک نمونه نفتی تحت نیروی گریز از مرکز ، مقدار آب و مواد جامد موجود در آن را می توان تعیین نمود. این مواد، ناخالصی های ماده نفتی می باشند؛ گرچه حذف کامل آنها اقتصادی نیست،
لیکن مقدار آنها نباید از حدی بخصوص (حداکثر۲ درصد) تجاوز نماید. ناخالصی های فرآورده های نفتی که بصورت نمک های طبیعی، مواد شیمیائی بکار رفته در پالایش، یا زنگ و رسوب ذخیره شده در آن مسیر انتقال می باشد، پس از سوختن فرآورده، بشکل خاکستر ظاهر می شود.
پاره ای ناخالصی های مولد خاکستر، باعث فرسایش مواد نسوز بکار رفته در کوره ها؛ و پاره ای دیگر باعث سایش تلمبه ها، شیرآلات، و قطعات مشعل می شوند. این مواد، ممکن است در کوره، ایجاد تفاله نماید.
سوخت های نفتی، در شش درجه استاندارد که بترتیب با اعداد ۱ تا ۶ مشخص می شوند، بفروش می رسند (این طبقه بندی، ویژه ایالات متحده آمریکا می باشد.) درجات ۱، ۲، و ۳بترتیب، سوخت های نفتی سبک، متوسط و سنگین می باشند.
این سوخت ها، قبل از سوختن در کوره، بطور معمول نیازی به گرمایش ندارد. درجات ۴، ۵، و ۶، سوخت هائی هستند که مشخصات آنها بترتیب مطابق با تصریحات دولتی مربوط به نفت سیاه A، B، C می باشند. این سوخت های نفتی، سنگین؛ و گرانروی آنها بالا می باشد. در نتیجه قبل از پاشیده شدن بداخل کوره، باید آنرا گرم نمود.
مشعل های نفت سوز
مشعل های نفت سوز، علاوه بر متناسب کردن مقدار، مخلوط نمودن سوخت و هوا، باید سوخت را جهت احتراق آماده سازند. دو روش معمول برای این منظور (هر دو روش، انواع گوناگون دارد) عبارتست از: (۱) تبخیر،یا بصورت گاز در آوردن سوخت، با گرمایش آن در درون مشعل ، یا (۲) گرد نمودن سوخت توسط مشعل، بنحوی که تبخیر سوخت، در فضای احتراق انجام شود.
مشعل های تبخیری ( دسته اول ) قابلیت استفاده از سوخت های محدودی را داشته، و در نیروگاه ها نیز کمتر بکار می روند. جهت تبخیر سوخت نفتی در مدتی کوتاه در دروه فضای احتراق، باید آنرا به ذرات بسیار کوچک تبدیل نمود تا سطحی بسیار وسیع، در معرض گرما قرار گیرد. گرد کردن، این نیاز را برآورده می سازد.
گردکردن سوخت مایع، به سه طریق(۱)استفاده از بخار آب یا هوای فشرده، جهت شکستن سوخت نفتی و تبدیل آن به قطرات؛ (۲) عبور دادن سوخت نفتی تحت فشار، از یک شیپوره (۳) پاره کردن لایه ای نازک از سوخت نفتی و تبدیل آن به قطرات، توسط نیروی گریز از مرکز انجام می شود. در عمل، از هر سه روش استفاده می شود. علاوه بر این، یک مشعل باید بتواند سوخت و هوا را بخوبی و بطور کامل مخلوط نماید تا احتراق قطرات سوخت نفتی تضمین شود.
مشعلی که سوخت را توسط بخار آب گرد می نماید، قابلیت سوزاندن تقریبا همه نوع سوخت نفتی را با هر گرانروی، و بطور تقریبی در هر دمائی دارا می باشد. جهت گرد نمودن سوخت نفتی ، هوا کمتر مورد استفاده قرار می گیرد، زیرا بکار گرفتن آن پر هزینه است. مشعل هائی که سوخت نفتی را توسط بخار آب یا هوا، گرد می نمایند بر دو دسته هستند:
- نوع درون آمیز یا پیش آمیز، که در آن، سوخت نفتی و بخار آب (یا هوا)، در داخل بدنه مشعل یا در نوک آن، قبل از آنکه بصورت گرد بداخل کوره پاشیده شود، مخلوط می گردد.(شکل ۱۱ ـ ۷ ـ الف و ب).
- برون آمیز، که در آن، سوخت نفتی ، در حال خروج از مشعل با فواره ای از هوا یا بخار آب، درگیر می شود.
بخار آب مصرفی جهت گرد نمودن سوخت نفتی ، در حدود ۱ تا ۵ درصد و بطور متوسط برابر ۲ درصد بخار آب تولیدی می باشد. فشار مورد نیاز، در محدوده ۷۵ تا Psi150 تغییر می نماید.
در مشعل سوخت نفتی، در حالیکه حریان آن توسط یک پیچ بلند و باریک تنظیم می شود، از طریق مجرای مرکزی ، به نوک مشعل می رسد.
سوخت نفتی، با یک حرکت چرخشی در مقابل یک صفحه پخش کننده، به بیرون رانده می شود، تا در امتدادی عمود بر جریان بخار آب یا هوا که از پشت سر وارد می گردد شکسته شود.
بخار آب گرد کننده، محفظه سوخت نفتی را در بر گرفته و توسط پره های داخل مسیر، یک حرکت چرخشی می یابد. بهنگام استفاده از هوا جهت گرد نمودن برای سوخت های نفتی سبک، فشار هوا باید حدود psi10، و برای سوخت های نفتی سنگین حدود psi20 باشد. هوای احتراق، از درون یک دریجه وارد می شود.
پره ها یا راه بندها ، قابل تنظیم می باشند تا کنترل هوای اضافی را میسر سازد. مشعلی که سوخت نفتی را بصورت مکانیکی گرد می نماید، نیاز به فشاری دارد تا سوخت نفتی را به اجبار، از درون یک شیپور عبور دهد و جهت احتراقف، آنرا به غباری از ذرات ریز تبدیل نماید.
یک گرد شدن خوب ، هنگامی انجام می شود که سوخت نفتی تحت فشار ۷۵ تا psi200 از میان سوراخی که بطور معمول در یک صفحه مدور شکاف دار ایجاد شده است، عبور داده شود. این صفحه مدور، باعث می شود که سوخت نفتی پیش از عبور از درون سوراخ مته شده در شیپوره که عمل گرد شدن را انجام می دهد، دارای یک حرکت چرخشی شود.
برای اندازه ای مشخص از سوراخ شیپوره، گرد شدن به فشار بستگی دارد؛ و از آنجا که فشار و جریان سوخت به یکدیگر مرتبط می باشند،بهترین گرد شدن، فقط در محدوده باریکی از ظرفیت مشعل بروز می نماید.
جهت تبعیت از بار دیگ، زمانیکه تقاضا برای بخار آب نوسان دارد، می توان چند مشعل بروی دیگ نصب نموده، و آنها را روشن یا خاموش نمود؛ یا می توان از شیپورهایی با قطر سوراخ متفاوت استفاده نمود. در یک سیستم مشخص،سوراخ تمام شیپورها، باید به یک اندازه باشد. هرگزازترکیب شیپوره هایی با قطر سوراخ متفاوت، استفاده ننمائید.
برای مشعلی که سوخت نفتی را بصورت مکانکی گرد نماید، طرح های مختلفی موجود می باشد که تنوع محدوده ظرفیتی مشعل را که بطور معملو ۱: ۴/۱ است، گسترش می دهد (نسبت مشخص کننده محدوده ظرفیتی، عبارتست از نسبت وزنی بیشترین مقدار سوخت به کمترین مقدارآن، که می توان توسط مشعل بخوبی گرد گردد.)
یکی از این طرح ها، دارای پیستونی استکه بهنگام افزایش فشار سوخت نفتی ، سوراخ های مماسی اضافی درون شیپورده را باز می نماید این عمل، باعث می شود که محدوده ای برار ۴:۱ ایجاد شود. مشعل از یک میله کنترل قابل حرکت استفاده می کند که توسط یک سوزن، مساحت شکاف های مماسی موجود در صفحه پخش کننده تنظیم گردیده، و در نتیجه، حجم سوخت عبوری از میان سوراخ تنظیم میشود.
گرد کننده های مکانیکی فراخ محدوده یک محدوده ظرفیتی وسیع، در حدود ۱۵:۱؛در صورت لزوم، بسیار فراتر از آن فراهم میاورد. با استفاده از یک شیر یا یک تلمبه ثابت نگاهدارنده اختلاف فشار، مطابق شکل، می توان اختلاف فشار بین نقطه تحویل و بازگشت سوخت را ثابت نگاهداشت. این سیستم ، در بسیاری از کارخانجات، مزایای بسیاری را بهمراه دارد که عبارتند از:
- هیچگونه سوخت نفتی داغ ، به مخزن ذخیره یا قسمت مکش تلمبه ، بازگردانده نمی شود.
- سوخت، با میزانی برابر میزان مصرف، وارد مدار بسته می شود. در نتیجه ، اندازه گیری سوخت مصرفی و کنترل احتراق آسانتر است.
- جهت افزایش فشار سوخت در مشعل موجود، می توان از تلمبه استفاده نمود.
مشعل های فنجانی
در مشعل های فنجانی، گرد کردن، بطور تقریبی با پاره شدن لایه نازکی از سوخت، و تبدیل آن به قطرات صورت می گیرد. یک فنجان مخروطی یا استوانه ای ، با سرعت زیاد (بطور معمول در حدود ۳۵۰۰ دور در دقیقه)، به دور محور خود دوران می کند.
سوخت نفتی لغزنده بر بدنه این فنجان ، بهنگام رسیدن به لبه ، توسط نیروی گریز از مرکز، بداخل جریان هوا پرتاب می شود. (شکل ۱۱ ـ ۸ ـ ج). در این روش گرد کردن ، به فشاری بیشتر از فشار مورد نیاز برای رساندن سوخت به لبه فنجان احتیاج نیست.
لیکن از پیش گرمایش سوخت نفتی باید اجتناب نمود، زیرا امکان دارد سوخت، به کاز تبدیل شود. مشعل های فنجانی، می تواند بصورتی رضایت بخش، سوخت های نفتی یا گرانروی بالا (۳۰۰ ثانیه SAYBOLT UNIVERSAL، یا بعبارت دیگر SSU30) را گرد نماید و از یک محدوده ظرفیتی وسیع ، تقریبی برابر ۱۶:۱، برخوردار باشد.
بهنگام استفاده از سوخت های سنگین با گرانروی بالا در این مشعل ها، جهت تسهیل در جاری شدن سوخت، و کمک به گرد شدن آن، به گرمکن های سوخت احتیاج است. در این گرمکن ها، سوخت نفتی ، به درون لوله های محصور با بخار آب، واقع در درون یک پوسته تلمبه می شود.
در گرمکن های استفاده کننده از بخار آب، بیشترین فشار ایمن پوسته را باید بطور دقیق تعیین نمود و یک شیر ایمنی که حداکثر برای این فشار تنظیم شده است، بروی پوسته، یا سیستم ورودی بخار آب نصب نمود.
بیشترین فشاری را که توسط سازنده مشعل برای سوخت مشخص شده، باید معین نمود و یک شیر کاهش فشار، بین تلمبه سوخت نفتی و اولین شیر قطع جریان واقع در مسیر تخلیه سوخت به گرمکن قرارداد.
جهت پاکیزگی ، تخلیه شیر کاهش فشار را می توان به مخزن ذخیره سوخت لوله کشی نمود . همچنین ، یک شیر کاهش فشار دیگر، باید در خروجی گرمکن نصب نمود، زیرا بهنگام بسته بودن تمام شیرها، انبساط سوخت، می تواند مولد فشارهای اضافی باشد.
بخار آب چگالیده در این گرمکن ها را باید به فاضلاب تخلیه نمود، مگر اینکه بروی بدنه تله بخار موجود در مسیر، یک شیشه آب نما که بخوبی توسط نور روشن شده باشد جهت بازدید گاه بگاه قرار گیرد؛ یا وسائل مناسب دیگری، جهت کشف نفوذ احتمالی سوخت نفتی به داخل بخار آب چگالیده نصب شود.
استفاده از چنین سیستمی، زیاد منطقی نیست، زیرا هر گونه نشت کشف نشده از لوله های محتوی سوخت باعث می شود که سوخت نفتی، به همراه بخار آب چگالیده بداخل سیستم آب تغذیه دیگ وارد شود و داخل دیگ را به چربی، این عامل بسیار خطرناک ، آلوده نماید.
سوخت های گازی
گاز طبیعی ، مهمترین سوخت گازی مورد استفاده جهت تولید بخار است، زیرا سایر سوخت های گازی مصنوعی ، گران می باشند.
گازهای تولید شده یک فرآیند، بطور معمول ارزش گرمائی کمی داشته و مقدار تولید آن نیز بطور معمول ارزش گرمائی کمی داشته و مقدار تولید آن نیز بطور نسبی ناچیز است؛ در نتیجه، این گازها بطور معمول در همان محل تولید، مصرف گشته و توزیع نمی شوند.
گاز طبیعی بی رنگ و بی بو می باشد. اجزاء تشکیل دهنده گاز طبیعی، به منبع آن بستگی دارد. لیکن متان، همواره جزء اصلی تشکیل دهنده آن می باشد.
بیشتر گازهای طبیعی، حاوی مقداری اتان و نیز ازت (بمقدار کم)، می باشد. گاز طبیعی پاره ای ازمناطق، اغلب گاز ترش نامیده می شود، که محتوی گاز هیدروژن سولفوره(S2H)،و بخارهای آلی گوگرددار می باشد. ارزش گرمائی گاز طبیعی ، بطور متوسط، در حدود۱۰۰۰، و برای واحد وزن در حدود ۳۰۰۰۰ می باشد، لیکن ممکن است بیش از این مقدار نیز باشد.
گاز طبیعی بطور معمول بر حسب فوت مکعب (و یا متر مکعب) فروخته می شود، لیکن فروش آن ممکن تحت واژه Btu100000 نیز صورت گیرد.
گاز زغال سنگ و گاز کوره کک (گازهای مصنوعی)، توسط زغال کردن زغال سنگ قیری بسیار فرّار، در اجاق های بدون هوا(باطری های کک سازی)، و گرمایش این زغال درخارج اجاق، توسط گاز زغال تولید می شود.
از این فرآیند، بطور معمول چند محصول فرعی نتیجه می شود. این محصولات فرعی گازی پس از تصفیه، از نظر حجمی، بطور تقریبی از ۵۰ درصد هیدروژن، ۳۳ درصد متان، و نیز مقدار کمی از ترکیبات مونواکسید کربن ، دی اکسید کربن ، ازت، و اکسیژن، و گازهای روشنی بخش ( و ) تشکیل شده اند . ارزش گرمائی این گاز، در حدود ۵۵۰ می باشد.
در پاره ای از نقاطف ممکن است سوخت های گازی بصورت مخلوطی از دو یا چند گاز، یا مخلوطی از گاز طبیعی و گاز مصنوعی، توزیع شود. ارزش گرمائی این مخلوط های گازی که بطور معمول در حدود ۵۲۵ تا ۵۵۰ حفظ می شود، اغلب توسط قوانین ایالتی یا محلی، تعیین می گردد ( در ایالات متحده آمریکا).
بوتان و پروپان تجارتی، بطور اساسی محصول فرعی فرآیند تولید بنزین طبیعی ، و واکنش های ویژه در پالایش نفت خام می باشند. پروپان()، بصورتی که جهت مصرف توزیع می شود، در عمل خالص است؛ حال آنکه بوتان،بطور معمول حاوی کمی پروپان می باشد.
هردوی این گازها، دارای ارزش گرمائی بالا می باشند و در فشار کم براحتی به مایع تبدیل گشته، و بشکل سوخت های درون کپسول بطور وسیع مورد استفاده قرار می گیرد.
گاز کوره بلند، که محصول فرعی صنعت ذوب آهن است در بین تمام گازهای تجارتی، دارای کمترین ارزش گرمائی، حدود ۹۰، می باشد.
بطور تقریبی این گاز، ازت، و دی اکسید کربن()؛ و تنها جزء معم قابل احتراق در آن، مونوکسید کربن(CO) می باشد. گاز کوره بلند که بصورت خام، بطور معمول حاوی مقدار زیادی ناخالصی های جامد می باشد، بطرو معمول قبل از مصرف، شسته می شود؛ لیکن گاز شسته نشده نیز بصورت مطلوب، در کوره دیگ ها سوزانده می شود.