دانلود تحقیق کوره چیست‌؟

کوره دارای تجهیزاتی است که توسط آنها، درون یک محفظه عایق، حرارت ناشی از احتراق سوخت به سیال فرآیند منتقل می گردد.

سیال فرآیند در لوله هایی جریان دارد که عموماً در امتداد جداره ها و سقف محفظه احتراق نصب شده اند.

عامل اصلی انتقال حرارت، مکانیزم تشعشع می باشد.

در صورت توجیه اقتصادی درون یک بخش مجزا، حرارت گازهای خروجی حاصل از احتراق به صورت جابجایی به لوله ها منتقل می گردد.

وظیفه اصلی کوره، تأمین حرارت معینی به سیال فرآیند تحت درجه حرارتهای بالا می باشد.

این عمل بایستی بدون افزایش بیش از حد حرارت (Over heating) ، در نقطه معینی از سیال و یا اجزا بدنه کوره انجام شود.

به عبارت دیگر حرارت باید حتی الامکان به صورت یکنواخت توزیع گردد.

در کوره های هوای گرم، سیال فرآیند هواست.

در واقع جهت برخی امور از قبیل خشک کن ها بایستی هوای داخل محفظه ای را گرم کرده و سپس از این گرما جهت انجام کار خود استفاده کرد.

تنوع طراحی و ساخت: طراحی و جزئیات ساخت کوره ها بسیار متنوع است.

به سبب این انعطاف پذیری، هر کوره جهت کاربرد خاص خود طراحی می شود.

ساده ترین نوع کوره شامل یک محفظه احتراق بوده که در آن کویل لوله ها در امتداد دیواره محفظه چیده شده است و حرارت فقط از طریق تابش به این لوله ها منتقل می گردد.

بازده حرارتی کم و سرمایه گذاری اولیه اندک جهت بار حرارتی معین از خصوصیات این نوع طراحی می باشد.

در محفظه احتراق به واسطه حرکت گازهای داغ بخشی از حرارت توسط جابجایی به لوله ها منتقل می شود.

بسیاری از کوره های جدید، علاوه بر بخش تابشی، دارای یک بخش جابجایی مجزا هستند.

باقیمانده حرارتی که در گازهای خروجی از بخش تشعشع وجود دارد، در این بخش توسط مکانیزم جابجایی کسب می شود.

استفاده از این حرارت جهت پیش گرم کردن سیال فرآیند، بازده حرارتی را افزایش می دهد (همگام با پیشرفت تکنولوژی در طراحی کوره ها یک بخش تابشی منظور گردید که در آن لوله های حاوی سیال فرآیند در معرض مستقیم تشعشع گازهای داغ قرار می گرفتند).

تأمین هوا و انتقال گازهای داغ خروجی: کوره ها را می توان بر حسب روشهای تأمین هوای احتراق و انتقال گاز های خروجی تقسیم بندی نمود.

گازهای حاصل از احتراق دارای دانسیته کمتری نسبت به هوای محیط خارج است بدین سبب امکان القاء هوای احتراق به درون کوره عملی می گردد.

نیروی بایونسی گاز های داغ (Buoyant forces) ، ایجاد مکش درون کوره می نماید زیرا فشار داخل کوره از فشار محیط خارج کمتر است.

ایجاد مکش خود باعث القاء هوا به درون محفظه احتراق می گردد.

چون مکش به واسطه اثر دودکشی به صورت طبیعی ایجاد می شود به آن مکش طبیعی (Natural draft) اطلاق می گردد.

اکثر کوره ها از نوع مکش طبیعی بوده که در آنها دودکش باعث ورود هوا به محفظه احتراق و خروج گازهای داغ می شود.

اگر در مقابل جریان گازهای داغ مانعی وجود داشته باشد، فشار درون کوره از فشار اتمسفر بالاتر خواهد رفت (فشار مثبت).

وظیفه دودکش در کوره با مکش طبیعی ایجاد مکان کافی جهت غلبه بر موانع در مقابل جریان گازهاست به طوری که در سراسر کوره یک فشار منفی برقرار گردد.

در کوره با جریان القایی (Induced draft) می توان از یک هوا کش القایی به جای دودکش استفاده نمود تا فشار منفی ایجاد شده و هوای احتراق وارد کوره و گازهای داغ از هواکش خارج گردند.

در کوره هایی با مکش اجباری (Forced draft) فشار مثبتی توسط هواکش اجباری ایجاد می شود.

بایستی متذکر شد حتی هنگامی که هوا با فشار مثبت تأمین می شود،‌ محفظه احتراق و همه قسمتهای دیگر کوره تحت فشار منفی عمل کرده و گازهای داغ توسط دودکش خارج می گردد.

در کوره هایی با مکش اجباری – القایی (Forced-Induced draft) یک هواکش جهت تأمین هوای تحت فشار مثبت و یک هواکش دیگر جهت تأمین فشار منفی در محفظه احتراق و بخشهای دیگر کوره و انتقال گازهای داغ به کار برده می شود.

اکثر کوره هایی که مجهز به پیش گرم کن (Air preheater) هستند از نوع مکش اجباری – القایی می باشند.

موارد مهم در انتخاب کوره در شکل 1 انواعی از کوره های مرسوم را می بینیم.

به طور کلی، اسامی کوره ها استاندارد نبوده ولی کوره های نشان داده شده را می توان با اسامی زیر 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 کوره های فوق بایستی به مواردی که در زیر شرح داده می شوند توجه نمود: برخورد شعله: در کلیه کوره ها شعله بلند با لوله ها برخورد کرده و در محل برخورد حرارت بیش از حد تولید می گردد.

به طور کلی لوله های بالای دیوار حائل در کوره 3 و لوله پایینی در کوره های 4 و 10 آسیب پذیرند.

البته اگر ظرفیت کوره های 4 و 10 زیاد باشد این مسأله برطرف خواهد شد.

لوله های آسیب پذیر در شکل با نقاط توپر مشخص شده اند.

لوله های داغ: میزان جذب حرارت در لوله های ابتدایی بخش جابجایی (Shield or Shock tubes) بسیار زیاد است، زیرا حرارت از طریق هر دو مکانیزم تشعشع و جابجایی به آنها منتقل می گردد (مانند لوله های توپر در کوره های 5، 4، 3، 1).

اغلب سیال فرآیند بدلیل سرد بودن ابتدا وارد این لوله ها می شود.

اشتعال سوختهای نفتی: به سبب وجود مشعلهای بزرگ سوختهای نفتی دارای شعله بزرگتری هستند.

کوره های 5، 3، 2، 1 بدلیل ظرفیت زیادشان جهت سوختهای نفتی مناسبترند.

توزیع حرارت: یک مورد توزیع نامناسب حرارت در بند 2 تحت عنوان «لوله های داغ»‌ بیان گردید.

علاوه بر این مورد، میزان حرارت در گوشه ها و فرورفتگیهای کوره هایی مانند 1 و 3 به شدت تغییر می کند.

البته در کوره های عمودی توزیع حرارت نسبتاً یکنواخت تر است.

حرارت از طریق دو کویل: اگر دو شاخه مجزای جریان جهت گرمایش موجود باشد، کوره 3 زیاد مناسب نمی باشد.

اگر دو شاخه جریان به طور مساوی حرارت جذب نمایند، کوره های متقارن مناسب ترند.

در غیر این صورت کوره هایی که توسط یک دیوار حائل به دو قسمت تقسیم شده اند به کار برده می شوند.

تنظیم میزان حرارت: کوره های 9 و 1 جهت تنظیم دقیق حرارت در دماهای زیاد (1000 تا 1500 فارنهایت) مناسبترند.

کوره های استوانه های 6 و 7 و 8 جهت دستیابی به فلاکس حرارتی کم به کار برده می شود.

ظرفیت: کوره های 11، 9، 8، 4، 3 جهت ظرفیتهای کم و کوره های 10، 5، 2، 1 جهت ظرفیتهای زیاد طراحی می گردد.

دودکش: کوره های 9، 3، 2، 1 به دودکش بلند احتیاج داشته در صورتی که کوره های دیگر به سبب ایجاد مکش کافی به دودکش مرتفع نیازی ندارند.

هزینه: ساختمان سقف انواع 3، 2، 1 متحمل مخارج زیاد است.

جداره هایی که توسط لوله ها پوشیده نشده اند (مانند جداره های جانبی 5، 3، 2، 1) در معرض حرارت بیش از حد بوده و باید از مصالح مقاومتر ساخته شوند.

هزینه ساخت بدنه بزرگ کوره 9 زیاد بوده و در کوره 11 تعداد زیاد مشعل بر مخارج می افزاید.

از نقطه نظر مصالح ساخت، در کوره 5 صرفه جویی شده است.

کوره های 7 و 8 دارای لوله های پره دار (Finned tubes) در بخش جابجایی هستند.

این امر باعث کاهش طول لوله ها و افزایش انتقال حرارت در بخش جابجایی می گردد.

در کوره 8 ، قسمت انتهایی لوله ها، پره دار بوده و هیچگونه بخش جابجایی مجزا وجود ندارد.

شکل 1 گازهای داغ در اثر تماس با پشت لوله های مجاور جداره سرد می شوند.

این امر باعث جریان این گازها به طرف پایین در پشت لوله ها می گردد.

سرعت این گازها تا 10 فوت در ثانیه گزارش شده است.

بنابراین در بخش تابشی، حرارت توسط مکانیزم جابجایی نیز منتقل می گردد.

فاصله مطلوب جداره تا لوله ها به اندازه قطر لوله است.

در کوره های 7 و 8 حدود 13% حرارت توسط جریانهای چرخشی جابجایی گازهای داغ به لوله ها منتقل می گردد.

کوره 6 دارای پیش گرمکن هوا می باشد.

هوا قبل از ورود به کوره توسط گازهای داغی که از دودکش عبور می کند، گرم می شود.

در کلیه کوره ها می توان از پیش گرمکن هوا استفاده نمود.

پیش گرمکن هوا باعث افزایش دمای شعله و افزایش انتقال حرارت تابشی می گردد.

شکل 2 گردش گازهای داغ در محفظه احتراق توسط یک هواکش را نشان می دهد.

توسط چرخش گازها، درجه حرارت و میزان تشعشع شعله کمتر می شود.

از طرفی به واسطه افزایش میزان جرمی گازها در بخش جابجایی، بار حرارتی این بخش افزایش می یابد.

لذا ابعاد این بخش باید بزرگتر اختیار شود.

با توجه به گفته های فوق مشاهده می شود که عمل چرخش گازهای داغ عکس عمل پیش گرمکن هواست.

در کوره های قدیمی که اساساً از نوع جابجایی بودند، گردش گازهای احتراق انجام می شده است.

البته هنگامی که میزان جذب حرارت معینی لازم باشد، این روش نسبت به روشهای پرخرجی نظیر کاربرد هوای اضافی زیاد، کاهش ظرفیت و یا استفاده از سوختهایی با میزان تشعشع کمتر، مناسبتر است.

امروزه هر کوره جهت بار حرارتی معینی طراحی می شود لذا چرخش گازهای داغ دیگر مطرح نیست.

سوختهای گازی از سوختهای نفتی مناسبترند زیرا تشعشع شعله سوخت نفتی شدید بوده و باعث سوختن (burn-out) بعضی از لوله ها می شود.

به علاوه مشعلهای گازی ارزان تر بوده لذا جهت توزیع یکنواخت حرارت از تعداد زیادی مشعل گازی می توان استفاده کرد.

مصالح ساخت و جنبه های طراحی مکانیکی عوامل متعددی ناشی از فرآیند، ساختار و محیط بر انتخاب مصالح و جنبه های طراحی مکانیکی کوره ها تأثیر می گذارد.

از عوامل محیطی می توان قوانین محیط زیست را نام برد که بر ایجاد دودکشهای بلند تأکید دارد و یا فضای طراحی موجود که ابعاد کوره را محدود می نماید.

از عوامل ناشی از فرآیند، استفاده از سوختهای نامرغوب (حاوی ترکیبات فلزی و خاکستر بیش از اندازه) و یا درجه حرارتهای زیاد را می توان ذکر نمود که انتخاب لیاژهای مقاوم و گران را ایجاب می نماید.

امروزه یکی از مسایل اقتصادی مورد توجه، استفاده از تجهیزات پیش ساخته جهت کاهش زمان و هزینه ساخت کوره می باشد.

از اینرو حمل تجهیزات از کارخانه سازنده تا محل نصب از معیارهای مهم طراحی تلقی می گردد.

یک کوره نمونه در شکل 3 نشانگر اجزای اصلی یک کوره است که شامل موارد زیر است: بدنه (Casing or Structural framework) سطوح بازتابنده (Refractories) کویل لوله ها (Tube coil) سطوح توسعه یافته (Extended surfaces) نگهدارنده لوله ها (Tube supports) بدنه: جداره خارجی یا بدنه کوره معمولاً از ورقه های فولادی به ضخامت ساخته می شوند.

این ورقه ها معمولاً در مقابل تنشهای مکانیکی و خمش (warping) مقاوم هستند.

ضخامت بدنه کوره استوانه ای غالباً حدود انتخاب می شود زیرا بدنه به منزله حامل بار تلقی می گردد.

ضخامت ورقه های کف کوره نیز حدود در نظر گرفته می شود.

توسط جوشکاری، ورقه های فولادی بدنه کاملاً آب بندی می شود به طوری که هوا و آب امکان نفوذ به داخل کوره را نداشته باشد.

تمام اجزا کوره بر روی بدنه فولادی نصب می گردد.

از اینرو بدنه باید انبساط و انقباض جانبی و عمودی این اجزا را ممکن سازد.

لوله ها نیز مستقل از دیوار بازتابنده توسط بدنه نگهداشته می شوند.

عرف طراحی ایجاب می کند که ستونهای اصلی بدنه و تیرهای کف کوره تا حد بالایی نسبت به اشتعال مقاوم باشند.

در صورتی که تجهیزات اضافی مانند نردبان یا سکو پیش بینی شود، بدنه باید طوری طراحی گردد که این بارهای اضافی را تحمل نماید.

سطوح بازتابنده: سطح داخلی بدنه کوره تاب تحمل دماهای زیاد را نداشته و با مواد عایقی پوشیده می شود.

این مواد نه تنها از حرارت بیش از حد ساختمان فولادی جلوگیری می کنند بلکه توسط بازتابش روی لوله ها، دمای داخل محفظه کوره را بالا نگه می دارد.

به علاوه مانند سدی در مقابل ذرات جامد موجود در گازهای داغ عمل کرده و از نشت آنها روی بدنه جلوگیری می نماید.

مواد عایق، افت حرارتی از جداره کوره را کاهش می دهد.

سیستمهای عایق در کوره های جدید به سه بخش تقسیم بندی می شوند: الف- آجر نسوز عایق (Insulating firebrick (IFB)) : آجر نسوز به صورت متخلخل بوده و از مخلوط خاک اره، کک و خاک رس با ترکیبات آلومینیومی زیاد تشکیل شده است.

خصوصیات عایق بندی آن بسیار خوب و درجه حرارتی بین 1600 تا 2800 فارنهایت را می تواند تحمل نماید.

جهت افزایش کارآیی عایق بندی دیوارهای آجر نسوز می توان از یک لایه پشم (Mineral wool) به عنوان مکمل استفاده نمود.

مجموعه آجر نسوز – پشم شیشه در تأسیسات بی شماری یافت می شود.

با تأکید روزافزون بر کاربرد کوره های پیش ساخته و به واسطه مشکلات متعدد ناشی از نصب مدولهای آجری، استفاده از آجر نسوز محدود شده است.

امروز شایع ترین نوع عایق در کوره ها، کاربرد دیوارهای بازتابنده قالبی است.

ب-