جعبه هوا در کوره بستر سیال
مقدمه
زغال سنگ یکی از سوخت‌های اصلی مورد استفاده در دنیاست و تقریباً به طور انحصاری توسط بخش‌های صنعتی برای فرآیندهای گرمایش و پخت آجر، سیمان، تولید فولاد و غیره در کوره های از جنس انواع ورق استیل نسوز مصرف می‌شود. به غیر از هزینه های ناشی از تجهیزات و مواد اولیه مانند قیمت ورق استیل 310 و قیمت ورق استیل 309 استفاده شده در ساخت این کوره ها، به دلیل اینکه قیمت زغال سنگ بسیار کمتر از منابع تامین انرژی دیگر می باشد، ساخت کوره های زغال سوز مورد توجه طراحان قرار گرفته است.
در یک تحقیق آماری در کشور نپال، مشخص گردید که از 550،000 تن زغال سنگ مصرفی در کوره های صنعتی، فقط 18،000 تن در داخل آن کشور تولید می شود و مابقی از سایر کشورها وارد می گردد. هر چند ساخت کوره باکیفیت از انواع ورق استیل نسوز مطابق با استانداردهای تعریف شده می تواند مصرف زغال سنگ را تا حد زیادی کاهش دهد، ولی برخی صاحبان صنایع با هدف کاهش هزینه های ناشی از قیمت ورق استیل 310 و قیمت ورق استیل 309، اقدام به ساخت کوره های با بدنه ضعیف تر می نمایند.
سیستم کوره بستر سیال
در کوره های قدیمی مشکلاتی نظیر کیفیت پایین، ارزش حرارتی کم و محتوای خاکستر بالا در زغال سنگ قابل مشاهده است. استفاده از زغال سنگ با چنین کیفیتی در سیستم های سنتی غیراقتصادی است. از این رو، مفهوم احتراق بستر سیال به عنوان یک جایگزین امیدوارکننده برای پرداختن به مسائل فوق پدیدار شده است. این سیستم دارای مزایای قابل توجهی نسبت به سیستم پخت معمولی است زیرا مزایای متعددی مانند انعطاف پذیری سوخت، راندمان احتراق بالاتر، طراحی دیگ بخار فشرده و کاهش انتشار آلاینده های مضر مانند SOx و NOx را ارائه می دهد. نکته جالب این است که زغال سنگ به همراه پوسته برنج و ضایعات کشاورزی در این دیگ ها سوزانده می شود.
با توجه به محدودیت‌های موجود در سیستم‌های احتراق سوخت معمولی و ناتوانی آن در برآورده کردن استانداردهای آینده از نظر فنی و اقتصادی، نیاز به جایگزینی که بتواند این مشکلات را مرتفع نماید، وجود دارد، لذا احتراق بستر سیال به عنوان یک گزینه امیدوارکننده تکامل یافته است. مزایای قابل توجه آن نسبت به سیستم پخت سنتی و سایر مزایای متعدد مانند طراحی دیگ فشرده، انعطاف پذیری سوخت، راندمان احتراق بالاتر و کاهش انتشار آلاینده های مضر مانند SOx و NOx آن را به یک جایگزین مطلوب تبدیل کرده است. چنین بویلرهایی دارای ظرفیت وسیعی از T/hr5/0 تا بیش از T/hr100 هستند.
عملکرد جعبه هوا
در ابتدا، هوا یا گازی که به طور یکنواخت توزیع شده است از طریق یک بستر ذرات تقسیم شده و به سمت بالا حرکت می کند. در سرعت کم، ذرات بستر دست نخورده باقی می مانند در حالی که با افزایش تدریجی سرعت، ذرات منفرد در جریان هوا معلق می شوند و در این مرحله گفته می شود که بستر سیال ایجاد شده است. افزایش بیشتر در سرعت هوا باعث تشکیل حباب هایی با تلاطم شدید، اختلاط سریع و ایجاد سطح بستر متراکم می شود. چنین بستری از ذرات جامد خواص یک مایع در حال جوش را نشان می دهد و شباهت یک سیال را به خود می گیرد و به عنوان بستر سیال حباب دار شناخته می شود. در سرعت های بالاتر، این حباب ها ناپدید می شوند و ذرات از بستر خارج می شوند. در نتیجه، به منظور حفظ ثبات در سیستم، مقداری از ذرات باید در گردش مجدد قرار گیرند که به عنوان بستر سیال در گردش شناخته می شود. سیال شدن تا حد زیادی به اندازه ذرات و سرعت هوا بستگی دارد. در نتیجه، سرعت جامد با سرعت کمتری نسبت به سرعت گاز افزایش می‌یابد. تفاوت بین میانگین سرعت جامد و میانگین سرعت گاز باعث انتقال حرارت خوب و حفظ سرعت لغزش در حد مطلوب می گردد.
عملکرد کوره بستر سیال
هنگامی که ذرات ماسه در حالت سیال تا دمای اشتعال با زغال سنگ تزریق شده به طور مداوم به بستر گرم می شوند، زغال سنگ به سرعت می سوزد و بستر به دمای یکنواخت می رسد. احتراق بستر سیال (FBC) در دمای حدود 840 درجه سانتیگراد تا 950 درجه سانتیگراد رخ می دهد. در نتیجه پایین بودن این دما از دمای همجوشی خاکستر، از ذوب خاکستر و سایر مشکلات مرتبط با آن جلوگیری می کند. فرآیند احتراق به سه پارامتر زمان، دما و آشفتگی نیاز دارد. در FBC، سیال شدن باعث ایجاد تلاطم می شود. اختلاط بهبود یافته گرمای توزیع شده یکنواختی در دمای پایین تر ایجاد می کند و زمان باقی ماندن گرما چندین برابر بیشتر از پخت سنتی است. بر این اساس، یک سیستم FBC گرما را با کارایی بیشتری در دماهای پایین تر آزاد می کند.
سیستم احتراق بستر سیال در گردش (CFBC)
با توجه به وجود نواقص در احتراق بستر حبابدار سنتی، فناوری احتراق بستر سیال در گردش (CFBC) با ویژگی‌های پیشرفته در حال توسعه است. در این فناوری، مواد سوختی خرد شده (اندازه 12-6 میلی متر) و سنگ آهک به داخل کوره تزریق می شود و ذرات در جریانی از هوا در جهت بالا معلق می مانند. سرعت در بسترهای گردشی بین 7/3 تا 9 متر بر ثانیه می باشد. سپس، احتراق انجام می شود و اجازه می دهد تا ذرات ریز از کوره با سرعت گاز دودکش 4 تا 6 متر بر ثانیه حذف شوند. در نهایت، این ذرات توسط جداکننده‌های جامد جمع‌آوری و به داخل کوره بازگردانده می‌شوند.