تلفن تماس : 05135411722      09157607106      09151150958  telegram6

نسل جدید مشعل‌های با راندمان بالا

در سال های اخیر، پیشرفت های فناوری مشعلبه عرضه محصولاتی با راندمان بالا و انتشار پایین آلاینده منجر شده است. مهندسین طراح مشعل در زمینه افزیش turndown مشعل(نسبت کاهندگی ظرفیت خروجی مشعل) و کاهش سطوح هوای اضافی حتی در نرخ های اشتعال پایین، گام های مثبتی برداشته اند. در همین حال، آنها روش هایی برای کاهش Nox تا سطوح تک رقمی نیز ارائه کرده اند.

Turndown مشعل

سازندگان مشعل در نتیجه تقید مداوم به تحقیق و توسعه (R&D)، Turndown مشعل را افزایش داده اند. کلیه مشعل ها دارای یک turndown خاص بین 4:1 و 10:1 یا بالاتر هستند که این به طرح مشعل بستگی دارد. وقتی تقاضا برای بخار یا آبگرم کاهش می یابد، ظرفیت خروجی مشعل نیز کاهش پیدا می کند تا تقاضای پایین تر را تامین کند. اگرturndown مشعل فقط 4:1 باشد این بدین معنی است که مشعل می تواند فقط در 25 درصد ظرفیت اشتعال کامل کار کند. همچنانکه تقاضای فرآیند کاهش می یابد، نرخ اشتعال نیز باید کاهش پیدا کند. اگر تقاضا به زیر حداقل turndown افت کند،دیگ سریعا حداقل تقاضای فرآیند که می تواند برآورده کند را تامین کرده و سپس خاموش می‌شود تا این که تقاضای بیشتری مورد نیاز باشد.این امر تاثیر منفی بر راندمان ایجاد می کند و هزینه ها را افزایش می دهد که علت آن مراحل پیش تخلیه و پس تخلیه مربوط به سیکل خاموش و روشن شدن دیگ است که گرما را از دیگ خارج می‌سازند.

مشعل های جدید با راندمان بالا
 
تا چند سال پیش، نسبتturndown در مشعل های صنعتی 4:1 یا 5:1 بود. اما امروزه با نوآوری های فناوری، نسبت 10:1 با تکرارپذیری خوب و کنترل عالی نسبت های سوخت و هوا به راحتی قابل دست یابی است.  

سطوح هوای اضافه

در زمینه کاهش سطوح هوای اضافه نیز پیشرفت های خوبی صورت گرفته است. هوای اضافه بالتر به منزله راندمان احتراق پایین تر است. در احتراق دیگ اگر مقدار درست هوا طی فرآیند اکسیداسیون اضافه نشود، سوخت سوزانده نشده و دوده و مونواکسیدکربن از دودکش تخلیه خواهند شد که این موجب آلودگی محیط و در عین حال کثیفی سطوح انتقال حرارت دیگ خواهد شد.از سوی دیگر اگر هوای اضافه خیلی زیاد در فرآیند احتراق به کار رود مشکل دیگری اتفاق می افتد: راندمان پایین می‌آید زیرا گرمای بسیار زیاد مشعل برای گرم کردن این هوای اضافی به مصرف می رسد.

استاندارد صنعت برای هوای اضافه 4 تا 6 درصد اکسیژن است، و هدف این است که سطح اکسیژن به 3 تا 4 درصد برسد؛ در نتیجه مخلوط متلاطم تری ایجاد می‌شود و راندمان مشعل افزایش می یابد. بسیاری از مشعل های مدرن در سراسر دامنه اشتعال خودبه سطح بهینه 3 درصد اکسیژن خود دست می یابند. که این عملکرد پر راندمان را تسهیل می کند کارکرد در هوای اضافه خیلی زیاد، راندمان را کاهش می دهد. به عنوان مثل تصور کنید که سطح اکسیژن 3 درصد قابل دست یابی باشد، اما این هنگام عملکرد در انتهای پایینی دامنه اشتعال بدست نیاید. اگر در عوض سطح اکسیژن به 7 درصد افزایش یابد( معادل با هوای اضافه 45 درصد)، 2 درصد از راندمان کاسته می شود؛ زیرا به ازای هر 2 درصد افزایش در سطح اکسیژن راندمان 1 درصد کاهش پیدا می کند.

مشعل های جدید با راندمان بالا
 طرح های پیشرفته مشعل و کنترل ها به مشعل اجازه می دهند از اشتعال پایین تا اشتعال بالا مدوله شود در حالی که سطوح ایمن اما پایین هوای اضافه را در سراسر turndown خود حفظ می کند.این شامل مشعل هایی با قابلیتturndown بالا در محدوده 10:1 نیز می شود.
باید به این نکته توجه شود که بعضی از مشعل های نصب شده را می توان در محل بهسازی نمود تا به  turndownبالاتری دست یابند و از تلفات سیکلی (روشن و خاموش) مفرط اجتناب کنند در حالی که کنترل بهتر و تکرارپذیر نسبت سوخت به هوا هم فراهم می شود. اما اگر یک مشعل دارا قطعات فرسوده بسیار زیاد یا فناوری قدیمی یا منسوخی باشد، راه حل بهینه استفاده از کنترل های جدید نخواهد بود؛ بلکه بهترین گزینه تعویض مشعل با مشعلی است که دارای ویژگی هایی از قبیل هوای اضافه پایین، کنترل نسبت بهینه سوخت/هوا و قابلیت turndown بالا باشد. بسته به فاکتور های منحصر به فرد سیستم یک دیگ، تعویض مشعل قدیمی می تواند مصرف سوخت را 5 تا 10 درصد کاهش دهد.

تطابق با مقررات انتشار آلاینده

گرچه راندمان مشعل موضوع مهمی است، اما با توجه به مقررات سختگیرانه امروزی،کاهش انتشار آلاینده ها از اهمیت زیادی برخورداراست. مهمترین آلاینده ای که دودکش های دیگ ها منتشر می کنند، Nox است که طی احتراق تولید می شود. نیتروژن یک عنصر بی‌ضرر در هواست تا این که اکسید شود که در این صورت به یک آلاینده تبدیل می گردد. وقتی NOx از دودکش دیگ خارج شده و با نور خورشید و سایر ترکیبات آلی فرار مخلوط می شود، یک مه دود در سطح زمین تشکیل می دهد.

سه نوعNOxوجود دارد: فوری، حرارتی پیوند شده با سوخت.

NOxهای حرارتی و فوری که به دما و زمان وابسته اند، طی فرآیند احتراق شکل می گیرند و افزایش می یابند. درمقابل NOx پیوند شده با سوخت که 0.3 درصد کل NOx تولیدی را تشکیل می دهد، جزئی از سوخت است و تنها راه حذف آن، خارج کردن آن ا سوخت قبل از احتراق است.با توجه به این موضوع،تمرکز تلاشها باید بر حذف NOx حرارتی باشد.

طی احتراق، گاز طبیعی تقریبا ppm120 NOx تولید می کند. بعضی مقررات ملزم می کنند که NOx باید کمتر از ppm30 باشد، اما مقررات سختگیرانه تر سطوح کمتر از ppm5 را الزامی کرده اند. خوشبختانه مشعل های NOx پائینی وجود دارند که می توانند NOx از گاز طبیعی را از ppm120 به ppm60 کاهش دهند.

وقتی که هدف دستیابی به سطح کمتر از ppm30 باشد، معمولا بازچرخش گاز دودکش(FGR) توصیه می شود(در این شیوه، با ایجاد منفذی در دودکش، بخشی از گازهای خروجی از دودکش از طریق یک خط لوله مجهز به دمپر اتوماتیک، به فن تامین کننده هوای احتراق بازگردانده می شود). در یک دیگ فایرتیوب یا واترتیوب مجهز به FGR، گاز دودکش با هوای پشتیبانی کننده احتراق (هوای ثانویه) مخلوط می شود، در حالی در همان زمان شعله را بدون سردسازی سریع، خنک می کند.خنک کردن بیش از حد باعث خواهد شد که شعله به غرش درآید؛ دوده تولید کند و مونواکسید کربن (CO) تشکیل دهد که یک آلاینده خطرناک دیگر به شمار می رود. به همین خاطر، منظور کردن کنترل های کیفی و به کارگیری تکنسین های واجد شرایط در برقراری این سیستم بسیار حائز اهمیت است.

باید به این نکته توجه کرد که FGR از دودکش می آید و با هوای ثانویه مخلوط می گردد.این مخلوط پشتیبانی کننده احتراق، دمای بالاتر از دمای محیط خواهد داشت. برحسب مقدار جریان جرمی و دما، این می تواند بر اندازه بادزن و اسب بخار موتور تاثیر بگذارد.

مقدارFGR مورد نیاز به میزان هدف کاهش NOx بستگی دارد. هرچه NOx کمتری مورد نظر باشد، FGR بیشتری به هوای ثانویه وارد خواهد شد.
معمولا برای دستیابی به سطحNOxکمتر از ppm15، turndown دیگ نیز تحت تاثیر قرار می گیرد. اگر یک مشعل قادر به turndown برابر 10:1 باشد، و نرخ بازچرخش 15 تا 20 درصد برای دستیابی به NOxکمتر از ppm15 مورد نیاز باشد؛در این صورت turndown در این مشعل احتمالا تا 8:1 افت خواهد کرد. با turndown پایین تر، اگر دیگ به خوبی با بار مطابقت نکند؛ سیکل روشن- خاموش بیشتری خواهد داشت که این به تلفات پیش تخلیه و پس تخلیه و هزینه های عملیاتی بالاتری منجر خواهد شد.

ظرف چند سال آینده، صنعت احتمالا شاهد مشعل هایی خواهد بود که می توانند بدون FGR بهNOxبرابر ppm10دست یافته و از اشتعال پایین تا اشتعال بالا مدوله شوند در حالی سطح اکسیژن 3 درصد را حفظ می کنند.