تجهيزات كوره ها
كوره ها از تجهيزات مختلفي تشكيل شده اند كه مهمترين آنها عبارتند از:
سيستم تزريق خوراك، سيستم تزريق سوخت، سيستم تزريق هوا، سيستم بخارسازي، سيستم بازيافت حرارت، سيستم تنظيم فشارباكس كوره وعايقهاي كوره.
سيستم تزريق سوخت
سوخت كوره بصورت عام به سه دسته سوخت گازي، سوخت مايع وسوخت واحدتقسيم ميشود. ارزان ترين ومعمول ترين سوخت گازي مورداستفاده دركوره هاگازطبيعي ميباشد. دربرخي شرايط نيزازسوخت مايع بعنوان سوختي قابل ذخيره استفاده ميشود.
تجهيزات كوره ها
سيستم تزريق سوخت
تجهيزات كوره ها
معمولاموادهيدروكربني مازاددرسيستمهاي مختلف رادريك قسمت جمع آوري نموده بعنوان سوخت استفاده مينمايند.
سيستم تزريق خوراك
خوراك رابه كوره هاي مختلف ميتوان تزريق نمودبادرنظرشرایط عملیاتی واقتصادی. دربرخي ازشرايط خوراك بصورت خالص ودربرخي ازشرايط خوراك بصورت تركيبي بايك ماده ديگرتزريق ميگردد. بعنوان مثال خوراك تزريقي به كوره هاي VCM،از EDC خالص تشكيل شده وناخالصيهاباعث ايجادمحصولات فرعي ونيزبهم خوردن شرايط كوره ميشوند.
نمونه ديگركوره هاي الفين ميباشندكه خوراك(نفتا يا اتان)بابخارآب مخلوط شده وسپس به كوره تزريق ميشوند. بخارآب دركوره هاي الفيني نقش رقيق كننده ويكي ازعوامل تنظيم كننده زمان اقامت ماده هيدروكربني درطول كويل بوده ودرواكنش كراكينگ شركت نمينمايد.
دربرخي شرايط خوراك كوره خودتركيبي ازموادمختلف ميباشد. بطورمثال خوراك كوره هاي آمونياك ومتانول مخلوطي ازهيدروكربن وبخارآب ميباشد. اين بخاربعنوان جزئي ازموادشركت كننده درواكنش ريفرمينگ وهم بعنوان تنظيم كننده ميباشد.
باتوجه به مواردمطروحه فوق طبيعيست كه خوراك بایدباشرايط خاصي واردكوره گرددوتمهيدات لازم رادرجهت رسيدن به شرايط مذكوربايدپيشبيني شود. اولين مورددرخصوص خوراكهاي مخلوط تنظيم نسبت اختلاط درآنهاميباشدوبايدتوجه داشت كه اين نسبتهاي اختلاط برمبناي عمليات ايمن ونرمال كوره درنظرگرفته شده اندوبايدبدقت تنظيم شوند.
موردبعدي فازخوراك تزريقي به كوره ميباشد. همانطوركه ميدانيددربرخي شرايط خوراك بصورت مايع واردكوره ميشود. واين امرباعث تغييرفازدرتيوبهاي كوره ، باعث افزايش حجم ودرنتيجه سرعت سيال عبوري ميگردد.
موردبعدي تنظيم فلوتزريقي به هركويل ميباشد. قبلاًتوضيح دادیم درطراحي كوره ها، ظرفيت كوره راباتعدادكويلهاي چيده شده درآن تغييرميدهندواندازه قطرتيوبهاراتغييرنميدهند. باتوجه به موضوع فوق تنظيم فلوي عبوري ازاين كويلهاخصوصاًدركوره هاي بزرگ وتعدادتيوب بالااهميت دارد.
درگذشته براي برخي كوره هااقدام به شيرهاي كنترل جهت فلوي عبوري به كويل مربوطه مينمودندكه باعث تحميل افزايش ميزان وگستردگي سيستم ابزاردقيق ميشده. درحال حاضرجهت رفع اين مشكل ازيكسري نازل استفاده ميشودكه نحوه عمليات آن بشرح زيرميباشد. اين نازلهابصورت شيپوري ساخته ميشوندودرنتيجه افزايش سرعت سيال درقسمت باريك شيپورميگردد.
باتوجه به اينكه سيال ميتواندتاحداكثرسرعت صوت درلوله هاجريان يابدوبعدازآن جريان متوقف ميشودازاين خاصيت استفاده نموده ومانع ازعبورجريان بيش ازحددريك تيوب ياكويل جريان درسايركويلهاميشود. بدين ترتيب فلوعبوري ازاولين كويل حداكثرتامقدارفوق عبورنموده واضافه جريان به سايركويلهاهدايت ميشودودرنتيجه فلوخوراك عبوري ازهركويل وياتيوب كوره تنظيم ميگردد.
تجهيزات كوره ها
شماتیک
درخصوص شرايط خوراك تزريقي به كوره بايداشاره نمودكه خوراك براي رسيدن به شرايط فرآيندي كوره بايدازتجهيزات خاصي عبورداده شودكه ميتوان بصورت اختصاربرشمرد. درخصوص سيستم تزريق خوراك بايدگفت كه هركوره باتوجه به شرايط فرايندي خودتجهيزمناسب وابزاردقيق لازم راداراست. يكي ازمواردي كه درسيستم تزريق خوراك متفاوت است نازلهاي تزريق خوراك ميباشند.
براي كوره هاي يك پارچه مانندمتانول كه تعدادتيوبهاوبه تبع آن نازلهاي تزريق خوراك زيادهستند، خوراك دريك هدرهدايت شده وتوسط نازلهابه تيوبهاي كوره تزريق ميگردند. دربرخي شرايط ازيك نوع طراحي بنام pig Tail استفاده مينمايند. دراين طراحي هم Expansion مربوط به لاين نازل وهم درصورت خرابي سهل الوصول بودن مسائل تعميراتي آن ديده ميشود.
ازآنجاكه كوره هادردماهاي بالاكارميكنندطبيعي تراست كه جنس تيوبهايي كه درمعرض اين حرارت قرارميگيرندبايددربرابرحرارت مقاوم باشد.
تركيبات نيكلي آلياژهاي مناسبي جهت تحمل دماهاي بالا ميباشند. باتوجه به توضيحات بالاآلياژمعمول مورداستفاده درتيوبهاوكويلهاي مربوط به كوره هاازآلياژهاي نيكل ميباشد. قبلاتوضيح داده شدكه اكسيدنيكل درفرايندهاي توليدگازسنتزبعنوان كاتاليست مورداستفاده قرارميگيرد. باتوجه به اين موضوع ميتوان به اين نتيجه رسيدكه وجودنيكل درتيوبهادركوره هاي كراكرباعث توليدكك ميگرددكه واكنشي ناخواسته درفرايندكوره هاي كراكرميباشد. جهت حذف اين سطوح فعال معمولاازيك ماده سولفوري جهت مسموم نمودن اين سطوح وكاهش ميزان تشكيل كك ميگردد. علاوه براين تركيبات باعث ايجاديك لايه مقاوم دربرابرخوردگي نيزميشوند.
تجهيزات كوره ها
سیلندر
سيستم تزريق هوا
سيستمهاي تزيق هوا دركوره به دودسته كلي سيستمهاي طبيعي تزريق هواوسيستمهاي اجباري تزريق هوا تقسيم ميشوند:
تجهيزات كوره ها
شماتيك يك كوره با مسير هواي احتراق
سيستم هاي طبيعي تزريق هوا
دراين سيستم ، هوابوسيله مكش ايجادشده بوسيله تزريق سوخت به مشعل وازطريق دريچه هاي مخصوص هواكه درمشعل تعبيه شده اند،به محفظه مشعل تزريق ميگردد. بطورمعمول، درمسيرهواي ورودي مشعل(درسيستم تزريق طبيعي هواي احتراق)دونوع دريچه تنظيم طراحي ميشود. دريچه نوع اول براي تنظيم حداقل هواي موردنيازمشعل ونيزپرج مشعل طراحي ميشود. شكل اين دريچه هابگونه ايست كه همواره يك جريان كم هواازآن عبورنمايدوبطوركامل ايزوله نيست ودرواقع بامكش ايجادشده بوسيله فن مكنده دودويا دودكش هواازاين مسيربرقرارميشود.
اين مورد باعث ايمني بيشتر در كوره مي گردد زيرا كوره همواره پرج شده و از تجمع سوخت دركوره جلوگيري بعمل مي آيد.
براي روشن نمودن مشعل كوره، شيرروي مسيرسوخت راكمي بازوبصورت دستي(بوسيله يك فندك)ويابطوراتوماتيك(باسيستم BMS)جرقه اي راايجادمينماييم. به اين ترتيب شعله بوسيله سوخت تزريقي، هواي مكش شده وجرقه ايجادشده بوجودميايد. به اين مقدارهواي اوليه تزريقي، هواي اوليه ويا Primary airگويند.
درادامه تزريق سوخت وباافزايش ظرفيت مشعل، بايدهواي بيشتري به مشعل تزريق گرددكه اين كار بوسيله دريچه هاي نوع دوم تنظيم ميگردد. اين دريچه هابصورت دمپربوده وداراي دسته مدرج است. به هواي تزريقي دراين مرحله هواي ثانويه ويا Secondary airگويند.
سيستم هاي اجباري تزريق هوا
اين سيستم از قسمت هاي مختلف زير تشكيل شده است:
- كانال هواكش
- فيلتر هاي هوا
- فن دمنده هواي احتراق
- مسير هواي احتراق
- مبدل هاي پيش گرم كن هواي احتراق
- دريچه هاي تنظيم هواي مشعل
كانال هواكش
بطورمعمول اين كانالها به منظورپرهيزازهرگونه افت فشاردرمسيرورودي فن دمنده(فشارخروجي ومكش دمنده هاي هوا، معمولاپايين است)بصورت داكتهاي فلزي بزرگ، طراحي ميشوند.
شماتيك سيستم تزريق هوا به كوره
فيلترهاي هوا
اين فيلترها، براي تميزنمودن وغبارگيري هواورودي به فن دمنده هوا، جهت جلوگيري ازهرگونه گرفتگي درتيپ مشعل وآسيب رسيدن به پروانه هاي فن دمنده هوانصب ميشود.
فن دمنده هوا
اين فنهابه منظورتامين دبي هواي موردنيازبراي احتراق كوره نصب ميشود. باتوجه به اينكه هواي موردنيازكوره هاي بزرگ و يكپارچه بسيارزيادميباشد، بدليل محدوديتهاي جانمايي وفرايندي ونيزساختاري كوره، نميتوان باافزايش تعدادمشعلهاودرنتيجه افزايش سطح ورودهوا به مشعلهاي كوره، اين مقدار هواراباجريان طبيعي تامين نمودودرنتيجه سيستم مارابه تامين اين مقدارهوابوسيله يك فن دمنده هدايت مينمايد.
دراين راستامحدوديتهاي مربوط به اندازه مشعل ونيزدريچه هاي آن نيزبه سيستم تحميل ميگرددونتيجتااستفاده ازسيستم تزريق طبيعي هوا، براي مقدارزيادهواجوابگونمیباشدوجاي خودرابه سيستم تزريق اجباري هواميدهد. نمونه هايي ازاين فنهادرزيرآورده شده است.
فنهای دمنده هوا
مبدل هاي پيش گرم كن هوا
باتوجه به اينكه بخشي ازحرارت توليدي درفراينداحتراق،صرف گرم نمودن سوخت وهواي واكنش احتراق ميشود، يكي ازراه هاي موثرافزايش راندمان حرارتي كوره، پيش گرم نمودن هواي احتراق ميباشد. اين عمليات بصورت معمول درداكت دود صورت ميگيردومبدل مربوط به پيش گرم نمودن هواي احتراق بوسيله دود درداكت دودنصب ميشود. نوع اين مبدلهابصورت معمول ازنوع پليت تايپ ميباشد.
مبدل هاي پيش گرم كن هوا
دريچه تنظيم هواي مشعل
اين دريچه هابه منظورتنظيم هواي مشعل تعبيه ميشود. بصورت معمول اين دريچه هابصورت دمپرطراحي ميشود. لذانميتواندبطوركامل ازورودهوابه مشعل جلوگيري نمايد. به منظورتنظيم مقداراكسيژن موردنيازمشعل، باتوجه به ظرفيت هرمشعل، ميتوان ازاين بوسيله دريچه هااستفاده نمود.
سيستم تنظيم فشار باكس كوره
همانطوركه قبلاتوضيح داده شده درراستاي بهينه محصول ، حفظ شرايط فرايندي ونيزيكنواختي فلاكس حرارتي كوره، ازاهميت خاصي برخورداراست وبرقراري چنين شرايطي مستلزم اجراي
مقدمات مختلف ميباشد.
يكي ازاين ملزومات، انجام يكنواخت وبهينه واكنش احتراق درمشعلهاي كوره ميباشدكه خودبستگي دبي هواي ورودي، دبي دودخروجي وفشارباكس كوره دارد. شرايط بهينه عملكرد مشعل زماني اتفاق ميفتدكه دبي هواي تزريقي به مشعل، متناسب باميزان سوخت باشد.
همچنين براي تنظيم طول شعله(كه اثرمهمي درانتقال حرارت تابشي درون كوره دارد)فشارباكس كوره ازاهميت خاصي برخوردارميگردد. توجه داشته باشيدكه درحين عمليات نرمال كوره، فشارسوخت ونيزفشارباكس كوره، دريك مقدارثابت حفظ ميشوندواختلاف بين اين دو فشاربطورمستقيم روي اندازه شعله اثرميگذارد. طول شعله ازاين جهت اهميت پيدا ميكند كه مكانيزم غالب انتقال حرارت در نقطه ورودي سيال فرايندي به كوره، انتقال حرارت تابشي است.
توجه داشته باشيدكه بدليل غلظت بالاي مواد اوليه دراين نقطه و نيز پايين تر بودن دماي آن نسبت به دماي كوره، حرارت رسيده به اين نقطه بايدبالاترباشد. درنتيجه هرچه طول شعله بيشتر باشد، شعله قسمت بيشتري از تيوب راميبيند و نتيجتا حرارت تابشي بيشتري انتقال ميابد. بنابراين تنظيم هواي ورودي ودود خروجي (انجام مناسب واكنش احتراق) وفشار باكش كوره (ايجاد طول مناسب براي شعله) براي افزايش راندمان حرارتي كوره ضروري است.
سيستم خروج دود
يكي از قسمت هايي كه بايد در جهت بهينه سازي مصرف انرژي و نيز فلاكس حرارتي كوره به آن توجه نمود، نحوه و مسير خروج دود كوره ميباشد. همانگونه كه قبلا توضيح داده شد، شعله كوره بايد داراي اندازه مناسبي باشد تا حداكثر ميزان تشعشع، در بوجود بيايد.
سيستم خروج دود
طبيعيست كه فشاركوره درنقطه مكش ونزديك به فن مكنده ويادودكش، پايينترازبقيه نقاط كوره است واين فشاربايدبطوريكنواخت دركوره توزيع شود. حال اگربه هردليلي سيستم خروج دود نتوانداينكاررابدرستي انجام دهد، شعله به يك سمت منحرف ميگردد. انحراف شعله ميتوانددرجهت تيوب(به تيوب برخوردنمايدكه باعث افزايش دماي بيش ازحدتيوب درنقطه فوق ميگرددكه بايدازآن پرهيزنمود)ويادرخلاف جهت تيوب(شعله ازتيوب دورشودودرنتيجه ميزان حرارت رسيده به سيال فرايندي درنقطه فوق كم شودكه اين امرخودمنجربه كاهش بهره واكنش درنقطه موردنظرميشود)صورت ميگيرد. درهردوحال انحراف شعله باعث غيريكنواختي درتوزيع حرارت ورسيدن آن به سيال فرايندي ميشود. براي دوري ازشرايط مذكور، كانالهاي ويژه اي(مطابق شكل زير)دركوره طراحي مينمايندكه بتواند دودرابصورت يكنواخت ازكوره خارج نمايدودرنتيجه سبب انتشارشعله درجهت تيپ مشعل ميشود.
بطور مثال در كوره هاي top fire ،اين كانال ها در كف كوره نصب ميشوند روي ديواره آنها سوراخ هاي را جهت خروج دود طراحي مينمايند. تعداد اين سوراخ ها را بسته به نزديكي و يادوري آن ازفن مكنده و يا دودكش تنظيم ميكنند، به اين نحو كه تعداد سوراخ ها در نقاط نزديك به دودكش كمتر و در نقاط دورتر نسبت به دودكش بيشتر در نظر ميگیرند.
نمونه هايي از فن مكنده و كانال دود
تجهيزات كوره ها
سيستم بخار سازي
اين سيستم خود به اجزاي جزيي تر به شرح زير تقسيم ميشود كه عبارتند از: سيستم polishing، Detractor، سيستم تزريق آب BFW، سيستم Steam Drum، سيستم Dosing مواد شيميايي.
سيستم بخار سازي
تجهيزات كوره ها
سيستم هاي بازيابي حرارت
به طور معمول اين قسمت داراي مبدل هاي پيش گرم كن خوراك، مبدل هاي بخار سازي، مبدل سيركوليشن آب BFW، مبدل پيش گرم كن آب BFW و مبدل پيش گرم كن هوا احتراق ميباشد.