کتاب اصول و طراحی کوره های صنعتی

فصل1 مقدمه‌اي بر طراحي كوره 1

1.1 كوره چيست؟ 3

1.1.1 اجزاي كوره 4

1.1.2 دسته‌‌بندي كوره‌ها 5

1.1.3 اهداف اصلي طراحان و كاربران كوره 7

1.2 خلاصه‌اي از كاربردها و تكنولوژي فعلي كوره‌ها 7

1.2.1 سراميك‌ها، ساخت آجر و سفالگري 8

1.2.2 سيمان و آهك 9

1.2.3 كوره‌هاي توليد شيشه 12

1.2.4 گدازش سنگ معدني فلزات 13

1.2.5 تصفيه فلزات 16

1.2.6 كوره‌هاي فلش (لحظه‌اي، سوسپانسيون) و كوره‌هاي بستر سيال 18

1.2.7 فرآوري فيزيكي فلزات 21

1.2.8 آتش زنه‌ها و كوره‌هاي بازيافت 25

1.2.9 كوره‌هاي حاوي اتمسفرهاي احياكننده 26

1.2.10 كوره‌هاي پالايش نفت و پتروشيمي 28

1.3 انگيزه‌هاي بهبود راندمان كوره‌ها 30

1.4 نتيجه‌گيري 31

1.5 منابع 31

فصل2 فرايندهاي احتراق 33

1.2 شيمي ساده احتراق 34

2.1.1 اكسيداسيون كامل كربن 34

2.1.2 اكسيداسيون كامل هيدروژن 34

2.1.3 اكسيداسيون ناقص كربن 35

2.1.4 اكسيداسيون مونوكسيدكربن 35

2.2 محاسبات احتراق 36

2.3 سينتيك واكنش‌هاي شيميايي 38

2.3.1 انواع واكنش‌ها 39

2.3.2 نظريه سرعت (نرخ) واكنش 40

2.3.3 رفتار سرعت واكنش 42

2.3.4 قطرات و ذرات در حال سوخت 46

2.4 فيزيك احتراق 48

2.4.1 نقش هواي اوليه 51

2.4.2 نقش جريان‌هاي چرخشي 58

2.4.3 آشفتگي در جت 59

2.4.4 ايروديناميك سيال ثانويه 61

2.4.5 اثر هواي اضافي بر مصرف سوخت 63

2.4.6 نصب مشعل‌هاي چندگانه 65

2.5 منابع 65

فصل 3 سوخت كوره‌ها 67

1.3 سوخت‌هاي گازي 69

3.1.1 خواص گاز طبيعي 69

3.1.2 گاز مصنوعي 69

3.1.3 عدد يا شاخص Wobbe 71

3.1.4 حدود اشتعال 71

3.1.5 تابش شعله از سوخت‌هاي گازي 74

2.3 سوخت‌هاي مايع 74

3.3 سوخت‌هاي جامد 76

3.3.1 خاكستر 78

3.4 سوخت‌هاي پسماند 78

3.5 انتخاب سوخت 79

3.5.1 عملكرد كوره 80

3.6 امنيت 84

3.7 انتشار آلاينده‌ها 85

3.8 منابع 85

فصل 4 مقدمه‌اي بر انتقال حرارت در كوره‌‌ها 87

1.4 هدايت 88

4.1.1 هدايت حالت ماندگار 89

4.1.2 انتقال حرارت همرفت 90

4.2 همرفت 97

4.2.1 آناليز ابعادي 98

4.2.2 كاربرد در انتقال حرارت همرفت 99

4.2.3 تعيين ضرايب انتقال حرارت همرفت 102

4.2.4 انتقال حرارت همرفت در دماهاي بالا 105

4.3 تابش 109

4.3.1 اصول فيزيكي تبادل تابشي 111

4.3.2 ضريب تابش و ضريب جذب 114

4.3.3 طول ميانگين 124

4.4 گرمايش الكتريكي 125

4.4.1 گرمايش مقاومتي 125

4.4.2 گرمايش قوسي 127

4.4.3 گرمايش القايي 128

4.4.4 گرمايش دي الكتريك 129

4.4.5 گرمايش فروسرخ 130

4.5 منابع 130

فصل 5 اصول شعله و مشعل در كوره‌ها 135

5.1 انواع شعله 136

5.1.1 شعله‌هاي پيش- اختلاطي 137

5.1.2 شعله‌هاي نفوذي با جت آشفته (توربولانت) 138

5.1.3 احتراق غيرهمگن 140

5.2 وظيفة مشعل و اصول طراحي مشعل 145

5.2.1 اهميت اساسي پروفيل‌هاي شار حرارتي 148

5.2.2 پايدار سازي شعله 148

5.3 مشعل‌هاي گازي 152

5.3.1 مشعل‌هاي پيش- اختلاطي 152

5.3.2 مشعل‌هاي نفوذي با جت آشفته 159

5.3.3 فرآوري مشعل‌هاي نفوذي جت 161

5.4 مشعل‌هاي سوخت مايع (نفتي) 162

5.4.1 تغيير آهنگ مشعل 164

5.4.2 اتمايزرها 164

5.5 مشعل‌هاي زغال سنگ پودري (زغال نرمه) 172

5.6 آيروديناميك كوره‌ها 174

5.6.1 سيستم‌هاي با مشعل منفرد 176

5.6.2 سيستم‌هاي با مشعل چندگانه 178

5.6.3 طراحي كانال هواي احتراقي 180

5.6.4 طراحي‌هاي معمول جعبة هوا و پلنيوم 183

5.7 مقياس‌سازي سيستم احتراق 184

5.7.1 مثالي از افزايش مقياس سيستم احتراقي 185

8.5 سروصداي كوره 188

5.8.1 غرش احتراق 189

5.8.2 سروصداي نازل و جت آشفته 190

5.8.3 سروصداي فن 191

5.8.4 سروصداي لوله‌‌ها و دريچه‌ها 191

5.8.5 كاهش صداي كوره 190

5.8.6 نوسانات ناشي از احتراق 193

5.9 منابع 196

فصل6 مدل‌سازي احتراق و انتقال حرارت 199

6.1 مدل‌سازي فيزيكي 201

6.1.1 پارامتر ثرينگ – نيوباي 204

6.1.2 پارامتر كرايا – كورتت 204

6.1.3 ضريب خفگي بكر 205

6.1.4 عدد كورتت 205

6.1.5 رابطة بين پارامترهاي مقياس‌دهي 206

6.1.6 تعيين سيلان‌هاي مورد نياز مدل 206

6.1.7 كاربرد پارامتر مقياس‌دهي 206

6.1.8 اعمال يك اصلاح بعد از اندازه‌گيري 207

6.2 مدل‌سازي رياضي 207

6.2.1 مدل‌هاي كورة سادة كاملاًًً هم- خورده (يكنواخت) 209

6.2.2 مدل‌هاي كورة طويل 216

6.2.3 مدل‌هاي منطقه‌اي دو بعدي و سه بعدي 218

6.2.4 مدل‌هاي ديناميك محاسباتي سيالات

6.2.4 مدل‌هاي ديناميك محاسباتي سيالات 222

6.2.5 كشيده شدن ذرات در سيستم‌هاي احتراقي 226

6.3 كاربرد مدل‌سازي در طراحي كوره 227

6.4 منابع 228

فصل 7 سيستم‌هاي حمل و نقل و نگهداري سوخت 231

1.7 مجموعة شيرهاي گازي 232

7.1.1 سيستم‌هاي قطع و وصل ايمني 233

7.2 سيستم‌هاي حمل و نقل سوخت مايع 234

7.2.1 ذخيره، پمپاژ و گرمايش 235

7.2.2 مجموعة شير‌ سوخت مايع (نفت كوره) 238

7.3 سيستم‌هاي حمل و نقل و احتراق زغال سنگ پودري (نرمه) 239

7.3.1 مخازن (بونكرها) و تغذيه كننده‌هاي زغال سنگ خام 240

7.3.2 آسيا كردن و خشك كردن زغال سنگ 242

7.3.3 آسياهاي زغال‌سنگ 243

7.3.4 ظرفيت آسياكاري زغال‌سنگ 249

7.3.5 سيستم‌هاي آسياكاري و اشتعال زغال سنگ پودري 251

7.3.6 ظرفيت سيستم خشك كردن زغال سنگ 255

7.3.7 دمنده‌هاي سيستم اشتعال زغال سنگ 260

7.3.8 ذخيرة زغال سنگ نرمه 261

7.3.9 تغذيه (فيد كردن) و حركت دادن زغال‌سنگ نرمه 264

7.4 حمل و نقل و نگهداري سوخت‌هاي پسماند 270

7.4.1 سيستم حمل و نقل سوخت‌هاي پسماند گازي 270

7.4.2 سيستم حمل و نقل و نگهداري سوخت‌هاي پسماند مايع 271

7.4.3 حمل و نگهداري سوخت‌هاي پسماند جامد 271

7.4.4 مزاياي زيست محيطي و خطرات بهداشتي سوخت‌هاي پسماند 273

7.5 منابع 274

فصل 8 كنترل و ايمني كوره 277

8.1 كنترل فرآيند 278

8.1.1 استراتژي‌هاي اساسي كنترل كوره 279

8.2 ابزارهاي سنجش كوره 280

8.2.1 اندازه‌گيري دما 281

8.2.2 اندازه‌گيري گرماي ورودي 284

8.2.3 تعيين هواي اضافي 287

8.3 آناليز گازهاي حاصل از احتراق 290

8.3.1 سيستم‌‌ها و آناليزگرهاي با نمونه‌گيري استخراجي 292

8.3.2 سيستم‌هاي در محل 296

8.4 كنترل احتراق 301

8.5 اطمينان از ايمني كوره 303

8.5.1 عوامل خطر در كاركرد كوره 303

8.5.2 روشن كردن كوره 304

8.5.3 كاركرد كوره با هواي احتراق ناكافي 307

8.5.4 كوئنچ‌شدن شعله 308

8.5.5 حذف منابع شروع اشتعال 309

8.6 سيستم‌هاي مديريت مشعل 309

8.6.1 الزامات ايمني براي سيستم‌هاي مديريت مشعل 311

8.6.2 قطع غير ضروري 312

8.6.3 به دست آوردن استاندارهاي ايمني قابل قبول با سيستم‌هاي مديريت سوخت شامل كنترلر‌هاي منطقي برنامه‌پذير 312

8.6.4 انتخاب يك سطح بي‌نقصي ايمني مناسب 314

8.6.5 تعيين سطح بي‌نقصي ايمني در سيستم‌هاي مديريت مشعل 315

8.6.6 آشكار‌سازهاي شعله 318

8.7 منابع 321

فصل 9 راندمان كوره 323

9.1 نمودارهاي عملكرد كوره 325

9.1.1 اندازه گيري در محل تاسيسات 329

9.1.2 برقرار كردن موازنة جرم و انرژي 333

9.1.3 گرماي درجة بالا و درجة پايين 347

9.2 تجهيزات بازيافت حرارت 351

9.2.1 مبدل‌هاي حرارتي ركوپراتيو 351

9.2.2 مبدل‌هاي حرارتي رژنراتيو 352

9.2.3 روش‌هاي عمومي طراحي مبدل‌هاي حرارتي 354

9.3 شناخت روش‌هاي بهبود راندمان 355

9.4 منابع 359

فصل 10 انتشار گازهاي آلاينده و اثرات زيست محيطي 361

10.1 شكيل مونوكسيد‌كربن 363

10.2 تشكيل اكسيد‌هاي نيتروژن 364

10.2.1 تشكيل حرارتي 364

10.2.2 تشكيل فوري 368

10.2.3 مدل‌سازي 369

10.3 تشكيل اكسيدهاي گوگرد 370

10.4 تشكيل محصولات مياني احتراق 371

10.4.1 تركيبات آلي فرار (VOC ها) 371

10.4.2 هيدروكربن‌هاي آروماتيك پلي سايكليك (PAH) 371

10.4.3 PCBها، ديوكسين‌‌ها و فوران‌ها 372

10.5 انتشار ذرات 375

10.5.1 تشكيل دوده 375

10.5.2 تشكيل و تركيب خاكستر سوخت 378

10.5.3 چرخه‌هاي فرار غير قابل احتراق 379

10.6 كنترل انتشار آلاينده‌‌ها به محيط زيست 380

10.6.1 جلوگيري از انتشار آلاينده‌‌ها و كاهش آن 381

10.6.2 مدل سازي پخش در اتمسفر 392

10.7 منابع 393

فصل 11 ساختمان و مواد كوره 397

11.1 الزامات عملكردي اساسي در ساختمان كوره 398

11.2 روش‌هاي اصلي ساخت سازه 399

11.2.1 آستري آجر 401

11.2.2 آستر مونوليتيك (خرد شده) 403

11.2.3 بخش فولادي كوره 408

11.2.4 ساخت سقف كوره 410

11.2.5 سيستم خنك‌كاري كوره 414 412

11.3 ملاحظات مهندسي عملي در كاربرد نسوزها 414

11.4 مواد نسوز سراميكي 416

11.4.1 آزمودن مواد نسوز 417

11.4.2 خواص و كاربردهاي مواد نسوز 418

11.5 فلزات مقاوم به حرارت و نسوز 422

11.5.1 اثر دماي بالا بر خواص فلز 422

11.5.2 آلياژ‌هاي دما بالا 423

11.6 ملاحظات عملي مهندسي در كاربرد فلزات دما بالا 426

11.7 مؤخره 427

11.8 منابع 427

فصل 12 روش‌هاي طراحي كوره 433

12.1 مقدمه 434

12.1.1 محدوديت‌هاي طراحي 435

12.1.2 هزينه تغيير طراحي 436

12.2 طراحي مفهومي 436

12.2.1 عملكردهاي فرآيندي 438

12.2.2 تعريف تغييرات فيزيكي و شيميايي 440

12.2.3 موازنة اولية جرم و انرژي 442

12.2.4 قابليت اطمينان اطلاعات موجود 442

12.2.5 اثر فرآيندهاي بالادستي و پايين‌دستي 444

12.2.6 انتخاب سوخت 444

12.2.7 امكان بازيافت حرارت و انتخاب تجهيزات 448

12.3 اندازه كوره 452

12.4 انتخاب مشعل 467

12.5 طراحي مبسوط و تاييد اعتبار طراحي كوره 471

12.6 سيستم سنجش و كنترل كوره 472

12.7 منابع 47