چکیده

به دنبال بحران انرژي اول و دوم در دهه هاي هفتاد و اوایل هشتاد میلادي ،فعالیت هاي پژوهش و توسعه فراوانی در دنیا با تمرکز بر بهبود بازدهی انرژي انجام می پذیرفت. از موثرترین روش براي بهبود بازدهی سامانه هاي احتراق که در فرایندهاي دمـا بـالا بـه کـار مـی رود ، پیش گرمایش هواي احتراق است. فن آوري احتراق بدون شعله نخستین باربه منظورکاهش میزان تشکیلNOx ف حرارتی در مشعل هـاي کـوره هاي صنعتی و با بهره گیري از هواي احتراق پیش گرم شده توسعه یافت .این تکنیک که احتراق بدون شعله نام گرفت هم اکنون در حد بالایی مورد استفاده قرار می گیرد ،کاربردهاي بیشتري هم در دست بررسی می باشد. در این نوشتار معرفی احتراق بدون شعله ،کاربردهاي صنعتی و کاربردهایی که هنوز در مرحله پژوهش هستند مورد توجه قرار گرفته است.

واژگان کلیدي:

NOx حرارتی ، پیش گرمایش هواي احتراق ، مشعل بازیاب، احتراق بدون شعله ، احتراق پایدار .

.۱ مسئول مهندسی فرایند احتراق اداره مهندسی پالایش

. ۱ مقدمه

اگــــر بـــه آمیـــزه اي از ســـوخت و هـــوا در دامنـــه شـــعله وري آن، جرقـــه اي زده شـــود ،شـــعله اي تشــکیل مــی گــردد.در شــکل (۱) ویژگــی هــاي اصــلی شــعله نشــان داده شــده اســت .در ناحیــه واکــنش ویــا جبهــه شــعله دمــا بــه ســرعت تــا نزدیــک دمــاي آدیاباتیــک بــالا مــی رود.شــعله بــر رو و یــا نزدیــک مشــعل تثبیــت مــی گــردد. بنــابراین احتراقــی پایــدار و قابــل کنتــرل بــه دســت مــی آیــد.روش هــاي گونــاگون بــراي تثبیــت شــعله ماننــد تثبیــت ســازي چرخشــی و تیغـــه اي در زمینــه بهبــود عملکـــرد مشــعل هــا نقــش مهمــی بــازي کــرده اســت. بــراي نظــارت بــر کیفیــت شــعله هــم از اثرهــاي الکتریکــی و نــوري شــعله هــا بهــره بــرده مــی شــود.در طراحــی هــاي مــدرن مشــعل هــا از آشکارســازهاي ئپ یــا یــونی ســاز در ســامانه هــاي خودکــار ایمنــی شعله استفاده می گردد.در نبود سیگنال شعله،مشعل خاموش می گردد.

شکل . ۱ ویژگی هاي اصلی شعله

بنابراین می توان گفت شعله دو نقش مهم ایفا می کند:

• تثبیت شعله یک واکنش کنترل شده وپایدار را ضمانت می کند.

• یک شعله پایدار یک سیگنال قابل اعتماد را براي سامانه هاي ایمنی ایجاد می نماید. ف

پرسش این است که چرا باید مبناي اثبات شده شعله ها را کنار بگذاریم ومزایاي بهره گیري از اکسیداسیون بدون شعله کدام است؟ مهم ترین پاسخ به این پرسش این است که اکسیداسیون بدون شعله می تواند تشکیل ضفض را حتی وقتی که از هواي پیش گرم شده با دماي بالا استفاده می شود، متوقف سازد.

معادله واکنش احتراق یک سوخت هیدروکربنی را در هوا مطابق فرمول زیر در نظر بگیرید:

همان طور که مشخص است تولید CO2 و آب اجتناب ناپذیر است. نیتروژن موجود در هوا هم براي فرایند احتراق لازم نیست اما جداسازي آن هم اقتصادي نیست.پیشرفت هاي اخیر در فن آوري جداسازي غشایی تامین اقتصادي هواي غنی از اکسیژن تا ۴۵ درصد را امکان پذیر نموده است.گرچه این موضوع در عمل به دلیل افزایش دماي شعله افزایش میزان تشکیل NOx را از نیترژون باقی مانده سبب می شود. همه فراورده هاي دیگر احتراق که به عنوان ناخواسته نامیده شده اند مواد آلوده کننده اي هستند که ما به دنبال کاهش یا حذف آنها هستیم.

. ۲ پیش گرمایش هواي احتراق

موثرترین روش براي بهبود بازدهی سامانه هاي احتراق که در فرایندهاي دمابالا به کار می رود ،پیش گرمایش هواي احتراق است.پیش گرم کن هاي مرکزي دماي هوا را تا ش ۶۰۰ ° می رساند.درحالی که سامانه هاي غیر متمرکز دست یابی به دماهاي بالاتري را ممکن می سازد.چون دماي پیش گرم هوا به طور خطی با دماي فرایند افزایش می یابد بازدهی سامانه هاي احتراق را می توان در یک نمودار به روشنی نشان داد.شکل .(۲)

شکل . ۲ بازدهی مشعل ها

در همان زمان آگاهی از اثرات منفی ضفض بر سلامت انسان و محیط زیست فشار بالایی بر کاربران و سازندگان تجهیزات احتراق وارد می ساخت.در حالی که کنترل میزان انتشار ضفض در برخی از بخش هاي صنعت با اقدامات ثانویه مانند به کارگیري مبدل هاي کاتالیزوري در خودروها با استانداردها منطبق می گردیددر صنعت فرایند گرمایی، توسعه و به کارگیري

اقدامات اولیه مانند مرحله بندي مورد توجه قرار گرفت. در شکل (۳) نمایی از یک مشعل سرعت بالاي داراي سامانه مرحله بندي هوا نشان داده شده است. بهره گیري از این فنون کاهش ضفض تا حد استاندارد در فرایندهایی تا دماي ش ۱۲۰۰ ° و

ضریب نسبی پیش گرمایش ۰,۶ (ش (۷۰۰ ° قابل دست یابی ساخت.گرچه دست یافتن به حدهاي بالاتر و هم چنین به کار گیري دماهاي پیش گرم بالاتر امکان پذیر نبود.