مدیریت ضایعات در کوره های سیمان
پس از شوک نفتی سال 1973 کشورهای پیشرفته ی صنعتی مجبور شدند تا به مساله انرپی که نیروی محرکه صنعت و رفاه اجتماعی آنها بود به شکل جدی تری بنگرند.
شاید یکی از دلایل به وجود آمدن آژانس بین المللی انرژی د رسال 1974 به رهبری کشور آمریکا که به تنهایی یک چهارم کل انرژی مصرفی جهان را مصرف می کند نیز ناشی از این مساله باشد.
یکی از وظایف این آژانس تهیه و تدوین برنامه های ذخیره سازی انرژی برای کشورهای عضو بود که در چهار چوب موارد ذیل ارایه می شود.
1. کاهش شدت انرژی
2. جایگزینی سوخت مقرون به صرفه
کاهش انرژی بری محصولات مصرف کننده ی انرژی
در علم اقتصاد مشخص شده است که یک ارتباط مستقیم بین مصرف انرژی سرانه با تولید نا خالص سرانه و رشد اقتصادی و رفاه و استاندارد زندگی وجود دارد.
اولین گام از حرکت کمیته بهره وری انرژی به سوی بهینه سازی مصرف ،اجرای یک متولوژی سیستماتیکی تحت عنوان نطارت و هدف گذاری می باشد.که به کمک این فاز می توان به اهداف زیر رست یافت:
• بررسی میزان مصرف انرژی نسبت به گذشته
• اثرات فصول سال بر آن
• پیش بینی مصرف انرژی د رآینده با توجه به تغیرات حاصله
• شناسایی دقیق تلفات انرژی
• مقایسه با سایر صنایع مشابه
• برسی روند تغیرات در گذشته
• برنامه ریزی و هدف گذاری
یکی از مهمترین وظایف کمیته بهره ورداری انرژی،مقایسه توزیع مصرف انرؤی کارخانه با یک معیار استاندارد می باشد.
پس از رسیدن نسبی به این حد استاندارد مشخص شده است که بیشترین مصرف انرژی در واحدهای ریخته گری مربوط به عملیلت ذوب می باشد.در این مقاله سعی شده راهکارهایی برای بهینه سازی مصرف انرژی در واحد ذوب با کوره های القایی ارایه شود.
توزیع مقدار انرژی مصرفی در کارخانه خای تولید قطعات ریختگری چدن به صورت زیر است :
شامل 164 صفحه فایل word
مقدمه
کوره آفتابی وسیلهای است برای تولید گرما بوسیله تجمع و تمرکز نور خورشید در یک نقطه خاص و استفاده از حرارت آن نقطه برای تولید آب گرم و بخار آب گرم. کوره آفتابی به شکل بشقاب کاو (مقعر) و آینهای و صیقلی (که نورهای تابیده شده به طرف خود را بازتاب میکند) است. نورهای تابیده شده از بی نهایت دور موازی هستند، بنابراین همه آنها بعد از بازتابش نقطه خاصی به نام کانون میگذرند. برای ورود به بحث با چند اصطلاح آشنا میشویم.
1. مرکز آینه (C): نقطهای است که فاصله تمام نقاط سطح از آن نقطه ثابت است.
2. کانون (F): نصف فاصله سطح تا مرکز را کانون مینامند و فاصله و سطح بشقاب (رأس آینه) تا کانون فاصله کانونی (f) نامیده میشود.
3. محور اصلی: خطی فرضی که وسط (رأس) بشقاب را به مرکز وصل کرده و کانون روی آن نیز کانون اصلی نامیده میشود.
پرتو نورهای تابیده شده نسبت به محور اصلی در بازتاب تقارن آینهای دارند. پرتو نورهایی که موازی محور اصلی بتابد حتما بازتاب آنها از کانون میگذرد (کانون اصلی) ، پس در آن نقطه حرارت و گرما بسیار بالاتر از اطراف است. پس اگر منبع آب در آن نقطه قرار داده شود آب در اثر انرژی دریافتی از خورشید بسیار گرم خواهد شد و این اساس یک کوره آفتابی است.
نمونه کوچک و قدیمی کوره آفتابی ذرهبین است که از شیشه محدب یا حتی یخ تراشیده شفاف ساخته میشد. امروزه از اجسام آینهای با توجه به ویژگی ساختمانی گفته شده برای تولید آب گرم منازل در ابعاد محدود در پشت بامها و در ابعاد بزرگتر ساختمان بلند که نمای بیرونی آن به شکل کاو طراحی شده و در نمای جلویی آن از شیشههای رفلکس و آینهای برای بازتاب نور استفاده میشود، بطوری که بازتابها در یک نقطه در مقابل یعنی کانون جمع میشوند.
در کانون یک منبع آب قرار میدهند و با لوله کشیهایی به توربین تولید برق وصل میکنند، با توجه به ابعاد ساختمان انرژی گرمایی دریافتی فوق العاده بالاست و بخار آب تولید شده با جریان شدید در لولهها به توربین رسیده و باعث چرخش آن و تولید برق ارزان قیمت در چنین مجموعه نیروگاهی برق - آبی میگردد.
با توجه به پیشرفت صنعتی ، نیاز روز افزون به انرژی ، گرانی ، محدودیت منابع ، ناوگان حمل و نقل ، آلودگیهای زیست محیطی برخی منابع انرژی مثل سوختهای فسیلی ، پسماندها و ... . استفاده از انرژی خورشید به عنوان منبع سالم و تجدید پذیر انرژی در زمین راه کار مناسبی برای منازل در جهت کاهش هزینه و آلودگی و ... باشد، بویژه که برخی مناطق به دلیل صعب العبور بودن و هزینه انتقال و تلفات انرژی بالایی دارند.
برای افزایش بهرهوری در استفاده از بشقابها و نیروگاهها میتوان موارد زیر را در نظر گرفت. موقعیت جغرافیایی ، اقلیمی ، ویژگیهای آب و هوا با توجه به آفتابی بودن ، طول روز مسیر ظاهری حرکت خورشید در آسمان از طلوع تا غروب و با استفاده از منابع اطلاعاتی در این مورد میتوان اطلاعات لازم را بدست آورد.
استفاده از مواد مناسب و طراحی آنها در جهت افزایش نسبت بازتاب به نور تابشی و همچنین برنامه رایانهای و یک موتور برای چرخاندن دستگاه و مجموعه برای افزایش کارایی توصیه میشود، طوری که بشقاب و مجموعه همواره مسیر حرکت خورشید را تعقیب کرده و متناسب با آن بچرخد. در برنامه رایانهای استفاده از روش و نمودار رویدات و سلرز - مدار میل خورشید بر حسب عرض جغرافیایی ، انرژی رسیده به سطح و توان جذب و بازتاب سطح در منبع فوق سودمند است.
انرژی خورشیدی(1)
برای تبدیل حرارتی میتوان یا از جمع کنندههای تخت و یا از آینههای متمرکز کننده استفاده کرد. از نظر ترمودینامیکی از جمع کنندههای تخت ، دمای نسبتا کمتری گرفته میشود در صورتی که با آینههای سهموی دمای بالاتر و حتی در بعضی شرایط دمای بیشتر از تحمل مواد مورد استفاده بدست میآید. روش تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی یا تبدیل انرژی حرارتی به ترموالکتریکی توسط ماشین حرارتی خورشیدی که به مولد الکتریکی ترمو - یونی جفت شده ، انجام میپذیرید (هنوز در مرحله آزمایش است). با جریان هوای گرم که توسط انرژی خورشیدی تولید میشود، میتوان یک دستگاه ماشین بادی را بکار انداخت، ولی هنوز مثال عملی در این مورد وجود ندارد.
مولدهای ترموالکتریکی خورشیدی
یک مدار بسته متشکل از دو فلز هادی مختلف که توسط جوش به هم متصل میشود، میتواند محل یک جریان پیوستهای است، به شرط آنکه بین دو محل اتصال جوش ، اختلاف دما وجود داشته باشد. با استفاده از مواد نیم رسانا میتوان بازده تبدیل قابل ملاحظهای بدست آورد. یک مولد ترموالکتریکی از تعدادی کوپلها (جفتها) تشکیل شده که هر کدام از آنها از دو عنصر حرارتی تشکیل یافته است: یکی از نوع P و دیگری نوع N توسط پل فلزی که با منبع گرم در تماس است، به هم مربوطند. انتهای دیگر هر دو به یک مقاومت بسته شده و در دمای منبع سرد نگهداری میشوند.
منبع گرمای مورد استفاده میتواند یک شعله یا انرژی حرارتی یک سیال باشد که به انرژی خورشیدی نیز اندیشیدهاند. در این مورد میتوان از یک جمع کننده تخت را که شامل یک یا چند صفحه شیشهای جهت جلوگیری از اتلافهای حرارتی تهیه میشود، و یا یک آینه متمرکز کننده را نیز مورد استفاده قرار داد. بهتر است دمای منبع سرد نزدیک به دمای محیط باشد، یا حداقل از آن خیلی دور نباشد؛ مثلا از جریان آب استفاده کرد و برای تأسیسات بزرگ آب گرم بدست آمده برای مصارف خانگی پیشنهاد شده است.
توان ترموالکتریکی یک ترموکوپل با رابطه زیر معین میشود:
(e = E/(T2 - T1
که E نیروی الکتروموتوری ترموکوپل در مدار باز بر حسب ولت ، T1 و T2دماهای منبعهای سرد و گرم بر حسب درجه مطلق هستند. اگر n ترموکوپل با همان منبعهای گرم و سرد باشند، نیروی الکتروموتوری دستگاه مساوی با (ne(T2 - T1 است.
ترموکوپلهای تجارتی
ترموکوپلهای تجارتی معمولا توان ترموالکتریکی ضعیف و حدود 63 میکرو ولت بر درجه سانتیگراد هستند، به شرط آنکه اختلاف دما از 180 درجه سانتیگراد بیشتر نباشد. ترموکوپلی با یک آلیاژ مثبت متشکل از 35 درصد روی و 65 درصد آلومینیوم (شامل 2 درصد قلع ، 0.1 درصد نقره و 6 درصد بیسموت) و یک آلیاژ منفی 91 درصد بیسموت و 9 درصد آنتیموان توان ترموالکتریکی برای اختلاف دمای 80 درجه سانتیگراد به 280 میکرو ولت بر درجه سانتیگراد میرسد. متأسفانه به علت ذوب این آلیاژها در دمای 260 درجه سانتیگراد نمیتوان آن را برای دماهای بالا بکار برد.
برای اصلاح بازده باید موادی با توان ترموالکتریکی بالا را بکار برد و لازم است موادی که مورد استفاده قرار میگیرند قابلیت هدایت گرمایی (K) ضعیف و مقاومت مخصوص (r) کمتری داشته باشند. تا به حال بازده 10 درصد با موادی که در اختیار دارند، برای دمای 500 درجه منبع گرم و 20 درجه منبع سرد بدست آمده است و با تکنیک خاصی بازده را به 12 درصد نیز بالا بردهاند. اولین نمونه مولدهایی با جمع کننده تخت با یک یا دو صفحه شیشهای و بدون متمرکز کردن تشعشع خورشیدی بوده است. بازده حاصل از این نوع تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی حدود 0.5 درصد با جمع کنندههای تخت بوده است. ترموکوپلهایی با نیمه هادیها تهیه شده و توان ترموالکتریکی آنها بیشتر بوده است.
تولید انرژی از خورشید
چگونه میتوانیم از گرمای خورشید برای تولید انرژی استفاده کنیم. آیا از نور خورشید نیز میتوان انرژی بدست آورد. برای اینکار از باتری خورشیدی استفاده میشود که نور خورشید را میگیرد و برق تولید میکند. باتریهای خورشیدی از مادهای بنام سیلیسیوم ساخته میشود. هر باتری خورشیدی برق بسیار ناچیزی تولید میکند. برای همین معمولا باید از تعداد زیادی باتری کنار هم استفاده شود تا مقدار برقی که بدست میآید، مفید و مناسب باشد.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 13 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
تعداد صفحات : 150 فرمت : word
فصل اول
احتراق:
احتراق عبارت است از ترکیب شیمیایی سریع اما کنترل شده مواد سوختی با اکسیژن (هوا).که با تولید حرارت و نور زیاد همراه است . و یا به عبارتی واکنش شیمیایی ترکیب سوخت و هوا را احتراق می نامند. و عواملی از قبیل فشار، درجه حرارت و میزان اختلاط هوا و سوخت به شدت بر عمل احتراق تاثیر می گذارند.
طراحی کوره بر اساس ترکیب کامل سوخت با هوا یا اکسیژن بوده که محصولاتی از قبیل co2 و بخار آب در اثر فرایند احتراق تولید می گردد. فرایند احتراق عبارت است از تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی حرارتی.
انفجار و سوختن نیز از همین نوع واکنشها هستند ولی سرعت واکنش در آنها با یکدیگر بسیار متفاوت است. واژه اکسیداسیون به معنای واکنش شیمیایی آرام اکسیژن با مواد سوختی است که بدون تولید نور و حرارت سریع است. هر چند کل حرارت تولید شده ممکن است قابل توجه باشد اما چون سرعت واکنش بسیار پایین است واژه احتراق در مورد آنها صادق نیست. انواع احتراق عبارت است از:
1-احتراق لحظه ای
2-احتراق ایده آل
3-احتراق کامل
4-احتراق ناقص
5-احتراق عادی
6-احتراق انفجاری
1- احتراق لحظه ای:زمانی که گرمای تولید شده در اثر اکسیداسیون مواد اکسید شونده به محیط منتقل نشود، دمای اکسید شونده به تدریج بالا رفته تا به دمای اشتعال می رسد و ماده به همراه تولید شعله می سوزد. این پدیده را احتراق لحظه ای گویند.
2- احتراق ایده آل: عبارت است از سوزاندن کامل سوخت با مقدار هوای نظری لازم (THEORETICAL ). مقدار هوای نظری، (حداقل) مقدار اکسیژن لازم جهت واکنش کامل مواد سوختنی است.
3- احتراق کامل: عبارت است از سوزاندن کلیه موادتشکیل دهنده سوخت وتبدیل آنها به دی اکسیدکربن وآب درمجاورت اکسیژن کافی.
4-احتراق ناقص: احتراق ناقص یا جزیی زمانی روی می دهدکه محصولات احتراق علاوه بردی اکسیدکربن وآب دارای مونوکسیدکربن. هیدروژن ویا آلدئیدهاباشند. این پدیده دراثر فقدان اکسیژن کافی ویاسردبودن محیط به وجود می آید.
5- احتراق عادی: عبارت است از سوزاندن سوخت بدون تغییرسریع وزیادفشاردرسطح احتراق.
6-احتراق انفجاری: انتشارسریع شوک فشاری ناشی از احتراق درمحیط سوخت گازی.
سوخت:
سوخت عبارت است از ماده ای که با واکنش سریع با اکسیژن، تولید حرارت زیادمی کند. سوخت غالبا ازکربن وهیدروژن تشکیل شده است و به سه صورت جامد (چوب، ذغال سنگ،000) مایع (مواد و برشهای نفتی، یامایعات حاصل از ذغال سنگ،000) وگاز (گازطبیعی، گازسوخت پالایشگاهها و دیگرصنایع نفتی ،000) وجود دارد.
درموقع احتراق. گازهای تولیدشده ایجادحرارت ونورمی کندکه به شعله موسوم است. تمام سوخت ها به جز کربن. برای سوختن اول بایستی به شکل بخار یا گاز درآیند هرسوخت در دمای مناسبی قابل احتراق است که آن راAuto Ignition Temperature می نامند. دراین دما، سوخت در مجاورت اکسیژن و بدون عوامل خارجی دیگر مثل جرقه یا شعله ایجاد احتراق پایداری خواهد داشت.
Fire Point دمائی است کمتراز Auto Ignition Temperature که در آن به قدر کافی بخار سوخت تولیدمی شود تا در مجاورت اکسیژن(هوا) و به کمک عامل خارجی مثل جرقه یا شعله ایجاد احتراق پایداری بنماید.
Flash Point دمائیست کمتراز Fire Point که درآن مقداربخارحاصل از سوخت فقط برای ایجاد شعله ناگهانی و ضعیفی. آن هم در مجاورجرقه یا شعله و بدون پایداری، کفایت خواهدکرد.
برای ایمنی درنگهداری وحمل و نقل مواد نفتی لازمست که دمای آنها ازFlash Point حداقل F º 10-20 کمترباشد. بنابراین دانستن این دما برای هر ماده نفتی اهمیت زیادی دارد.
سوخت های مورداستفاده درپالایشگاهها:
درپالایشگاه این سوخت ها به کار می رود: سوخت گاز (Fuel Gas) ،گازطبیعی (Natural Gas ) و نفت کوره (Fuel Oil) .
درکوره واحد تقطیراتمسفریک به عنوان یکی از سوختهای مصرفی. گازهای غیر قابل میعان برج در خلاء (Noncondensible Gas) مورداستفاده قرارمی گیرد.
دردیگهای بخار(Utility) ازبنزین واحد کاهش گرانروی به عنوان سوخت سوم استفاده می شود (که به علت داشتن گرانروی وترکیبات غیراشباع برای موتورهای بنزینی مناسب نیست).
خواص مهم سوختها:
1- ارزش حرارتی: مقدار حرارتی که به ازای احتراق واحد سوخت حاصل می شود را ارزش حرارتی آن می نامند. این واحد می تواند بر حسب وزن یا حجم باشد. درصد عناصرکربن وهیدروژن در سوختهای گوناگون متفاوت است. درسوختهای سبک پالایشگاه مثل سوختهای گازی( Fuel Gas )یا گاز طبیعی(Natural Gas ) درصد هیدروژن بیشتر و در سوختهای سنگین ترمثل نفت کوره کمتر است. هر چه درصد هیدروژن بیشتر باشد معمولاْ وزن مخصوص سوخت هم کمترخواهد بود. بنابراین ارزش حرارتی سوختهاهم متفاوت می شوند.
به بیان روشنتر ارزش حرارتی وزنی سوختهای سبک(یعنی با وزن مخصوص کم) بیشتراز سوختهای سنگین خواهد شد. به عکس ارزش حرارتی حجمی سوختهای سنگین بیشترازسوختهای سبک می باشد.
به عنوان مثال:
Btu/lb Btu/ft³ 2388522323
21498
21136
20926
18600
17900
9091769
2517
3262
4009
928512
1116960
CH4 C2H6 C3H8 C4H10C5H12
نفت سفید
نفت کوره
اگر یک پوند سوخت به دمای ºF 60محترق شده ومحصولات احتراق نیزتاºF 60 سردگردند، گرمای حاصله را ارزش حرارتی خالص(NHV) یا ارزش حرارتی پائینی(LHV) می نامند. هرگاه بخارآب موجود در گازهای احتراق را در60 ºF تبدیل به آب نمائیم گرمای حاصله را ارزش حرارتی ناخالص(GHV)یا ارزش حرارتی بالایی(HHV) می گویند. اختلاف میان این مقادیر، گرمای میعان آب یعنی kj/kg 2464/8 درºF 60 می باشد. ارزش حرارتی سوخت را می توان توسط یک کالریمتربه طور دقیق اندازه گیری نمود.
2- چگالی نسبی: نسبت جرم مخصوص سوخت نفتی به جرم مخصوص آب دردمای F º 60 را چگالی نسبی می نامند.
درصنعت نفت به جای چگالی ازدرجه API استفاده می شودکه رابطه آن با چگالی به صورت زیراست:
3- گرانروی: گرانروی یاویسکوزیته سوختهای نفتی معیارمقاومت داخلی سیال درمقابل جریان است. این مقاومت ناشی از اصطکاک بین مولکولهایی است که برروی یکدیگرمی لغزند. واحد ویسکوزیته پویز و سانتی پویزمی باشد. پویز نیروی لازم برحسب دین جهت حرکت صفحه ای به سطح یک سانتیمتر مربع در فاصله یک سانتیمترباسرعت cm/sec1 می باشد.
4- فراریت: سوختهای نفتی ازتعداد بی شماری هیدروکربن با نقاط جوش متفاوت تشکیل شده اند. بنابراین اگر چنین سوختهایی را حرارت دهیم مشاهده می شود که همه سوخت به حالت مایع ، دریک دمای معین به بخار تبدیل نمی گردد، بلکه درصد کمی از سوخت در دمای پایین تبخیرشده، برای تداوم عمل تبخیرباید دما را افزایش داد. درتقطیر سوخت، (شکل دستگاه تقطیر ASTMرانمایش می دهد). هنگامی که اولین قطره مایع ظاهرمی گردد، دمای مربوطه رادمای جوش اولیه Initial Boiling Point(IBP) می نامند. وقتی سوخت کاملا تبخیرشود به دمای مربوطه دمای جوش نهایی Final Boiling Point یا نقطه شبنم اطلاق می گردد.
فهرست مطالب
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول احتراق
احتراق
سوخت
خواص مهم سوختها
سوختهای گازی
فصل دوم کوره ها
کوره
تاریخچه کوره های اولیه
تکامل کوره های جدید
تنوع طراحی وساخت
کوره با لوله های افقی
مفهوم مکش
موارد مهم در انتخاب کوره ها
انواع پوششهای بازتابنده
جنس لوله ها
مشعل
انواع مشعل ها
راه اندازی مشعل نفت کوره
خاموش کردن مشعلها
هواکش های مشعلها
سیستمهای توزیع سوخت
هوای اضافی و اثرات آن در مصرف سوخت
دودکش ها
برشهای فشاری در کوره ها
انتقال حرارت در کوره ها
کنترل عملیات کوره
فاکتورهای مؤثر بر بازده کوره
شرح کلی سیستم کنترلی کوره
فصل سوم طراحی کوره ها
روشهای مختلف طراحی کوره ها
روش کوره طویل
روش محفظه احتراق کاملاْ یکنواخت
طراحی به روش" لوبر" و" اونس"
طراحی بخش تابشی به روش لوبو و اونس
محاسبه بار حرارتی بخش تابشی به روش منطقه ای
پارامترهای موثر در طراحی کوره ها
تعیین افت فشار در لوله ها
تعیین حداقل ضخامت جداره لوله
بررسی آلایندگی زیست محیطی کوره ها