کوره های صنعتی(2)

طبقه بندی کوره ها بر اساس نوع سوخت

در کوره هایی که با احتراق سوخت گرم می شوند، طبیعت سوخت مصرفی ممکن است تا حدودی طراحی کوره را تغییر دهد اما این مسئله با طراحی و ساخت کوره ها و مشعل های صنعتی مدرن به عنوان یک مشکل بزرگ تلقی نمی گردد مگر آنکه از سوخت های جامد مورد استفاده قرار گیرد. مبناهای تشابه برای طبقه بندی، کوره های هوایی( air furnaces)، کوره های اکسیژنی( oxygen furnaces) و کوره های اتمسفری( atmosphere furnaces) است. مبناهای وابسته برای طبقه بندی ممکن است وضعیت محفظه ی شروع احتراق و یا این باشد که آیا محصولات حاصل از احتراق با مواد اولیه تماس دارند یا نه!
کوره های الکتریکی( electric furnaces) برای حرارت دهی در فرایند های صنعتی ممکن است از طریق ایجاد مقاومت و یا القا حرارت تولید کنند. از لحاظ تئوری اگر هیچ گاز و یا هوای خروجی وجود نداشته باشد، حرارت دهی الکتریکی هیچ تولید گازی ندارد اما استفاده کنندگان باید بدانند که هزینه ی بالاتر الکتریسیته نسبت به سوخت بدین علت است که تولید گازهای خروجی حاصل از احتراق در نیروگاه برق انجام شده است.
حرارت دهی مقاومتی معمولا مصرف برق بالاتری دارد و ممکن است نیازمند فن هایی باشد تا بوسیله ی آنها دما در داخل کوره یکنواخت گردد. در صورتی که از کوره هایی استفاده کنیم که سوخت مصرف می کنند دیگر نیازی به این فن ها نیست و محصولات احتراق دمای کوره را یکنواخت می کنند. استفاده از رکتیفایرهای سیلیکونی می تواند در هنگام حرارت دهی مقاومتی میزان مصرف را کاهش دهد. مواد مختلفی به عنوان مقاومت در کوره های الکتریکی مصرف می شوند. بیشتر آنها از جنس آلیاژ کروم-نیکل است که به صورت سیم یا نوارهای نورد شده و یا به صورت اشکال زیک زاکی ( برای انتقال بهتر حرارت) استفاده می شوند. سایر مواد مورد استفاده در مقاومت ها عبارتند از: شیشه ی ذوب شده، کربن گرانولی، کربن جامد، گرافیت و یا سیلیکون کاربید( میله های ملتهب که از آنها بیشتر در گرمایش تابشی مصرف می شود). این مسئله برخی اوقات امکان پذیر است که از بار شارژ شده به کوره به عنوان مقاومت استفاده کرد.
در حرارت دهی القایی جریانی از داخل یک پیچه عبور می کند. این پیچه دور قطعه ای قرار دارد که می خواهیم آن را گرم کنیم. فرکانس جریان مورد استفاده به جرم قطعه ای که می خواهیم آن را حرارت دهیم بستگی دارد. پیچه ی القا ( و یا سری های القا برای قطعات بار مختلف) باید بوسیله ی آب خنک سازی شوند تا از بالارفتن بیش از حد دمایشان جلوگیری شود.اگرچه حرارت دهی القایی معمولا الکتریسیته ی کمتری نسبت به حرارت دهی مقاومتی استفاده می کند، مقداری از آن منفعت ممکن است به دلیل هزینه ی خنک سازی با آب و هزینه های فاضلاب کشی از بین برود.
حرارت دهی القایی می تواند به آسانی برای حرارت دهی نقاط مشخصی از هر قطعه و روش های تولید جرمی( mass-production methods) استفاده شود. در کاربردهای مشابه که در زمینه ی تکنیک های مدرن تولید است، حرارت دهی سریع با استفاده از مشعل های گازی انجام می شود که با استفاده ازاین روش ها می توان دندانه های چرخ دنده ها را با موفقیت سخت کرد و فنرهای تخت وسایل را گرم کرد.
اخیرا توسعه های بسیاری در زمینه ی روش های حرارت دهی الکتریکی و الکترونیکی انجام شده است که این روش ها راه هایی را برای حرارت دهی صنعتی با استفاده از قوس پلاسما، لیزرها، فرکانس های رادیویی، میکرو ویو و حرارت دهی الکترومغناطیس و ترکیبی از این روش ها با احتراق سوخت پیشنهاد کرده اند.

طبقه بندی کوره ها بر اساس گردش هوا

برای کوره ها، خشک کن ها، آون های دما پایین و متوسط که در زیر دمای c° 760 (F 1400) کار می کنند، یک کوره ی یا آون با گردش هوا ی داخلی یکنواختی دمایی بهتری را در کوره ایجاد می کند و مصرف سوخت کمتری هم دارند. گردش هوا می تواند بوسیله ی فن، تعبیه ی کانال، فن های درپوشی سقفی( ceiling plug fans) و یا مشعل های جتی( jet momentum of burners) انجام شود.

طبقه بندی کوره ها بر اساس آتش مستقیم و غیر مستقیم

اگر شعله به طور مستقیم در محفظه ی مواد باشد و یا محصولات حاصل از احتراق بر بالای سطح مواد حرکت کنند، به این کوره کوره ی با آتش مستقیم می گویند.در بسیاری از کوره ها، خشک کن ها و آون هایی که در بخش های قبلی این مقاله دیدید، بار با تماس مستقیم با محصولات احتراق گرم نمی شد.
کوره های با آتش غیر مستقیم برای حرارت دهی مواد و محصولاتی است که کیفیت محصول نهایی در صورت تماس مستقیم شعله با این محصولات در معرض خطر باشد. در چنین مواردی مواد و یا بار ممکن به دو شکل حرارت دهی شوند:
1) مواد و یا بار در یک مافل ( muffle( یک ظرف رسانا)) حرارت دهی شوند به گونه ای که بیرون ظرف رسانا بوسیله ی تماس محصولات حاصل از احتراق مشعل ها گرم شود.
2) مواد و یا بار بوسیله ی تیوب های تشعشعی( radiant tubes) و بدون استفاده از مشعل و محصولات حاصل از احتراق حرارت دهی شوند.

مافل ها
قاعده ی کلی کوره های مافلی در شکل 1 نشان داده شده است. یک کوره ی کتری و یا یک کوره ی بوته ای ( شکل 2) انواعی از کوره های مافلی هستند که در آنها محصولات احتراق به طور مستقیم با بار در تماس نیستند.

یک آرایش مافلی مضاعف در شکل 3 نشان داده شده است. دراین کوره نه تنها بار در یک مافل قرار می گیرد بلکه محصولات حاصل از احتراق نیز داخل مافل هایی محبوس می شوند که به آنها تیوب های پخش کننده ی حرارتی( radiant tubes) می گویند. این استفاده از تیوب های پخش کننده ی حرارتی برای محافظت پوسته ی داخلی از گرم شدن نا متقارن است و جایگزین سیستم های حرارتی مشعل های نوع E و H هستند که برای حرارت دهی پوسته ی مافل از آنها استفاده می شود. نتیجه ی استفاده از این نوع سیستم صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش زمان لازم جهت حرارت دهی است.

تیوب های تشعشعی

برای بارهایی که حرارت دهی آنها نیازمند استفاده از اتمسفر های خاص برای جلوگیری از اکسیداسیون، دکربوره شدن بار و یا سایر دلایل است، کوره های مدرن با آتش غیر مستقیم به گونه ای ساخته می شوند که پیرامون آنها را یک لایه ی خارجی فراگرفته است. این لایه به گونه ای است که گاز از آن به سختی عبور می کند از این رو کل کوره را می توان با اتمسفر مناسب پر کرد. در این کوره ها حرارت دهی بوسیله ی تیوب های تشعشعی و یا مقاومت های الکتریکی انجام می شود.

طبقه بندی بر اساس نوع سیستم بازیابی حرارتی

اکثر سیستم های بازیابی حرارتی کمک می کنند تا حرارت هدررفته در گازهای موجود در دودکش کوره را بازیابی و استفاده ی مجدد گردد. برخی از شکل های بازیابی حرارتی عبارتند از: بازیابی حرارتی هوا و پیش گرم کردن آن، پیش گرم کردن سوخت، پیش گرم کردن بار( ماده ی مورد نظر برای حرارت دهی- شکل 4)، بهبود بخشی( recuperative)، استفاده از ری ژنراتور( regenerative) و استفاده از بویلرهای حرارتی مخصوص گرمای تلف شده.
پیش گرم کردن هوای احتراق بوسیله ی بهبود بخش ها و یا ری ژنراتور انجام می شود. بهبود بخش ها تبادل گرهای حرارتی حالت پایا هستند که گرما را از گازهای داغ خروجی از دودکش کوره به هوای مورد نیاز برای احتراق انتقال می دهند. ری ژنراتور ها وسایل غیر پایایی هستند که بطور موقت حرارت را از گازهای خروجی کوره گرفته و در تعداد زیادی قطعه ی کوچک ( از جنس دیرگداز یا فلز) ذخیره می کنند( هر یک از این قطعات دارای ظرفیت جذب مشخصی هستند). سپس هوای سرد به داخل این بخش ها وارد شده تا پیش گرم شود. کوره های مجهز به این سیستم گاهی اوقات کوره های ری ژنراتوری یا کوره های دارای سیستم بهبود بخش نامیده می شوند.
کوره های ری ژنراتوری در گذشته بسیار بزرگ بوده اند و دارای ساختار دیرگداز هم در کوره و هم در ری ژنراتور بوده اند. کوره هایی که در سال های بعد نیز ساخته شد دارای ری ژنراتورهای بزرگتری در مقایسه با کوره بودند.به استثنای کوره های بزرگ ذوب شیشه، اکثر این نوع ری ژنراتورها امروزه با ساختارهای ری ژنراتور/ مشعل داخلی جایگزین شده اند که به صورت جفت استفاده می شوند.
منبع: Industrial furnaces/ W.Trinks, W.H.Mawhinney, R.A.Shannon, R.J.Reed, J.R.Garvey