فعل و انفعالات انجام گرفته در کوره شیشه فلوت (بخش دوم)

سیستم شارژ مواد اولیه (Filling System)

همان­طور که می‌­دانید یکی از موارد مهم برای داشتن ذوب موفق، شارژ مناسب مواد اولیه به داخل کوره می‌­باشد. شارژ مناسب مواد اولیه نیز مستلزم داشتن فیدر­های با کیفیت وطراحی خوب و مناسب می‌­باشد.

موارد ضروری در رابطه با یک سیستم شارژ مواد اولیه که بایستی در نظر گرفته شوند، عبارتند از:

1- دارای مخزن بزرگ مواد اولیه باشد تا بتواند مواد اولیه مورد نیاز کوره را برای چندین ساعت کار تأمین کند و در نتیجه شارژ مداوم کوره همیشه تأمین باشد. همان­طور که می‌­دانید شارژ مداوم کوره موجب ثبات و پایداری شرایط عملکردی کوره می‌شود.

2- طراحی آن به نحوی باشد که حداقل دخالت متصدی و تعمیر و نگهداری، نیاز داشته باشد.

3. در صورت بروز مشکل، تعویض و جایگزینی آن به راحتی انجام شود.

4. توانایی و آمادگی لازم برای شارژ ضروری را داشته باشد.

5. توانایی کار با انواع بارها، نسبت بچ به خرده شیشه و همچنین بچ با درصد رطوبت مختلف را داشته باشد.

6. با سطح‌سنج تعبیه شده در کوره در یک لوپ کنترلی قرار داشته باشد، تا بتواند در صورت تغییر در سطح مذاب، تغییرات لازم در شارژ مواد اولیه را اعمال کند و در نتیجه به کنترل استهلاک ماده نسوز، طول بلنکت و کیفیت محصول کمک کند.

7. حرکت رفت و برگشتی فیدر و سرعت آن به نحوی باشد که باعث توزیع مناسب مواد بر روی سطح مذاب شود.

8. ورود مداوم بچی که با خرده شیشه به خوبی مخلوط شده باشد یکی از موارد ضروری برای ذوب مناسب می‌­باشد.

9. سیستم‌های شارژ بیلچه‌ای که دارای حرکت متناوب هستند، متداول­ترین سیستم تغذیه می‌­باشد.

یکی از ویژگی­های مهم سیستم­های شارژ مناسب، پروفایل توزیع خوب بچ می­باشد. این امر میزان جذب حرارت را به حداکثر رسانده و بنابراین بلانکت را کوتاه کرده، پتانسیل بار کوره را افزایش داده و راندمان حرارتی را بهبود می­بخشد. مکانیسم انتقال حرارت در کوره، تشعشع می­باشد، بنابراین میزان جذب حرارت، تابعی از سطحی است که در معرض تشعشع قرار گرفته است. پس هرچه مواد توزیع بهتری داشته و سطح بیشتری از حوضچه را پوشش دهند، ذوب بهتری خواهیم داشت.

پروفایل توزیع بچ با رعایت موارد زیر به بهترین کیفیت می­رسد.

1- تنظیم صحیح سیستم شارژ

2- دمای بالای منطقه شارژ

3- تغذیه مواد به صورت یک لایه نازک و عدم انباشته کردن مواد در مرکز

4- تقویت الکتریکی منطقه شارژ به خصوص زمان تولید شیشه رنگی

5- بهینه کردن رطوبت آزاد بچ

6- دما در مخزن مواد اولیه را حدود 45 درجه سانتیگراد حفظ کنید.

7- متوسط رطوبت مواد اولیه 7/3 تا 2/4% نگه دارید.

همان طور که در موارد بالا نیز اشاره شد، تنظیم صحیح سیستم شارژ باعث بوجود آمدن پروفایل مناسب توزیع مواد اولیه می­شود. برای این­که درک درستی از تنظیم صحیح سیستم شارژ داشته باشیم، لازم است موارد زیر را در نظر بگیریم­:

– طول رفت و برگشت فیدر بین 200 تا 250 میلی­متر باشد.

– فاصله محل ریزش مواد تا سطح مذاب شیشه بین 0 تا 10 میلی­متر باشد.

– فاصله محل ریزش مواد اولیه تا آجرهای نسوز پشت آن بین 50 تا 100 میلی­متر باشد.

– فاصله بیلچه تا بلوک­های نسوز کناری 300 میلی­متر تنظیم شود.

سیستم اتوماتیک ثابت نگه داشتن سطح شیشه مذاب، از طریق کنترل سرعت فیدر نیز یکی از عناصر ضروری سیستم شارژ می­باشد. سطح شیشه مذاب نباید بیش از ±0.15 mm تغییر کند، در نتیجه سرعت فیدر نیز نباید بیش از ±15% و ترجیحاً بیشتر از ±10% تغییر کند.

زمان چرخه­های بیلچه فیدر باید طوری تنظیم شود که یک چرخه کامل در ماکزیمم ظرفیت کوره، بین 40 تا 80 ثانیه، طول بکشد. دریچه­های فیدر باید طوری تنظیم شوند که این چرخه زمانی را حفظ کنند.

سیستم احتراق

برای تبدیل مواد اولیه به مذاب باید انرژی به اندازه کافی مهیا شود. معمولاً  در کوره­های با ظرفیت بالا از سوخت گازی و یا سوخت­های نفتی مانند گازوئیل برای احتراق و تأمین گرمای مورد نیاز استفاده می­کنند. واکنش سریع میان هیدروکربن­های  سوخت و اکسیژن، منجر به آزادسازی انرژی گرمایی می­شود که برای ذوب مواد اولیه استفاده می­شود. همچنین در اثر احتراق، منوکسید کربن، اکسید نیتروژن، دی اکسید کربن و آب تولید می­شود. در بیشتر کوره­ها هوای اتمسفری به عنوان عامل اکسنده مورد استفاده قرار می­گیرد. همان­طور که می­دانید برای احتراق به اکسیژن نیاز است، بنابراین 21% هوای مورد استفاده برای احتراق مفید بوده و مابقی آن که اکثراً گاز نیتروژن می­باشد در اتمسفر کوره وارد می­شود. ترکیب ناقص هوا و سوخت در کوره منجر به تشکیل دوده و منوکسیدکربن خواهد شد و تشکیل این مواد بدین معنی است که، برای احتراق کامل به هوای اضافی نیاز است. میزان هوای اضافی می­تواند بر عملکرد حرارتی تأثیر زیادی بگذارد. با توجه به مطالب گفته شده، اهمیت اندازه­گیری دقیق مقدار سوخت مصرفی و همچنین مقدار هوای مورد نیاز جهت احتراق، به خوبی مشخص خواهد شد و این کار توسط فلومترهای تعبیه شده در مسیر سوخت و همچنین هوای مصرفی کنترل می­شود.

پروفایل سوخت به عوامل زیر بستگی خواهد داشت­:

1- طراحی کوره، یعنی نوع ریژنراتور و اندازه پورت

2- میزان اشتعال بر روی بلانکت، فلاکس و یا شیشه شفاف

3- نسبت بار به خرده شیشه

4- نوع شیشه تولیدی(ساده یا رنگی)

توجه به این نکته ضروری است که، هرچه درصد خرده شیشه مصرفی در بچ افزایش یابد، به میزان انرژی کمتری جهت ذوب مخلوط بچ نیاز خواهیم داشت. زیرا واکنش­های لازم جهت تبدیل مواد اولیه به شیشه قبلاً بر روی خرده شیشه انجام شده، و در نتیجه به انرژی کمتری برای تبدیل آن به مذاب نیاز است.

برای رسیدن به کیفیت مطلوب، که بازده گرمایی و عمر کوره را نیز به حداکثر می­رساند، دمای کوره باید تا جایی که امکان دارد پایین باشد.

مشعل­های مورد استفاده جهت احتراق سوخت، بسته به نوع سوخت مصرفی به دو دسته گازی و گازوئیلی تقسیم­بندی می­شود.

اتلافات حرارتی ثابت، در تمام بارهای ورودی کوره، ثابت هستند. انرژی تئوریکی مورد نیاز برای تولید یک تن شیشه از بچ تقریباً برابر با 21 th/t می­باشد. اگر انرژی تولید شده در مشعل­های گازی را برابر با 1.8 واحد در نظر بگیریم، تقریباً 0.8 واحد آن از طریق اتلافات حرارتی از دست رفته و تنها 1 واحد برای تولید شیشه مصرف می­شود، بنابراین با در نظر گرفتن این مقدار اتلاف حرارتی و همچنین مقدار انرژی تئوری مورد نیاز برای تولید شیشه، می­توان مقدار انرژی واقعی برای تولید هر تن شیشه را برابر با 38-40 th/t در نظر گرفت.  

مشعل­های گازی

در رابطه با مشعل­های گازی توجه به موارد زیر ضروری می­باشد.

– افزایش سرعت (کاهش اندازه نازل)، طول شعله را کاهش خواهد داد و برعکس.

– هنگامی که تفاوت بین سرعت جریان گاز و جریان هوا افزایش می­یابد، میزان مخلوط شدن نیز افزایش می­یابد.

– هنگامی که گاز از نوک مشعل خارج می­شود تا حد زیادی شتاب خود را از دست می­دهد که به وسیله شتاب هوای احتراق و مکش سیستم ریژنراتور در سرتاسر کوره به حرکت در می­آید.

– طول شعله به وسیله محل قرار گرفتن مشعل و میزان هوای احتراق کنترل می­شود.

– در سرعت­های بالا، نور شعله­ها کمتر و سطح NOx بالاتر می­باشد.

– انتخاب نازل­ها باید به­گونه­ای باشد تا سرعتی بین 90-75 متر بر ثانیه ارائه کنند.

– محدودیت طول آشکار شعله در محل احتراق گاز، 3/2 عرض کوره است.

– درزبندی خوب مشعل­های گازی برای افزایش راندمان حرارتی، به حداقل رسانیدن تولید NOx و همچنین چرخه آجر حرارتی، مورد نیاز می­باشد.

یکی از نکات بسیار مهم توجه به این نکته می­باشد، که زاویه شعله، طول شعله و مقدار هوای اضافی مصرفی برای مشعل­ها در پورت­های مختلف فرق می­کند.

مشعل­های سوخت نفتی

در رابطه با استفاده از سوخت نفتی(سوخت مایع) توجه به نکات زیر ضروری می­باشد.

– در این نوع سیستم­ها، طول شعله تابعی از سرعت سوخت، مقدار هوای اتمایز و مقدار هوای مورد نیاز برای احتراق می­باشد.

– هنگامی که از سوخت­های مایعی نظیر گازوئیل استفاده می­کنیم، از هوای اتمایز برای اسپری کردن سوخت استفاده می­کنیم. هوای اتمایز سوخت مایع را به شکل قطرات ریزی تبدیل می­کند که باعث احتراق بهتر آن می­شود. در واقع با اتمیزه کردن سوخت وتبدیل آن به قطرات ریز، سطح کافی برای انجام واکنش بین سوخت و اکسیدان، در مدت زمان در نظر گرفته شده برای احتراق، فراهم می­شود و به تکمیل احتراق کمک می­کند.

– ویسکوزیته سوخت یکی از ویژگی­های مهم است که برای احتراق موفقیت­آمیز و مؤثر گازوئیل باید آن را کنترل کرد. در صورتی که ویسکوزیته سوخت مایع نظیر گازوئیل زیاد باشد، نمی­توان با استفاده از هوای فشرده با فشار ثابت، سوخت را به خوبی اتمیزه نمود و در نتیجه احتراق موفقیت­آمیزی نخواهیم داشت. در صورتی که ویسکوزیته سوخت بالا باشد، یا باید سوخت را تا دمای مشخصی گرم کرد تا ویسکوزیته آن کاهش یابد و در نتیجه بتوان با هوای فشرده فشار ثابت، آن را اتمایز کرد و یا اینکه باید فشار هوای اتمایز را افزایش داد، که البته راهکار اول منطقی­تر به نظر می­رسد.

توجه به این نکته ضروری است که، دربعضی کارخانه‌ها از گازوئیل به عنوان سوخت پشتیبان برای زمان قطعی گاز طبیعی، که سوخت اصلی کوره است، استفاده می‌شود. با توجه به این­که احتمال قطعی گاز در فصل زمستان بیشتر می­باشد و با توجه به سردی هوا، احتمالاً ویسکوزیته گازوئیل در زمستان افزایش یافته و در نتیجه برای اتمیزه کردن آن با مشکل روبه­رو خواهیم بود. برای رفع این مشکل می­توان با قرار دادن هیتر­هایی در مسیر گازوئیل قبل از مصرف، دمای آن را به حد استاندارد رسانده و ویسکوزیته آن را کاهش دهیم.

– در زمان ریورسال که به مدت 20 دقیقه طول می­کشد، سوخت نفتی در مشعل خنک شده با آب قرار می­گیرد و دمای آن تا دمای آب خنک کننده پایین می­آید. برای برخی فرآورده­های نفتی سنگین، ویسکوزیته می­تواند تا سطحی کاهش یابد که سوخت خنک شده، به طور مؤثری مشعل را دزربندی کند و از جریان سوخت در شروع چرخه اشتعال جلوگیری می­شود. در این شرایط از مشعل­های خاص یا تمیزکننده­های نفت سبک استفاده می­شود تا این مشکل برطرف شود.   

آلودگی­های ناشی از احتراق

آلودگی­های ناشی از احتراق شامل تولید گازهای منوکسید کربن، اکسیدهای نیتروژن، اکسیدهای سولفور و همچنین دوده و HF و HCl می­شود.

احتراق ناقص باعث تولید دوده و گاز منوکسید کربن خواهد شد، بنابراین برای کاهش مقدار این آلودگی­ها باید در محاسبه میزان هوای لازم برای احتراق و همچنین مقدار هوای اضافی دقت کافی داشت. تا از انجام احتراق به صورت کامل اطمینان حاصل کرد.

شکل­گیری اکسیدهای نیتروژن (NOx)، متناسب با اکسیژن اتمسفر کوره و دمای شعله می­باشد. برای به حداقل رساندن تولید NOx می­توان راهکارهای زیر را پیشنهاد کرد.

1- تا جایی که امکان دارد دمای سقف را پایین نگه داشت.

2- هوای اضافی را به حداقل رساند.

3- کاهش نقطه بیشینه دما

4- از نازل­های بلندتر مشعل استفاده کرد.

5- اشتعال را مرحله­ای انجام داد.

 برای به حداقل رساندن میزان SOx باید، مقدار SO₃ بچ را حداقل کرده و دمای سقف را در حداقل مقدار ممکن نگه داشت و

HCl و HF نیز با حداقل کردن و کنترل ناخالصی­های مواد اولیه، کاهش می­یابند.

ریژنراتور

ریژنراتورها محفظه­هایی در اطراف کوره هستند که بسته به ظرفیت کوره دارای چند جفت پورت می­باشند. در هر پورت، بسته به نظر طراح وظرفیت کوره تعدادی مشعل قرار می­گیرد. مشعل­ها گرمای مورد نیاز برای ذوب مواد اولیه را از طریق احتراق سوخت مورد نظر فراهم می­کنند. طول ریژنراتورها معمولاً نزدیک به طول منطقه ذوب کوره است، به عبارت دیگر ریژنراتورها کل منطقه ذوب را پوشش می­دهند و این به دلیل قرار گرفتن مشعل­ها در پورت­ها می­باشد.

برای طراحی ریژنراتورها معمولاً از فاکتور تجربی CVMA استفاده می­کنند که در واقع نشان­دهنده حجم چکر به مساحت ناحیه ذوب می­باشد. معمولاً بر حسب واحد ft³/ft² بیان می­شود و در یک طراحی خوب، این فاکتور بین 8 تا 10 در نظر گرفته می­شود. از آنجایی که طول ریژنراتور برابر با طول منطقه ذوب در نظر گرفته می­شود، تنها متغیرهای باقیمانده عرض و عمق چکرها می­باشد. تجربه و همچنین مدل­سازی های مربوطه نشان می­دهد که، ریژنراتورهای باریک و بلند از نظر بازدهی حرارتی بسیار مناسب­تر از ریژنراتورهای کوتاه وعریض هستند.

نقش ریژنراتورها درواقع گرفتن حرارت از گاز­های حاصل از احتراق و پیش­گرم کردن هوای مورد نیاز برای احتراق است.

همان­طور که می­دانیم، سیستم ریورسال احتراق کوره هر 20 دقیقه یکبار به صورت معکوس عمل می­کند. به این صورت که بعد از گذشت 20 دقیقه مشعل های روبه روی مشعل­های روشن، شروع بکار می­کنند و مشعل­هایی که قبلاً در حال کار بوده­اند، خاموش می­گردند و گاز­های حاصل از احتراق از ریژنراتور روبه روی آنها خارج می­گردد.

با خروج گازهای حاصل از احتراق از ریژنراتورها، گرمای گازها با عبور از میان آجرهای لانه­ زنبوری، به آجرها منتقل می­شود. در نتیجه آجرها داغ شده ودر سیستم ریورسال بعدی که از این ریژنراتور داغ شده هوای لازم برای احتراق عبور داده می­شود، این حرارت و گرما را به هوای لازم برای احتراق منتقل می­کند و در نتیجه هوا پیش­گرم می­شود.

هنگامی­که از سوخت گازی استفاده می­کنیم به سطح بیشتری برای انتقال حرارت نسبت به زمانی که از سوخت روغنی استفاده می­کنیم، نیاز داریم. دلیل استفاده از آجر نسوز­های لانه زنبوری هم به دلیل ایجاد سطح تماس بیشتر بین هوا و نسوز است و در نتیجه انتقال حرارت بالاتری انجام می­گیرد.

به­طور کلی ریژنراتورها کنترل هوای لازم برای احتراق را بر عهده دارند و انعطاف­پذیری بیشتری در عملکرد کوره را باعث می­شوند.

لوله آب خنک کننده (Waiste pipe)

از این لوله­ها در قسمت نک کوره برای رسیدن به اهداف زیر استفاده می­شود.

1- کنترل جریان­ها

2- خنک­کاری (به ویژه سطح شیشه)

3- جمع کردن مواد جامد معلق در مذاب مانند ذرات سیلیس که ناشی از خوردگی آجرهای نسوز می­باشد.

بنابراین این لوله­ها در بازده حرارتی و همچنین در تولید شیشه با کیفیت، دارای نقش مؤثر و مهمی هستند.

بسته به مقدار بار ورودی به کوره، این لوله­ها به صورت سطحی و یا به صورت عمیق در نک کوره قرار می­گیرند.

هنگامی که عمق لوله کمتر از 45% عمق شیشه باشد، این لوله­ها را کم­عمق می­نامیم و زمانی که عمق لوله بین 45 تا 55% عمق شیشه باشد، لوله­ها را عمیق نامگذاری می­کنیم. لازم به ذکر است که هرچه مقدار بار ورودی به کوره افزایش یابد، عمق لوله­ها نیز زیاد می­شود.

هنگامی که عمق لوله آب افزایش می­یابد، مقدار هوای خنک کننده مورد نیاز در بخش انتهایی کوره(Working End) کاهش می­یابد، زیرا در اثر افزایش عمق لوله، مقدار جریان مذاب به قسمت انتهایی کاهش می­یابد و این دلیل، که مقدار آب خنک کننده در لوله افزایش می­یابد، درست نمی­باشد.

عمق عادی این لوله­ها تقریباً 630 میلیمتر است. همچنین به صورت مستقیم در سرتاسر گلویی کوره قرار می­گیرد در نتیجه یک مانع در عرض گلویی ایجاد می­کند که باعث جمع شدن مواد جامد شناور در مذاب می­شود.

نکته قابل توجه این است که، در صورتی که فاصله لوله­ها تا همزن کم باشد، بخشی از مذاب از زیر همزن­ها عبور خواهد کرد و در نتیجه همه مذاب به خوبی هم­زده نشده و باعث بروز ریم در شیشه خواهد شد.

همزن­ها

همزن­های قرار گرفته در نک کوره دو هدف اصلی را دنبال می­کنند.

1- جریان رو به جلوی مذاب را همگن می­کنند.

2- برخلاف لوله خنک کننده که تنها سطح مذاب شیشه را خنک می­کند، عمق مذاب را خنک می­کنند.

با استفاده از همزن­ها می­توان به مذاب شیشه­ای که از لحاظ شیمیایی یکدست می­باشد رسید، و ریم(ناهمگنی شیمیایی) را در شیشه تولیدی به حداقل رساند.

در تنظیم همزن­ها باید به نکات زیر توجه داشت.

1- سطح مذاب شیشه باید 11 میلیمتر بالاتر از سطح شانه­های همزن قرار بگیرد.

2- همزن­های نزدیک به هم باید همواره 90 درجه اختلاف فاز داشته باشند.

3- سرعت همزن­های سه شاخه باید بین 8 تا 10 دور بر دقیقه باشد. همزن­های دوشاخه نسبت به همزن­های سه شاخه باید در عمق بیشتری از مذاب شیشه قرار بگیرند و همچنین سریع­تر کار کنند.

4- فاصله بندی مساوی بین همزن­ها در گلویی ضروری می­باشد.

5- گردش بسیار سریع همزن باعث به وجود آمدن انسداد می­شود و همچنین مذاب به خوبی هم­زده نشده و در نتیجه ریم روی می­دهد.

6- حداکثر میزان گردش باید 12 دور بر دقیقه برای دوشاخه­ها، 8 دور بر دقیقه برای 3 شاخه­ها و 3 دور بردقیقه برای همزن نوع کومبو باشد.