سیستم شارژ مواد اولیه (System Filling)
همانطور که میدانید یکی از موارد مهم براي داشتن ذوب موفق، شارژ مناسب مواد اولیه به داخل کوره میباشد. شارژ مناسب
مواد اولیه نیز مستلزم داشتن فیدرهاي با کیفیت و طراحی خوب و مناسب میباشد.
موارد ضروري در رابطه با یک سیستم شارژ مواد اولیه که بایستی در نظر گرفته شوند، عبارتند از:
1- داراي مخزن بزرگ مواد اولیه باشد تا بتواند مواد اولیه مورد نیاز کوره را براي چندین ساعت کار تأمین کند و در نتیجه شارژ مداوم کوره همیشه تأمین باشد. همانطور که میدانید شارژ مداوم کوره موجب ثبات و پایداري شرایط عملکردي کوره میشود.
2- طراحی آن به نحوي باشد که حداقل دخالت متصدي و تعمیر و نگهداري، نیاز داشته باشد.
3- در صورت بروز مشکل، تعویض و جایگزینی آن به راحتی انجام شود.
4- توانایی و آمادگی لازم براي شارژ ضروري 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 سطح سنج 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 استهلاك ماده نسوز، طول بلنکت و کیفیت محصول کمک کند.
7- حرکت رفت و برگشتی فیدر و سرعت آن به نحوي باشد که باعث توزیع مناسب مواد بر روي سطح مذاب شود.
ورود مداوم بچی که با خرده شیشه به خوبی مخلوط شده باشد یکی از موارد ضروري براي ذوب مناسب میباشد. سیستمهاي شارژ بیلچهاي که داراي حرکت متناوب هستند، متداولترین سیستم تغذیه میباشد.
یکی از ویژگیهاي مهم سیستمهاي 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 بهتري داشته و سطح بیشتري از حوضچه را پوشش دهند، ذوب بهتري خواهیم داشت.
پروفایل توزیع بچ با رعایت موارد زیر به بهترین کیفیت میرسد.
1 -تنظیم صحیح سیستم شارژ
2 -دماي بالاي منطقه شارژ
3 -تغذیه مواد به صورت یک لایه نازك 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.
براي اینکه درك درستی از تنظیم صحیح سیستم شارژ داشته باشیم، لازم است موارد زیر را در نظر بگیریم:
- براي اینکه درك 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 آجرهاي نسوز پشت آن بین 50 تا 100 میلیمتر باشد.
- فاصله بیلچه تا بلوكهاي نسوز کناري 300 میلیمتر تنظیم شود.
سیستم اتوماتیک ثابت نگه داشتن سطح شیشه مذاب، از طریق کنترل سرعت فیدر نیز یکی از عناصر ضروري سیستم شارژ میباشد.
سطح شیشه مذاب نباید بیش از mm 15.0 ± تغییر کند، در نتیجه سرعت فیدر نیز نباید بیش از %15 ± و ترجیحاً بیشتر از %10 ±
تغییر کند.
زمان چرخههاي بیلچه فیدر باید طوري تنظیم شود که یک چرخه کامل در ماکزیمم ظرفیت کوره، بین 40 تا 80 ثانیه، طول بکشد.
دریچههاي فیدر باید طوري تنظیم شوند که این چرخه زمانی را حفظ کنند.
سیستم احتراق
براي تبدیل مواد اولیه به مذاب باید انرژي به اندازه کافی مهیا شود. معمولاً در کورههاي با ظرفیت بالا از سوخت گازي و یا
سوختهاي نفتی مانند گازوئیل براي احتراق و تأمین گرماي مورد نیاز استفاده میکنند. واکنش سریع میان هیدروکربنهاي
سوخت و اکسیژن، منجر به آزادسازي انرژي گرمایی میشود که براي ذوب مواد اولیه استفاده میشود. همچنین در اثر احتراق،
منوکسید کربن، اکسید نیتروژن، دي اکسید کربن و آب تولید میشود. در بیشتر کورهها هواي اتمسفري به عنوان عامل اکسنده
مورد استفاده قرار میگیرد. همانطور که میدانید براي احتراق به اکسیژن نیاز است، بنابراین 21 % هواي مورد استفاده براي 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، براي احتراق کامل به هواي اضافی نیاز است.
میزان هواي اضافی میتواند بر عملکرد حرارتی تأثیر زیادي بگذارد. با توجه به مطالب گفته شده، اهمیت اندازهگیري دقیق مقدار
سوخت مصرفی و همچنین مقدار هواي مورد نیاز جهت احتراق، به خوبی مشخص خواهد شد و این کار توسط فلومترهاي تعبیه
شده در مسیر سوخت و همچنین هواي مصرفی کنترل میشود.
پروفایل سوخت به عوامل زیر بستگی خواهد داشت:
1 -طراحی کوره، یعنی نوع ریژنراتور و اندازه پورت
2 -میزان اشتعال بر روي بلانکت، فلاکس و یا شیشه شفاف
3 -نسبت بار به خرده شیشه
4 -نوع شیشه تولیدي(ساده یا رنگی)
توجه به این نکته ضروري است که، هرچه درصد خرده شیشه مصرفی در بچ افزایش یابد، به میزان انرژي کمتري جهت ذوب مخلوط بچ نیاز خواهیم داشت. زیرا واکنشهاي لازم جهت تبدیل مواد اولیه به شیشه قبلاً بر روي خرده شیشه انجام شده، و در نتیجه به انرژي کمتري براي تبدیل آن به مذاب نیاز است.
براي رسیدن به کیفیت مطلوب، که بازده گرمایی و عمر کوره را نیز به حداکثر میرساند، دماي کوره باید تا جایی که امکان دارد پایین باشد.
مشعلهاي مورد استفاده جهت احتراق سوخت، بسته به نوع سوخت مصرفی به دو دسته گازي و گازوئیلی تقسیمبندي میشود.
مشعلهاي گازي
در رابطه با مشعلهاي گازي توجه به موارد زیر ضروري 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 نوك مشعل خارج میشود تا حد زیادي شتاب خود را از دست میدهد که به وسیله شتاب هواي احتراق و مکش سیستم ریژنراتور در سرتاسر کوره به حرکت در میآید.
- طول شعله به وسیله محل قرار گرفتن مشعل و میزان هواي احتراق کنترل میشود.
- در سرعتهاي بالا، نور شعلهها کمتر و سطح NOx بالاتر میباشد.
- انتخاب نازلها باید بهگونهاي باشد تا سرعتی بین 90-75 متر بر ثانیه ارائه کنند.
- محدودیت طول آشکار شعله در محل احتراق گاز، 3/2 عرض کوره است.
- درزبندي خوب مشعلهاي گازي براي 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 هواي اضافی مصرفی براي مشعلها در پورتهاي مختلف فرق میکند.
- مشعلهاي سوخت نفتی در رابطه با استفاده از سوخت نفتی(سوخت مایع) توجه به نکات زیر ضروري میباشد.
در این نوع سیستمها، طول شعله تابعی از سرعت سوخت، مقدار هواي اتمایز و مقدار هواي مورد نیاز براي احتراق میباشد.
هنگامی که از سوختهاي مایعی نظیر گازوئیل استفاده میکنیم، از هواي اتمایز براي اسپري کردن سوخت استفاده میکنیم.
هواي اتمایز سوخت مایع را به شکل قطرات ریزي تبدیل میکند که باعث احتراق بهتر آن میشود. در واقع با اتمیزه کردن سوخت
وتبدیل آن به قطرات ریز، سطح کافی براي انجام واکنش بین سوخت و اکسیدان، در مدت زمان در نظر گرفته شده براي احتراق،
فراهم میشود و به تکمیل احتراق کمک میکند.
ویسکوزیته سوخت یکی از ویژگیهاي مهم است که براي احتراق موفقیتآمیز و مؤثر گازوئیل باید آن را کنترل کرد. در
صورتی که ویسکوزیته سوخت مایع نظیر گازوئیل زیاد باشد، نمیتوان با استفاده از هواي فشرده با فشار ثابت، سوخت را به خوبی
اتمیزه نمود و در نتیجه احتراق موفقیتآمیزي نخواهیم داشت. در صورتی که ویسکوزیته سوخت بالا باشد، یا باید سوخت را تا
دماي مشخصی گرم کرد تا ویسکوزیته آن کاهش یابد و در نتیجه بتوان با هواي فشرده فشار ثابت،آن را اتمایز کرد و یا اینکه باید
فشار هواي اتمایز را افزایش داد، که البته راهکار اول منطقیتر به نظر میرسد.
توجه به این نکته ضروري است که، در بسیاری از کارخانجات گازوئیل را به عنوان سوخت پشتیبان براي زمان قطعی گاز طبیعی، که سوخت اصلی کوره است، در نظر میگیرند. با توجه به اینکه احتمال قطعی گاز در فصل زمستان بیشتر میباشد و با
توجه به سردي هوا، احتمالاً ویسکوزیته گازوئیل در زمستان افزایش یافته و در نتیجه براي اتمیزه کردن آن با مشکل روبهرو
خواهیم بود. براي رفع این مشکل میتوان با قرار دادن هیترهایی در مسیر گازوئیل قبل از مصرف، دماي 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 دماي آن تا
دماي آب خنک کننده پایین میآید. براي برخی فرآوردههاي نفتی سنگین، ویسکوزیته میتواند تا سطحی کاهش یابد که سوخت
خنک شده، به طور مؤثري مشعل را دزربندي کند و از جریان سوخت در شروع چرخه اشتعال جلوگیري میشود. در این شرایط
از مشعلهاي خاص یا تمیزکنندههاي نفت سبک استفاده میشود تا این مشکل برطرف شود.
آلودگیهاي ناشی از احتراق
آلودگیهاي ناشی از احتراق شامل تولید گازهاي منوکسید کربن، اکسیدهاي نیتروژن، اکسیدهاي سولفور و همچنین دوده و HF
و HCl میشود.
احتراق ناقص باعث تولید دوده و گاز منوکسید کربن خواهد شد، بنابراین براي کاهش مقدار این آلودگیها باید در محاسبه میزان
هواي لازم براي احتراق و همچنین مقدار هواي اضافی دقت کافی داشت. تا از انجام احتراق به صورت کامل اطمینان حاصل کرد.
شکلگیري اکسیدهاي نیتروژن (NOx)، متناسب با اکسیژن اتمسفر کوره و دماي شعله میباشد. براي به حداقل رساندن تولید
NOx میتوان راهکارهاي زیر را پیشنهاد کرد.
1 -تا جایی که امکان دارد دماي سقف را پایین نگه داشت.
2 -هواي اضافی را به حداقل رساند.
3 -کاهش نقطه بیشینه دما
4 -از نازلهاي بلندتر مشعل استفاده کرد.
5 -اشتعال را مرحلهاي انجام داد.
براي به حداقل رساندن میزان SOx باید، مقدار SO3 بچ را حداقل کرده و دماي سقف را در حداقل مقدار ممکن نگه داشت و
HCl و HF نیز با حداقل کردن و کنترل ناخالصیهاي مواد اولیه، کاهش مییابند.
ریژنراتور
ریژنراتورها محفظههایی در اطراف کوره هستند که بسته به ظرفیت کوره داراي چند جفت پورت میباشند. در هر پورت، بسته به نظر طراح وظرفیت کوره تعدادي مشعل قرار میگیرد. مشعلها گرماي مورد نیاز براي 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.
براي طراحی ریژنراتورها معمولاً از فاکتور تجربی CVMA استفاده میکنند که در واقع نشاندهنده حجم چکر به مساحت ناحیه
3 ذوب میباشد.
از آنجایی که طول ریژنراتور برابر با طول منطقه ذوب در نظر گرفته میشود، تنها متغیرهاي باقیمانده عرض و عمق چکرها میباشد. تجربه و همچنین مدلسازيهاي مربوطه نشان میدهد که، ریژنراتورهاي باریک و بلند از نظر بازدهی حرارتی بسیار مناسبتر از ریژنراتورهاي کوتاه وعریض هستند.
نقش ریژنراتورها درواقع گرفتن حرارت از گازهاي حاصل از احتراق و پیشگرم کردن هواي مورد نیاز براي 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 مشعلهاي روبه روي مشعلهاي روشن، شروع بکار میکنند و مشعلهایی که قبلاً در حال کار بودهاند، خاموش میگردند و گازهاي حاصل از احتراق از ریژنراتور روبه روي آنها خارج میگردد.
با خروج گازهاي حاصل از احتراق از ریژنراتورها، گرماي گازها با عبور از میان آجرهاي لانه زنبوري، به آجرها منتقل میشود. در نتیجه آجرها داغ شده ودر سیستم ریورسال بعدي که از این ریژنراتور داغ شده هواي لازم براي احتراق عبور داده میشود، این حرارت و گرما را به هواي لازم براي احتراق منتقل میکند و در نتیجه هوا پیشگرم میشود.
هنگامیکه از سوخت گازي استفاده میکنیم به سطح بیشتري براي انتقال حرارت نسبت به زمانی که از سوخت روغنی استفاده
میکنیم، نیاز داریم. دلیل استفاده از آجر نسوزهاي لانه زنبوري هم به دلیل ایجاد سطح تماس بیشتر بین هوا و نسوز است و در
نتیجه انتقال حرارت بالاتري انجام میگیرد.
بهطور کلی ریژنراتورها کنترل هواي لازم براي احتراق را بر عهده دارند و انعطافپذیري بیشتري در عملکرد کوره را باعث می شوند.
لوله آب خنک کننده (pipe Waiste )
از این لولهها در قسمت نک کوره براي رسیدن به اهداف زیر استفاده میشود.
1 -کنترل جریانها
2 -خنککاري (به ویژه سطح شیشه)
3 -جمع کردن مواد جامد معلق در مذاب مانند ذرات سیلیس که ناشی از خوردگی آجرهاي نسوز میباشد.
بنابراین این لولههادر بازده حرارتی و همچنین در تولید شیشه با کیفیت، داراي نقش مؤثر ومهمی هستند.
بسته به مقدار بار ورودي به کوره، این لولهها به صورت سطحی ویا به صورت عمیق در نک کوره قرار میگیرند.
هنگامی که عمق لوله کمتراز 45 %عمق شیشه باشد، این لولهها را کمعمق مینامیم و زمانی که عمق لوله بین 45 تا 55 %عمق شیشه باشد، لولهها را عمیق نامگذاري میکنیم. لازم به ذکر است که هرچه مقدار بار ورودي به کوره افزایش یابد، عمق لولهها نیز زیاد میشود.
هنگامی که عمق لوله آب افزایش مییابد، مقدار هواي خنک کننده مورد نیاز در بخش انتهایی کوره(End Working ) 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 عادي 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
همزنهاي قرار گرفته در نک کوره دو هدف اصلی را دنبال میکنند.
1- جریان رو به جلوي 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 شیشهاي که از لحاظ شیمیایی یکدست میباشد رسید،و ریم(ناهمگنی شیمیایی) را در شیشه
تولیدي به حداقل رساند.
در تنظیم همزنها باید به نکات زیر توجه داشت.
1- سطح مذاب شیشه باید 11 میلیمتر بالاتر از سطح شانههاي همزن قرار بگیرد.
2- همزنهاي نزدیک به هم باید همواره 90 درجه اختلاف فاز داشته باشند.
3- سرعت همزنهاي سه شاخه باید بین 8 تا 10 دور بر دقیقه باشد. همزنهاي دوشاخه نسبت به همزنهاي سه شاخه باید در عمق
بیشتري از مذاب شیشه قرار بگیرند و همچنین سریعتر کار کنند.
4- فاصله بندي مساوي بین همزنها در گلویی ضروري میباشد.
5 -گردش بسیار سریع همزن باعث به وجود آمدن انسداد میشود و همچنین مذاب به خوبی همزده نشده و در نتیجه ریم روي
میدهد.
6 -حداکثر میزان گردش باید 12 دور بر دقیقه براي دوشاخهها، 8 دور بر دقیقه براي 3 شاخهها و 3 دور بردقیقه براي همزن نوع کومبو باشد.