4-3 احتراق سوخت اکسیژنی:

روش :

در این روش احتراق ، اکسیژن به جای هوا برای احتراق با گاز مورد استفاده قرار می گیرد هوا محتوی گاز نیتروژن ( % 79 ) می باشد . گاز خنثی تا حدود 1500 درجه سانتی گراد گرم می شوند . بعد از احتراق، این گازها کوره را با دمای °C 1450 ترک می نمایند . انرژی هدر رفته توسط این گازها خیلی بالا است . اما امروزه این امکان وجود دارد که از این گازها بخار تولید نمود . که این بخار را می توان در داخل کارخانه مورد استفاده قرار داد برای مثال برای فرآیند شکل دهی یا در تولید الکتریسیته مورد استفاده قرار گیرد . هنگامی که هیچ گاز نیتروژنی وجود نداشته باشد مقدار گازهایی که گرم شده کمتر و مقدار جریان گاز نیز محدود می گردد گرمای هدر رفته به وسیله گازهای خنثی به وسیله استفاده از اکسیژن خالص که به جای هوا برای احتراق استفاده می شود محدود می شود. اکسیژن به راحتی هوا قابل پیش گرم نیست به دلیل اینکه آتش زا و قابل انفجار است . شعله با سوختن اکسیژن به دماهای بالا می رسد و این امکان وجود دارد که ایزولاسیون کوره بهتر صورت پذیرد و به این دلیل کوره فشرده ترمی شود و نیازی به مشعل های بزرگ نیست . ایزولاسیون نیز به خاطر جلوگیری از حمله بخارات قلیایی به ساختار فوقانی در منطقه سرد مورد نیاز است. در مشعل های مورد استفاده برای احتراق سوخت اکسیژن، یک لوله در لوله اصلی مشعل تعبیه شده است سوخت از لوله داخلی تزریق و اکسیژن از لوله خارجی گذر می کند الکتریسیته نیز برای تولید اکسیژن مورد نیاز است . تولید اکسیژن به روشهای ( VSA ) Vacuum Swing Adsorption و PSA Pressure Swing Adsorption و تقطیر سرمایی صورت می گیرد . انرژی مورد نیاز برای تولید اکسیژن در حدود ^kwh/_m3  425/0در سال 1994 و ^kwh/_m3 375/0 در سال 1996 بوده است ( به وسیله تقطیر سرمایی برای مقادیر زیاد اکسیژن ) که این مقدار نیز در سال 1998 به ^kwh/_m3 286/0 رسیده است.

زمان ماند برای گازهای احتراق در محفظه احتراق بیشتر از 30 ثانیه است ( در مورد اکسیژن سوز ) و در کوره های صنعتی با ترکیب سوخت و هوا این زمان حداکثر 10 ثانیه می باشد . در هنگام اکسیژن سوز بودن کوره ها جریان گازها مدت زمان زیادی لازم دارند تا به یک تعادل حرارتی با اطراف خود برسند . این امر به دلیل اینکه گرمای جریان گازها مجدداً استفاده نمی شود دارای اهمیت است ( در مقایسه با سیستم های ریجنراتوری و ریکوپراتوری ) علاوه بر این، سیستم اکسیژن سوز نه تنها وسیله ای برای کاهش مصرف انرژی است بلکه باعث مصرف کمتر اکسیژن نیز می باشد.

معیارهای انتخاب

• ·        زمان عمر مورد انتظار

گازهای خروجی به دلیل وجود مقدار آب زیاد و مقدار بخارات قلیایی زیاد نسبت به گازهای احتراق روش سنتی بسیار خورنده می باشند لذا نسوزهایی با کیفیت بالاتر ( از جنس مواد A Z S ) مورد نیاز است تا انتظارات طول عمر کوره را برآورده سازد.

• ·        نشر ( سایر و NO_x )

با استفاده از اکسیژن خالص ، که هیچگونه نیتروژن ( مقدار کمی در سوخت گازی موجود است ) در اتمسفر کوره وجود ندارد . مقدار NO_x ها حدود هشتاد درصد در مقایسه با روش احتراق سنتی کاهش می یابد.

هنگامی که احتراق سنتی مورد استفاده قرار می گیرد نسبت  So₂به So₃ بسیار بالاتر از حالت نرمال نسبت به مقدار 10 به 1 است. خورندگی بالای گازهای خروجی به سبب شکل گیری بی سولفات سدیم ( NaHSo₄ ) در زیر300°C  و شکل گیری اسید سولفوریک در زیر°C 180-200 درجه، می باشد. نشر گرد و غبار ( کیلوگرم و غبار به تناژ شیشه تولیدی ) 25 درصد کمتر در مقایسه با نشرهای کوره های ذوب شیشه ریجنراتوری با سوخت گاز است.

هزینه ها :

• ·        هزینه سرمایه گذاری

  بایستی یک محل برای تولید اکسیژن ساخته شود و یا اینکه از یک منبع تولید کننده خارجی تهیه گردد . نسوزها مورد استفاده بایستی با کیفیت بالا باشند به دلیل بالا بودن درصد بخارات آب و بخارات قلیایی نسبت به کوره های با سوخت و هوا که این کیفیت بالا باعث گران تمام شدن قیمت می شوند . در عوض نیاز به استفاده از ریکوپراتور و ریجنراتور برای پیش گرم اکسیژن نمی باشد که در نهایت به کاهش قیمت تمام شده کوره ذوب شیشه منجر می شود و همچنین لوله های اکسیژن خالص بایستی از جنس با کیفیت بالا ( مس یا ا ستینلس استیل ) باشد .

• ·        انرژی

   موازنه انرژی برای تخمین مقدار انرژی و مقدار اکسیژن مورد نیاز در کوره های شیشه مظروف با سوخت اکسیژنی صورت گرفته است نشان می دهد که Mw4/17 (.47m³ سوخت گاز و .29k_wh برای تولید اکسیژن )انرژی مورد نیاز برای تولید 250 تن شیشه در روزمی باشد. ( صفر درصد شیشه ری سایکل با %3 آب و n=1 و 60 درصد انرژی گازهای احتراق که ری سایکل شده اند )

• ·        تعمیرات و نگه داری

به دلیل اینکه اکسیژن پیش گرم نمی شود ریکوپراتور یا ریجنراتور مورد نیاز نمی باشد . علاوه بر نصب لوله های اکسیژن بایستی به نگه داری آنها نیز توجه شود. به خطوط لوله نیز که اکسیژن را هدایت می کنند بایستی توجه بیشتری مبذول داشت .

• ·        کنترل و جلوگیری از آلودگی هوا

با مشعل های مدرن ، نشر NO_x به 4/0 کیلوگرم به تن شیشه محدود می شود و بنابراین نیاز به نصب سیستم DENOX نمی باشد سایر آلاینده ها در مقایسه با سیستم سوخت هوا کمتر می باشد به جز So_x که ممکن است بیشتر باشد و غلظت بالا بودن گاز به دلیل کاهش جریان گاز احتراق است .

• ·        دورنمای تکنولوژی

به طور تئوریکی برای جداسازی اکسیژن از هوا ^kwh/_kgO₂ 05/0 انرژی مصرف می شود در سال 1994 انرژی استفاده شده برای تولید اکسیژن^khw/_mn3 425/0 بوده است . اما در سال 1996 این مقدار به ^kwh/_mn3 375/0 رسیده است . در سال 1998 این امکان با مقدار ^kwh/_mn3 286/0 می رسد .در حالی که مقررات نشر محیطی شدیدتر می گردد . این روش مقدار نشر کمتری نسبت به احتراق سیستم قدیمی تولید می نماید . بنابراین نیازی به هزینه زیاد برای پاکسازی  نشر مازاد استاندارد نیست . نوع جدید مشعل ها با مخلوط آرام اکسیژن و گاز توسعه یافته است . که در نتیجه شعله درخشان شده و مقدار NO_x کمتری تولید می گردد که این به دلیل کاهش دمای شعله است .

4-4 احتراق اکسیژن غنی شده

روش:

در احتراق به روش سنتی از اکسیژن اضافه استفاده نمی شود . هنگامی که از احتراق اکسیژنی صحبت می شود سه نوع آن مد نظر است .

1- Oxygen boosting  

2-    Oxygen Lancing

3Oxygen Enrichment  -

حالت اول : 

   برای افزایش تولید ، کیفیت ، بازده و پایداری کوره ها مشعل های boosting به عنوان مشعل اکسیژن سوز برای جانشینی مشعل های مخلوط کننده سوخت و هوا در نظر گرفته شده اند و برای افزایش نرخ کشش در کوره مورد استفاده قرار می گیرد. سوخت اضافی با اکسیژن برای بالا بردن دما مورد استفاده قرار می گیرد . این تکنیک به عنوان روش اصلی در احتراق مرسوم می باشد .

حالت دوم :

از قدیم Oxygen Lancing  عمومی ترین روش برای استفاده از اکسیژن برای فراهم کردن احتراقی که باعث افزایش تناژ تولیدی گردد، می باشد. تزریق اکسیژن (از زیر یا از میان )به شعله سوخت/ هوا باعث افزایش  تناژ ، بازده سوخت و کیفیت شیشه در کوره ها می گردد . و اکسیژن می تواند در جاهایی که بیشتر مورد نیاز است تزریق گردد .

حالت سوم( اکسیژن غنی شده[1] ) :

اکسیژن به هوای احتراق اصلی از محلی که هوای احتراق وارد مشعل شده ،  دمیده  می شود . پیش مخلوط اکسیژن که معمول ترین روش در کوره ها ذوب می باشد زمانی استفاده  می شود که بخواهیم اکسیژن را برای افزایش فرآیند احتراق به عنوان روش پیوسته استفاده کنیم .

معیارهای سنجش :

طول عمر مورد انتظار

افزودن اکسیژن دمای موضعی بالایی در کوره ها ایجاد می نماید . این دمای بالا ممکن است عمر مورد انتظار از یک کوره را کاهش دهد افزودن دما باعث می شود که جریان گازها خروجی ، بسیار خورنده تر باشند . از دلایل کاهش طول عمر مورد انتظار کوره  (  دمای بالا سرعت گاز و مقدار بخار آب است ) .با افزودن اکسیژن تناژ تولید افزوده می گردد همچنین با استفاده از روش های فوق کیفیت شیشه بهبود می یابد .

نشرها :

با افزایش غلظت اکسیژن در مخلوط سوخت گاز ( به دلیل دمای بالا ) تشکیل NO_x افزایش می یابد تنها زمانی که تمام هوای احتراق به وسیله اکسیژن جانشین می گردد تشکیل اکسیدهای نیتروژن به ازاء واحد تولید شیشه کاهش می یابد .