مواقد الأفران الصناعية

منذ زمن بعيد و حتى اليوم، تعد عملية الاحتراق و الأفران القلب النابض لمجتمعنا. تلعب عملية الاحتراق و الأفران الصناعية دورًا كبيرًا في حياتنا. تستخدم الأفران لإنتاج كل ما نحتاجه اليوم، مثل الطعام و الشراب. يتم تقسيم أنواع المواقد في الأفران إلى فئات مختلفة بناءً على تطبيقاتها و استهلاك الوقود.

يتم تصنيف الأفران للسيراميك أو العمليات المعدنية، و معالجة الحرارة، و الصهر و الصب للمعادن و اللافلزات أو الصهر لصناعات الزجاج. تعتبر مواقد أفران الغاز و مواقد أفران الوقود تصنيفات صناعية أخرى. تحتاج الأفران إلى مواقد الأفران الصناعية لأداء معالجة الحرارة أو الصهر. تستخدم الأفران الصناعية لتوفير حرارة تزيد عن 400 درجة مئوية. يحدد حمل الفرن و درجة حرارة التشغيل نوع و عدد المواقد الصناعية التي يجب تركيبها على الفرن.

كيف يعمل موقد الفرن الصناعي؟

تنقسم المواقد الصناعية إلى مواقد مخلوطة مسبقًا و مواقد مخلوطة عند المنفث (Nozzle) بناءً على خلط الوقود و الهواء. في المواقد المخلوطة مسبقًا، يختلط الوقود و الهواء معًا قبل مخارج المنافث. أما في المواقد المخلوطة عند المنفث، يحدث خلط الوقود و الهواء بعد خروج المنفث. يتم تزويد هواء الاحتراق بواسطة مروحة طرد مركزي. بالنسبة للأفران الصناعية ذات درجات الحرارة العالية، من الضروري تسخين هواء الاحتراق مسبقًا باستخدام جهاز استرجاع الحرارة. جهاز الاسترجاع هو مبدل حراري ينقل حرارة غازات المداخن المهدورة إلى هواء الاحتراق.
كل نوع من “المواقد الصناعية” يحتوي على مخمد هواء و صمام وقود يتحكمان في معدل تدفق الهواء و الوقود الداخلين بناءً على حمولة الفرن. يتم خلط الهواء و الغاز و يزود المشعل طاقة تفعيل الاحتراق لتشكيل اللهب. يؤثر رأس الموقد و غطاء اللهب على شكل اللهب.

أنواع المواقد الصناعية في الأفران

وفقًا لعمليات الفرن، يمكن تركيب المواقد الصناعية عموديًا أو أفقيًا على الأفران. تُصنَّف مواقد الأفران إلى مواقد اللهب المباشر أو غير المباشر، عالية السرعة، بدون لهب، غنية بالأكسجين، متجددة، و مسترجعة للحرارة.

مواقد اللهب المباشر أو غير المباشر

يحدد «صناعة الفرن» و المنتجات نوع الاتصال باللهب. في العديد من عمليات المعالجة الحرارية، حيث يجب ألا تلامس غازات الاحتراق المنتجات، تُستخدم مواقد اللهب غير المباشر. تتصل الأنابيب الإشعاعية بالموقد، و ينتشر اللهب من خلالها، بحيث يتم نقل الحرارة إلى المنتجات عبر آلية الإشعاع. على عكس اللهب غير المباشر، تكون غازات الاحتراق في مواقد اللهب المباشر على اتصال مباشر بالمنتجات.

1.مواقد عالية السرعة

يُقصد بموقد عالي السرعة الموقد الذي تتجاوز سرعة غازات الاحتراق من منفذ خروجه 90 م/ث. بالنسبة للمنتجات التجارية، قد تقع القيمة الاسمية في نطاق 120 إلى 150 م/ث. يجب تكوين منفذ بلاط الموقد بحيث يتم سحب منتجات الاحتراق من غرفة الحريق إلى جذر اللهب لتشكيل توزيع درجة حرارة متجانس. منذ الستينيات، تم استخدام المواقد عالية السرعة على نطاق واسع في العديد من الصناعات مثل التطبيقات العملية، و المعادن، و السيراميك.

2.مواقد بدون لهب

الاحتراق بدون لهب أو المعتدل أو HiTAC هو عملية لا يمكن رؤية اللهب فيها بالعين المجردة. كميزة لهذه الطريقة، يمكننا أن نشير إلى أن انبعاثات أكاسيد النيتروجين و أول أكسيد الكربون منخفضة للغاية بسبب الخلط العالي للمواد المتفاعلة و درجة حرارة اللهب المتجانسة و المنخفضة. يمكن تحقيق الاحتراق بدون لهب باستخدام طرق تخفيف الأكسجين (MILD)، أو تسخين هواء الاحتراق مسبقًا (HiTAC)، أو الاحتراق الموزع عديم اللون (CDC).

3.مواقد معززة بالأكسجين

طريقة لزيادة درجة حرارة الاحتراق هي استخدام الاحتراق المعزز بالأكسجين (OEC).
في هذه الطريقة، يتم حقن الأكسجين النقي مباشرة في موقد الفرن الصناعي. يمكن لمواقد الأكسجين المعزز أن تعمل بمزيج من الهواء و الأكسجين أو بالأكسجين النقي. في الصناعات، تُعرف هذه المواقد بمواقد الهواء-الأكسجين و مواقد الأكسجين النقي على التوالي. يجب ملاحظة أن درجة حرارة اللهب و تكوين أكاسيد النيتروجين في مواقد الهواء-الأكسجين يرتفع. على عكس مواقد الهواء-الأكسجين، فإن انبعاثات أكاسيد النيتروجين في مواقد الأكسجين النقي تكاد تكون معدومة بسبب غياب النيتروجين في جانب المتفاعلات.

4.مواقد التجديد

تم تصنيع مواقد التجديد لإعادة تدوير الحرارة من غازات العادم و تقليل استهلاك الوقود. بالنسبة لأي مسخن هواء، يمكن لموقد تجديدي مدمج أن يوفر أداءً شبه مثالي (بكفاءة تصل إلى حوالي 90%) في استعادة الحرارة من غاز العادم. يتم تركيب مواقد التجديد على جوانب متقابلة من جدار الفرن. يمكن توفير تشغيل منخفض التكلفة و صيانة بواسطة الجمع بين نسبة عالية من التسخين المسبق و حساسية تشغيلية دنيا للبيئة.

يمكن لموقد تجديدي كامل و مدمج أن يعمل كجهاز ذو مهام مزدوجة. يتكون من مجموعة تضم موقدين، و صمامات عكسية، منطق العكس، و جهازين للتجديد. يحتوي الموقد التجديدي على سرير كروي سيراميكي يمتص الحرارة من غازات العادم. أثناء التشغيل المزدوج، يمكن لأحد الموقدين أن يعمل مع هواء نقي يغذي جهاز التجديد الخاص به، بينما يعمل الآخر كمنفذ للعادم لتمرير غاز العادم من خلاله. يتم تسخين هواء الاحتراق الخاص بالموقد العامل مسبقاً عن طريق إزالة الحرارة المخزنة في الكرات السيراميكية. يمكن للموقدين تغيير التشغيل بين الاحتراق و العادم عند الحاجة إلى الحرارة من قبل منتج الفرن أو العملية.

5.مواقد استرداد الحرارة