مشعل بازیاب به‌عنوان راهکاری کارآمد در بهینه‌سازی فرآیندهای احتراقی، نقش مهمی در کاهش مصرف انرژی و آلاینده‌ها ایفا می‌کند. امروزه محدودیت‌های زیست‌محیطی مرتبط با انتشار آلاینده‌ها و گازهای گلخانه‌ای، صنایع را ملزم به بهینه‌سازی بیشتر در فرآیندهای احتراقی و حرارتی کرده است. از طرف دیگر، در عصری که شاهد افزایش قیمت انرژی و کاهش منابع سوخت های فسیلی هستیم، ضروری است که بهینه‌سازی این فرآیندها مورد توجه ویژه قرار بگیرد. یکی از راهکارهای بهبود بازدهی انرژی در سیستم‌های احتراقی، استفاده از هوای پیش‌گرم است.
افزایش دمای هوای ورودی به مشعل، با بهبود بازده، مصرف سوخت و میزان انتشار دی‌اکسید کربن را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. برای پیش‌گرم کردن هوا، از روش‌های مختلفی می‌توان استفاده کرد که یکی از کارآمدترین آن‌ها سیستم مشعل‌های بازیاب است. در این مقاله، به بررسی مشعل‌های بازیاب، نحوه عملکرد و کاربردهای آن‌ها در صنعت پرداخته می‌شود.
مشعل بازیاب چیست؟
مشعل بازیاب نوعی سیستم گرمایش احتراقی است که با بازدهی بسیار بالا، حرارت اتلافی را در کوره‌های صنعتی بازیابی می‌کند. این سیستم به دلیل تأثیر قابل‌توجه خود در کاهش مصرف سوخت، به عنوان راهکاری مؤثر برای صرفه‌جویی در هزینه، بهینه‌سازی مصرف انرژی و کاهش انتشار دی‌اکسید کربن (CO2) مورد استفاده قرار گرفته است. به‌ویژه در کوره‌های صنعتی با دمای بالا نظیر کوره‌های نورد، فورج، عملیات حرارتی، ذوب، پخت و سایر کوره‌های مشابه، این فناوری کاربرد گسترده‌ای پیدا کرده است.
برای آشنایی بیشتر با انواع مشعل‌های کوره و کاربرد آن‌ها در کوره‌های صنعتی، پیشنهاد می‌شود مقاله‌ی ” مشعل کوره صنعتی چیست؟ ” را مطالعه کنید.
عملکرد مشعل بازیاب
سیستم مشعل بازیاب معمولاً شامل یک جفت مشعل است: یکی در حالت فعال و دیگری در حالت بازیابی که به طور متناوب در بازه‌های چند ثانیه‌ای عمل می‌کنند. در این سیستم، هنگامی که یکی از مشعل‌ها در حال کار است، گازهای داغ حاصل از احتراق آن پس از تبادل حرارت در کوره از مسیر مشعل دوم خارج می‌شوند. این گازها مخزن حرارتی مشعل دوم را گرم کرده و انرژی حرارتی در آن ذخیره می‌شود.
سپس، مشعل اول خاموش و مشعل دوم روشن می‌شود. در این حالت، هوای احتراق از میان مخزن حرارتی مشعل دوم که قبلاً گرم شده است عبور می‌کند و حرارت ذخیره شده در آن را جذب می‌نماید. این فرایند، گرمای گازهای خروجی که به طور معمول هدر می‌روند را بازیابی کرده و سیستمی با راندمان بالا ایجاد می‌کند.
مخزن حرارتی مشعل بازیاب معمولاً یک محیط متخلل از جنس مواد سرامیکی است که قابلیت تحمل دمای بالا و انتقال حرارت سریع را دارد. یک نمونه رایج از این مخازن، محفظه‌های پر از گلوله‌های آلومینایی است. گازهای داغ حاصل از احتراق از لابه‌لای گلوله‌های آلومینایی عبور می‌کند، حرارت خود را از دست می‌دهد و سپس به سمت دودکش هدایت می‌شود.
گازهای خروجی با دمای 1200 درجه سانتی‌گراد می‌توانند هوای احتراق را تا دمای حداقل 1000 درجه سانتی‌گراد پیش‌گرم کنند. این فرایند منجر به صرفه‌جویی قابل‌توجهی در انرژی می‌شود، به طوری که در مقایسه با مشعل‌های معمولی تا حدود 50% در مصرف انرژی و سوخت صرفه‌جویی می‌شود.
ویژگی‌های سیستم مشعل بازیاب
مشعل بازیاب با وجود هزینه اولیه نسبتاً زیاد، به دلیل ویژگی‌ها و مزایای برجسته‌ای که دارند گزینه‌ای بسیار مناسب برای استفاده در کوره‌های بسیاری از صنایع محسوب می‌شوند. در ادامه به برخی از مهم‌ترین ویژگی‌های این مشعل‌ها می‌پردازیم.
صرفه‌جویی در مصرف انرژی و سوخت
سیستم مشعل بازیاب قادر است بین 35 تا 50 درصد در مصرف انرژی و در نتیجه سوخت صرفه‌جویی کند. البته میزان این صرفه‌جویی به عواملی مانند دمای کوره، نسبت هوا و الگوهای عملکرد واحد نصب‌شده نیز بستگی دارد. لازم به ذکر است که کاهش مصرف سوخت به معنی کاهش هزینه‌ها نیز هست و این امر می‌تواند در درازمدت صرفه اقتصادی قابل توجهی نیز برای واحدهای صنعتی داشته باشد.
کاهش انتشار CO2
با افزایش بازدهی و کاهش مصرف سوخت، انتشار CO2 نیز به طور قابل توجهی کاهش پیدا می‌کند. همچنین با جایگزینی سوخت‌های مایع مانند مازوت یا گازوئیل با گاز طبیعی، می‌توان انتشار CO2 را حتی تا حد بیشتری کاهش داد. این ویژگی‌ها در دنیای امروز که کشورهای مختلف در تکاپوی کاهش ردپای کربن فرآیندهای صنعتی به منظور مقابله با گرمایش زمین و تخریب محیط زیست هستند اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده است.
همچنین در کنار کاهش انتشار CO2، توجه به سایر آلاینده‌های ناشی از احتراق مانند اکسیدهای نیتروژن (NOx) نیز اهمیت دارد. برای آشنایی با نحوه شکل‌گیری این گازها و راهکارهای کاهش آن‌ها، مقاله‌ی مکانیزم تشکیل NOx در احتراق را ببینید.
توزیع دمای کوره به طور یکنواخت
توزیع یکنواخت دمای کوره به دلیل تأثیر شعله یکنواخت ناشی از احتراق هوای پیش گرم شده با دمای بالا و همچنین اثر هم‌زدن هوای کوره با احتراق متناوب به دست می‌آید. این فرآیند باعث بهبود کیفیت محصول و همچنین صرفه‌جویی در زمان و انرژی می‌شود.
حفظ دمای ثابت
یکی دیگر از مزایای مشعل‌های بازیاب توانایی آن‌ها در ارائه گرمایش پایدار است. سیستم ذخیره‌سازی حرارت باعث می‌شود هوای احتراق ورودی به طور مداوم پیش‌گرم شود، که این امر به حفظ دمای ثابت در فرآیند گرمایش کمک می‌کند. این ویژگی برای صنایعی که نیاز به کنترل دقیق دما دارند، مانند تولید شیشه و تولید محصولات نیمه‌رسانا، بسیار مهم است.
نکاتی در طراحی مشعل بازیاب
با توجه به عملکرد متفاوت مشعل‌های بازیاب، در طراحی این مشعل‌ها نکات خاصی در نظر گرفته شود که در این قسمت به آن‌ها اشاره می‌شود:
طراحی ناکس پایین (Low NOx)
به دلیل استفاده از هوای پیش گرم در احتراق مشعل‌های بازیاب و در نتیجه افزایش دمای شعله، احتمال تشکیل اکسیدهای نیتروژن در این مشعل‌ها بیشتر از مشعل‌هایی است که از هوای محیط استفاده می‌کنند. لذا در طراحی آن‌ها باید از روش‌های کاهش ناکس استفاده شود تا میزان انتشار این آلاینده در محدوده استاندارد نگه داشته شود. متداول‌ترین روش‌های کاهش ناکس در مشعل بازیاب، دو روش بازگردش داخلی محصولات احتراق (Internal FGR) و مرحله بندی احتراق هستند که موجب پایین بودن میزان انتشار ناکس در عین استفاده از هوای پیش گرم می‌شوند.
مخزن حرارتی (Heat Reservoir)
همان طور که در بخش‌های قبل اشاره شد، مخزن حرارتی معمولاً دارای یک محیط متخلل از جنس مواد سرامیکی است که در برابر دماهای بالا و خوردگی مقاوم هستند. این مخازن باید قابلیت جذب و دفع حرارت با نرخ مناسب و همچنین ظرفیت کافی و افت فشار پایینی داشته باشند.
سیستم کنترل
برای رسیدن به عملکرد بهینه و صحیح سیستم مشعل‌ها، مدیریت دقیق فرآیند احتراق و سیکل خاموش و روشن کردن مشعل‌ها در این سیستم‌ها اهمیت بسیار زیادی دارد. همچنین پارامترهای کنترلی باید به صورت دقیق و متناسب با شرایط کوره تنظیم شوند تا سیستم با حداکثر بازدهی کار کند.
کاربردهای مشعل بازیاب
مشعل‌های بازیاب در طیف گسترده‌ای از کاربردهای گرمایش صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مشعل‌ها به‌ویژه در صنعت تولید شیشه بسیار محبوب هستند، و برای ذوب شیشه و حفظ دمای ثابت در طول فرآیند ذوب استفاده می‌شوند. همچنین در صنایعی مانند فرآوری مواد غذایی، تولید سرامیک و کار با فلزات نیز کاربرد دارند.
مشعل بازیاب، راه‌حلی برای افزایش بازده
مشعل بازیاب به عنوان یکی از راهکارهای نوآورانه در بهینه‌سازی مصرف انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در فرآیندهای گرمایش صنعتی شناخته می‌شوند. این تکنولوژی با استفاده از هوای پیش‌گرم و بازیابی حرارت، نه تنها میزان مصرف سوخت را تا 50 درصد کاهش می‌دهد، بلکه باعث کاهش چشمگیر انتشار دی‌اکسیدکربن و بهبود عملکرد کوره‌های صنعتی نیز می‌شود. بدین ترتیب، این سیستم‌ها به عنوان گزینه‌ای جذاب برای کوره‌های صنایعی مانند شیشه، فلزات و سرامیک شناخته می‌شوند که می‌توانند علاوه بر افزایش بهره‌وری انرژی، فرآیندهای صنعتی و کیفیت تولید را نیز بهبود ببخشند.
