علم سرامیک

   مهمترين معيار در ملاحظات انجام شده بازده انرژي، قيمت ها، نگه داري، مواد انتخابي، طراحي كوره و تجهيزات، عمر مورد انتظار كوره، نشر ها و تكنيك هاي گرمايي در آينده مي باشد.

استفاده از موازنه انرژي بر روي تمامي كوره با انرژي هاي مورد نياز براي هر روش گرمايي تخمين زده شده است. همچنين انتقال حرارت از مشعل به مذاب مورد آناليزقرار گرفته شده است كه اين آناليز شامل نسبت جريان سوخت/ هوا ،دماي كوره،سطح تيوب تشعشعي مورد نياز مي باشد.

   فايده يا عدم فايده تكنيك هاي گرمايي مورد ارزيابي قرار گرفته شده است كه بر پايه اطلاعاتي كه از محاسبات انجام شده است، مي باشد.

   ذوب شيشه مي تواند با سيستم هاي گرمايشي گازي، گازوئيلي و يا سوخت اكسيژني انجام پذيردكه برتري در اين سه سيستم با سوخت اكسيژني[1] با نشر NO_x كم است.(  كه مقدار آن%80 كمتر از كوره هاي گاز سوز مرسوم است) و نشر گرد و غبار[2] كمتر ( در حدود% 20 كمتر) است.

   مشعل هاي اكسيژن سوز در آينده مورد توجه بيشتري قرار خواهند گرفت كه اين امر بدليل نشر كمتر آن هاست ولي مهمترين مشكل آنها به هزينه هاي بالاي تهيه اكسيژن باز مي گردد.

  احتراق با سوخت گازوئيل %10 ارزانتر از احتراق با سوخت گاز است. اما مقدار زیادی SO_x  ساتع مي نمايد.

   تكنولوژي تيوب تشعشعي كه تكنيك اميد بخشي در آينده است. هم اكنون تحقيقات وسيعي بروي آنها در حال انجام است .اين تحقيقات براي يافتن موادي كه در ساختار متخلخل اين مشعل ها استفاده مي شود برای بهبود تحمل پذيري آنها در برابر گرما می باشد. همچنين تنش هاي مكانيكي تيوب هاي  حایز اهمیت است. در اين مورد قيمت هاي انرژي براي كوره هاي گاز سوز     % 19 با لاتر است.(1)

1- نشرآلاینده ها:

     در مدت فرآیند ذوب ،اجزاء ناخواسته در هوا انتشار می یابند این انتشارها دارای منابع مختلفی  هستند . مهمترین این نشریابنده ها SO_x و NO _x و مواد سنگین فلزی و فلورید ها می باشند .

1-1 نشر NO_x

اکسید نیتروژن در طی احتراق تشکیل می گردد. اکسیژن در واکنش با نیتروژن موجود در گاز یا هوا قرار می گیرد و این واکنش تنها در دماهای بالا ( °C 1350 ) اتفاق می افتد بعلاوه عامل دیگر انتشار NO_x هنگامی است که در بچ از نیترات ها استفاده می شود و نیترات ها اغلب از اکسیدهای بچ حاصل می شوند .

2-1 نشر SO_x

اکسیدهای سولفوریک تقریباً از تمامی کوره های شیشه نشر می یابند . نسبت So₂/So₃ حدود 10 به 1 است. So_x عمدتاً در هنگام پالایش (از سولفات سدیم) و از مواد حاوی سولفور در مواد اولیه و سوخت به وجود می آید. سولفور همراه گاز خروجی به صورت ذرات سولفات نظیر Na₂So₄  و K₂So₄ و So₂ و So₃ و همچنین به صورت H₂So₄ در زیر دمای °C 200 وجود دارد .

3-1ذرات گرد و غبار (کری اور)

این ذرات عمدتاً از چگالش تبخیرات حاصل از فرایند ذوب شیشه به عنوان کری اور و محصولات واکنش و در هنگام سرد شدن جریانهای گازها به وجود می آیند . ذرات چگالش یافته را به عنوان مثال می توان از سولفات سدیم، اکسیدهای سرب، بورات سدیم، بورات پتاسیم و سولفات پتاسیم نام برد. دراستفاده از سوخت های مایع ممکن است اکسیدهای نیکل، وانادیم نیز بوجود آید . در هنگام تولید شیشه های مظروف ، جزء های سدیم در سایزهای بزرگ تر از ذرات نیز نشر می یابند.

4-1 کلریدها و فلوریدها

کلریدها عمدتاً به صورت اسید کلریدریک درجریان گاز موجود می باشند. منبع کلریدها  کربنات سدیم سنتزی و مقادیر کمی در دولومیت و یا خرده شیشه است.

فلوریدها عمدتاً به صورت HF و بعضی اوقات به صورت H₂SiF₁ موجود می باشند. مواد اولیه معدنی اغلب شامل مواد معدنی فلورین می باشد. CaF₂ نیز به عنوان تقویت کننده ذوب در این محدوده استفاده می شود.

5-1 فلزات سنگین

این نشر های مهم در کوره های مظروف بخاطر وجود سرب و همچنین وجود وانادیم و نیکل در سوخت های مایع و احتمال وجود Seo₂  و ترکیبات آرسنیک در گاز های خروجی اتفاق می افتد. این ترکیبات به صورت گازی در دمای گاز های خروجی موجود می باشند. در این مسایل بایستی این ترکیبات از گاز خروجی زدایش شوند که این امر به وسیله فیلتر میسر است.

6-1 موارد مقررات وقوانین نشر

در هلند دولت مقررات نشر را تدوین کرده که آن را NER [3]می نامند . مقررات نشر در سال 1994 برای شیشه های مظروف ( جدول 1 ) تدوین گردید . مقررات نشر انتشار یافته بعد از سال 2003 که در جدول 2 موجود است. شرایط استاندارد برای جریان گاز در دمای صفر درجه و فشار 1013 میلی بار در حالت خشک و حداکثر 8 درصد اکسیژن برای شرایط عملیاتی کوره های پیوسته تعریف شده  است . (2)

جدول 1 : نشرهاي مورد نياز تا سال 2003

جدول2:  نشر هاي مورد نياز بعد از سال 2003

·        کنترل و جلوگیری از  نشر

هزینه برای جلوگیری از نشر آلاینده ها تقریباً بستگی به تکنیک گرمایش مورد نیاز است . اگر ترکیبات زیادی مواد آلاینده وجود داشته باشد حذف آلاینده ها از جریان گازها ( با فیلترها ، DENOX ، دستگاه تصفیه گازهای کوره های بلند Scrubber ) مورد نیاز می باشد تا قوانین محیطی برآورده شود .

احتراق مرسوم[4]

2- روش احتراق مرسوم                 

                  شكل1: مشعلهاي زير پورت[5]

در این روش سوخت گاز و هوا برای فرآیند احتراق مورد استفاده قرار می گیرند . برای تأمین دمای شعله مورد نیاز و به دست آوردن هزینه های انرژی قابل قبول ، هوا بایستی پیش گرم شود . در این قسمت موازنه انرژی و محاسبات گرمایی بر ای احتراق گاز ودر حالت های زیر در نظر گرفته می شود :

1)  بدون هیچ گونه گرم کردن

2)  با ریجنراتور

3)  با ریکوپراتور

4)  با ریجنراتور و پیش گرم نمودن خوراک

اصول کار ریجنراتور و ریکوپراتور در بخش مقدمه  توضیح داده شده است .

مشعل ها برای تزریق سوخت به کوره مورد استفاده قرار می گیرند . سوخت از طریق مشعل وارد کوره و سپس با هوای پیش گرم ترکیب می شود . به سبب دمای بالا و حضور سوخت و اکسیژن     ( در هوا ) مخلوط جرقه می زند . انرژی حاصل شده از این فعل وانفعال ، برای واکنش های شکل دهی شیشه و گرم کردن سوخت ،گرم کردن هوای لازم برای واکنش های گاز و انرژی گرمایی برای گرم کردن و واکنش های خوراک مصرف می گردد .و قسمت اعظم این انرژی به وسیله گازهای احتراق از کوره خارج می گردد . استفاده از ریجنراتور و ریکوپراتورها می تواند این گرما را حدود %55-65 برای ریجنراتورها و % 40-25 برای ریکوپراتورها بازیابی نماید و قسمت کوچکی نیز به وسیله پیش گرم خوراک بازیابی می گردد.(3)

·         

·         نشر ( NO_x و سایر )

استفاده از کوره ذوب U-tern ، که احتیاج به طول شعله نسبتاً زیاد است ، باعث هدر رفتن انرژی زیادی می شود بنابراین سوختن آرام مورد نیاز است که می توان به وسیله تنظیم موقعیت و زاویه مشعل ها آن را بهبود داد . این طول بلند شعله باعث کاهش دمای شعله ( به دلیل مقدار افزایش تشعشع ) و غلظت اکسیژن موضعی شده و از این رو کاهش تشکیل NO_x را به دنبال دارد. انتشار SO₂ در کوره های با سوخت گازی بسیار کمتر می باشد . به دلیل اینکه مقدار سولفور گاز تقریباٌ در حد صفر است . بیشتر نشر SO₂ به دلیل فرآیند تصفیه Na₂SO₄ است .

نشر گرد و غبار همچنین به دلیل چگالش بخارات خوراک ( تبخیر از ذوب شیشه ) و محصولات واکنش یا کری اور ذرات ریز مواد اولیه به وجود می آید . این گرد و غبار، کوره را همراه جریان گازها ترک می نماید .(4)

·        کنترل جلوگیری از آلودگی هوا

نشر NO_x باعث به وجود آمدن مشکلات زیست محیطی می گردد . بهترین راه حل جدایش NO_x از گازهای احتراق با NH₃ ( SNCR / SCR ) یا روش 3R است که در حال حاضر خیلی گران هستند و شرکت های تولید کننده شیشه تلاش می کنند نشر NO_x را به وسیله کاهش دمای ماکزیمم شعله کنترل نمایند .

·        دور نما ي [6] تکنولوژی

در آینده مقررات زیست محیطی سخت تر خواهد شد وبایستی با استفاده از روش های حذف، NO_x به وجود آمده   ( ^mg/_m3 1600-4000 ) را به حدود ^kg/_{ton glass} 1 ویا 225^mg/_m3 )کاهش داد.با توجه به مقرراتی که اعمال خواهد شد در سال 2010  سیستم های پاکیزگی جهت جلوگیری از نشر ( مثل DENOX ) مورد نیاز خواهد بود.وباتوجه به اینکه قیمت انرژی در آینده افزایش خواهد یافت بنابراین عملیات در این نوع کوره ها بسیار گران قیمت تر از کوره های حال حاضر خواهد بود .(5)

1-2 احتراق مرسوم گازوئیلی

روش :

اختلاف بین این روش و احتراق سوخت گازی ، استفاده از سوخت مایع برای انجام احتراق می باشد. گاهاً هوای سرد برای تزریق به سوخت مایع درکوره مورد استفاده قرار می گیرد . سوخت مایع بایستی تا حدود 120 درجه سانتی گراد برای کاهش ویسکوزیته گرم گردد که به راحتی بتوان آن را تزریق نمود . این پیش گرم کردن سوخت نیاز به انرژی فوق العاده ای در مقایسه با سوخت گازی دارد .

حالت بهبود یافته سوخت مایع استفاده از سوخت گازی که دارای مقدار انرژی بالاتر به ازاء حجم و نسبت کربن به هیدروژن بالاتری می باشد و به دلیل بالا بودن نسبت کربن به هیدروژن شعله بسیار شفاف است که این به دلیل پائین بودن دمای شعله است. که این نتایج به کاهش NO_x می انجامد. همچنین گازهای احتراقی کمتری حاصل می گردد. احتراق سوخت مایع حدود 5 درصد بازده حرارتی بیشتر از سوخت گاز دارد. عدم توسعه باعث بالا رفتن مقدار آلودگی ( سولفور )، فلزات سنگین (وانادیم ، نیکل ) که باعث نشر ناخواسته و خوردگی می گردند.

·        نشرهای ( NO_x و دیگر گازهای قابل نشر )

  بدون استفاده از فیلتر گازهای خروجی ، نشرهای NO_x در استفاده از سوخت گازی بسیار کمتر    می باشد و نشر So₃ بسیار بیشتر از سوخت گاز است به دلیل اینکه در سوخت مازوت مقادیر بیشتر از محتویات سولفور وجود دارد . فلزات سنگین ( وانادیم ، نیکل ) نیز به سبب موجودی بالا در این سوخت نشر می یابند .

·        کنترل – جلوگیری از آلودگی هوا

نشر So₃ و NO_x به دلیل بعضی مسائل می باشد. مقررات و قوانین زیست محیطی باعث می شود که تجهیزات برای پاکیزگی جریان های گاز نصب گردند ( Scrubber و DENOX )

دورنمای تکنولوژی :

مقررات نشر در آینده شدیدتر خواهد شد در این مقرارت وضع شده نشر حدود ( ^mg/_mo3 1200-1300 ) بایستی به کمتر از ^kg/_tonglass1 ( ^mg/_m3 400 ) در سال 2010 برسد بعلاوه سیستم های رفع آلودگی ، نظیر دستگاه تصفیه گازهای کوره بلند ( Scrubber و DENOX ) مورد نیاز برای اجرای این مقررات  است .(5)

2-2 احتراق سوخت اکسیژنی:

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 . 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.(6)

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.(8)

·        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. (5)

·        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 . (6)

·        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 .(9)

3-2 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 : (شکل 6)

   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 : (شکل 7)

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[7] ) : (شکل8)

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 .(10)

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 .

·        کنترل / جلوگیری از آلودگی هوا

میزان نشر NO_x ها هنگامی که از احتراق مرسوم استفاده می شود بالاتر است ( به دلیل دمای شعله بالا) و این نیازمند استفاده از دستگاه های تصفیه گاز در کوره ها نظیر DENOX است.

دورنما ی تکنولوژی :

ظرفیت تولید هنگامی که از این تکنیک استفاده می شود بالاتر می رود و این تکنیک با این وجود برای کوره های جدید شیشه توصیه نمی شود ( به  دلیل بالا بودن مقدار NO_x و عدم صرفه جویی انرژی در مقایسه با کوره های گاز سوز یا سوخت گازوئیلی ).(10)

3 -تکنولوژی تیوب های تشعشعی

اساس کار مشعل های تیوبی تشعشعی ، اشتعال سوخت در داخل مشعل می باشدکه انرژی آزاد شده در ابتدا از میان مواد متخلخل به دیوار تیوب و سپس از دیواره به مذاب شیشه از طریق تشعشع انتقال می یابد . تیوب می تواند در موقعیت بالای سطح مذاب و یا داخل مذاب شیشه قرار گیرد. قرار گرفتن تیوب در داخل مذاب مسائل و مشکلات عمده ای را به بار می آورد . تیوب در داخل مذاب ذوب شده و به شدت آسیب می بیند . ذوب تیوب در مذاب شیشه باعث کاهش کیفیت شیشه می گردد یک راه حل برای امکان پذیر نمودن استفاده از این نوع مشعل ها، استفاده از تیوب هایی که دارای دیواره خارجی با مواد دارای مقاومت بالا در برابر مذاب شیشه می باشد. که یک مثال از این قبیل فلزات، مولیبدن می باشد .

در این گزارش تنها موقعیت این تیوب ها در بالای مذاب شیشه مد نظر قرار گرفته است . (11)

1-3 تکنولوژی مشعل های متخلخل:

بر خلاف فرآیند احتراق مرسوم ، تکنولوژی مشعل های متخلخل با شعله آزاد عمل نمی نماید بلکه احتراق در محفظه قالب متخلخل اتفاق می افتد که نتیجه این خصیصه، اختلاف کلی آشکار در ظاهر خود منبع است .

     در مقایسه فرآیند احتراق مرسوم با شعله آزاد ، تکنولوژی تیوب تشعشعی به ما اجازه بهبود با دانسیته بالای نیرو و نشر کم را می دهد که نتیجه آن شدت انتقال حرارت داده شده از ساختار متخلخل است . ملاک اصلی در این نوع احتراق سایز بحرانی منافذ در ساختار متخلخل است . تجربیات نشان داده که به دنبال توسعه عدد پکلت برای شعله های توسعه یافته مربوط به تخلخل به صورت فرمول زیر بیان می شود .

  اگر تغییرات عدد پکلت بیشتر از 65 باشد انتقال حرارت جا به جایی به محیط اطراف بر انتقال حرارت تشعشعی و هدایتی به مواد متخلخل برتری دارد . در این حالت حرارت احتراق به بیرون از تیوب انتقال یافته و تشعشع از تیوب به محیط اطراف امکان پذیر است .

  اگر تغییرات عدد پکلت کمتر از 65 باشد انتقال حرارت تشعشعی و جا به جایی به داخل مواد متخلخل بر انتقال حرارت جا به جایی به محیط اطراف برتری دارد، که در آن حرارت احتراق قادر نیست که به محیط اطراف انتقال یابد . 

  اگر اندازه منافذ کمتر از اندازه بحرانی باشد ( به طور مثال اگر عدد پکلت اصلاح شده کمتر از 65 باشد ) از توسعه شعله جلوگیری و شعله سرد می شود . از طرف دیگر اگر سایز منافذ بیش از اندازه بحرانی باشد . توسعه شعله در داخل ساختار متخلخل امکان پذیر است . (12و13)

2-3 احتراق مرحله ای [8]

   در احتراق مرحله ای ، مشعل های میان متخلخل دارای تاریخچه جدیدی هستند و دلیل اصلی برای بکارگیری استفاده از این تکنولوژی پیچیده ، اهمیت محیط زیستی آن است . در احتراق مرحله ای در مقایسه با عملیات غیر مرحله ای می توان نشر NO_x ها را تا 50 درصد کاهش داد  و مرحله متفاوت را می توان در این نوع مشعل ها تشخیص داد . در مرحله اولیه احتراق ضعیفی اتفاق     می افتد و در مرحله دوم متان اضافه می شود .

علاوه بر این ، در احتراق مرحله ای از سرامیک های جدید ساخته شده از فیبر اکسید آلومینیوم و یا فوم سیلیکون کار باید SiC استفاده شده است .(14)

5 -3 مشعل های اکسیژن سوز[9]

مشعل های متخلخل تشعشعی اکسیژن بایستی دارای ابعاد کوچک به صورت قائم برای جریان باشند . از طرف دیگر گرمای تولید شده در داخل بدنه تخلخل نبایستی سریع به بیرون انتقال بیاید و در نتیجه گرمای فوق العاده ای را در محفظه احتراق به وجود می آورد . از ملاحظات فوق می توان استنتاج نمود که کوچک بودن ابعاد محفظه احتراق منجر خواهد شد که مشعل ها کوچک و شکننده گردند که احتمالاً این مشعل ها در مقابل تنش های مکانیکی و حرارتی موجود در کوره های ذوب شیشه دارای استحکام کافی نمی باشند . به خاطر واقعی کردن مشعل تشعشعی یک راه حل مورد نیاز است که ابعاد محفظه احتراق کوچک با سطح مقطع زیاد و دارای استحکام مکانیکی کافی تهیه گردد . یک راه حل ممکن سرد کردن داخل تیوب می باشد . برای کاربردی نمودن مشعل های تشعشعی با مخلوط گاز و اکسیژن خالص ضروری است که طول ناحیه احتراق خیلی کوچک باشد . اگر مطابق با پاراگراف قبلی مشعل کوچک با بعدهای عمودی به جریان مورد استفاده قرار گیرد سطح مشعل به دمای کوره ( با چند میلی متر ) می رسد . حتی اگر احتراق به طور جزیی پیش آمیخته و متان به داخل مشعل چند مرحله ای تزریق شود ضرورتاً منطقه واکنش توسعه نمی یابد . (15)

.

بنابراین بایستی برای تزریق پیوسته متان به داخل مشعل روشی پیدا نمود. برای انجام آن گرمای آزاد شده بایستی در داخل محفظه احتراق امتداد بیابد. سطح توزیع برای انتقال گرمای تشعشعی تقریباً تمام سطح محفظه احتراق است. ملاحظات در پاراگراف های قبل اجازه می دهد که یک درز محفظه احتراق ایجاد شود ( شکل 23 و 24 ). تنها یک مخلوط بسیار ضعیف از متان – هوا به صورت تماس مستقیم وارد محفظه اصلی می گردد. باقیمانده متان به صورت فشرده به داخل تیوپ نفوذ می کند ( که از SiC زنیتر شده، ساخته شده است ) بدین گونه فرآیند احتراق به طور پیوسته و مرحله ای انجام می پذیرد . درز حلقه ای مقدمتاً برای تزریق مخلوط اکسیژن و متان می باشد ( نسبت اکسیژن اضافه حدود 5 می باشد ).(14)

در آینده با بالا بردن نرخ انتقال حرارت بر واحد سطح، با استفاده از مواد کمترمی توانیم سطح کلی لازم را به یک سوم کاهش دهیم.  مواد دیگر نظیر Al₂O₃ و ZrO₂ دارای یک حداکثر دما برای هوا ( 1950°C و 1850°C ) هستند.

این نتایج نشان می دهد که به دلیل اختلاف دمای بالا بین تیوب تشعشعی و مذاب شیشه ، شار گرمایی بسیار عظیمی به مذاب شیشه وارد می گردد . (15)

·       

(+) نشرهای بسیار پائین                                        

(+) گازهای خروجی در کوره بسیار کمتراست ( شکل 24 )

(+) احتراق ا ستوکیومتریک به معنی آلودگی کمتر است .

نتيجه و بحث:

در اين تحقيق تكنيك هاي مختلف گرمايي براي توليد ظرفيت 250 تن شيشه مورد بررسي قرار گرفته شده است. روش هاي گرمايي که در اين تحقيق بررسی شده عبارت است از:

·        احتراق گازي

·        احتراق گازوئيل

·        احتراق اكسيژن سوز

·        گرمايش تيوب تشعشعي

قيمت ها ، نشر ها و... براي هر تکنیک با سوخت گاز معادل شده و با سیستم احتراقی مرسوم  مورد مقایسه قرار گرفته شده است .

·        نشر ها:

اگر اکسیژن استفاده شود(احتراق اکسیژن سوز – مشعل های تیوب تشعشعی اکسیژن سوز) به جای هوا نشر های  NO_x  کمتر از احتراق گازی خواهد شد . هنگامی که از هوا برای احتراق استفاده میشود احتیاج به نصب DENOX با هزینه بالا است.

نشر های گرد و غبار هنگامی که از اکسیژن به جای هوا استفاده می شود پایین است و این امر به دلیل جریان گاز کمتر در کوره های اکسیژن سوز است.

در صورت استفاده از سوخت گازوئیل به جای سوخت گاز ،  مقدار نشر های SO₂ بسیار بالا می رود(غلظت سولفور در گاز حدود m_g/m³600-400 و در سوخت گازوئیلی m_g/m³1300-1200است.)

تشعشع شعله گازوئیلی بیشتر از تشعشع شعله گازی است بنابراین دمای شعله کمتر می باشد .شعله اکسیژن سوز دوده بسیار کمی تولید می نماید اما این شعله ها در عوض حاوی مقدار زیادی بخار و غلظت CO₂ است که نشر آن را بالا می برد.( 16و14)

تکنولوژی تیوب تشعشعی تکنیک امید بخشی است. سطح مورد نیاز برای تیوب تشعشعی در نتایج بالا ، بیش از 100 متر است  و هنوز بایستی تحقیقات زیادی انجام شود و تحمل پذیری مواد در برابر گرما بیشتر گرددهمچنین مقاومت در برابر تنش های مکانیکی آن بایستی بهبود داده شود.(16)