احتراق و دودکش

1-سوخت

اغلب سوختهای فسیلی را هیدروکربن ها تشکیل می دهند.لاشه نباتات واجساد حیوان طی گذشت زمان های بسیارطولانی ودراثرفشار وحرارت لایه های زمین در آنها فعل و انفعالاتی شیمیایی بوجود می آید و نهایتا به سوخت های نفتی تبدیل می شوند گازهای طبیعی از مخلوط متان و اتان تشکیل شده است و گازهای مایع(گازهای نفتی)ازمخلوط پرپان یا بوتان یا هر یک از آن ها تشکیل شده است چگالی گازطبیعی حدود0/4 تا0/8 است(چگالی نسبت وزن حجم معینی از یک ماده به وزن همان حجم ازآب تازه را گویند در مورد گازنسبت وزن یک سانتیمترمکعب آن گازبه وزن یک سانتیمترمکعب هوای خشک را می گویند)یعنی ازهواسبک تر است و چگالی گاز مایع مخلوط(پروپان1/5 و بوتان 2)مساوی 1/75 است یعنی از هوا سنگین تر است.

2-ارزش حرارتی

مقدارانرژی که از سوختن یک متر مکعب گاز(یا یک کیلو سوخت مایع)به دست می آید ارزش حرارتی آن گویند که به کیلو کالری بر متر مکعب بیان می شود،برای مثال چنانچه مصرف یک اجاق گاز0/053 مترمکعب گازبوتان در ساعت باشدمقدار انرژی به دست آمده در صورتی که ارزش حرارتی بوتان28500 کیلوکالری در متر مکعب باشد ازرابطه زیر به دست می آید

گاز m3 * ارزش حرارتی kcal/m3 =مقدار انرژی تولیدی

یعنی 28500*0/053=5،1510 کیلوکالری در ساعت شرایط احتراق یک سوخت نیازبه سه عامل یعنی اکسیژن – سوخت-گرما(مثلث احتراق)است. وقتی که یک هیدروکربن می سوزد با اکسیژن موجود در هوا در کنار گرما تولید بخارآب و گازدی اکسیدکربن می کند(در صورتی که ناقص بسوزد مقداری هم CO اکسید کربن می دهد)معادله سوختن یک هیدروکربن بصورت ایده آل با فرمول کلی از رابطه زیر به دست می آید:

formul

چنانچه اکسیژن کافی نباشد علاوه بر مولکولهای فوق گازاکسید کربن CO تولید می شود که گازی سمی است.جهت سوختن کامل معمولا علاوه بر هوای محاسبه شده تئوری مقداری به عنوان هوای اضافی در نظر می گیرند.

3-مقدارهوای لازم(نسبت هوا به گاز)

در جدول زیر برای انواع سوخت ها گازی نشان داده شده است.

table

درفرمول زیر 91 عدد ثابتی است و مقدار گاز کربنیک نهایی برای گاز طبیعی حدود 12 درصد است.برای مثال مقدار هوای اضافی در کوره ای که درصد گازکربنیک(CO2) اندازه گرفته شده در محصولات احتراق 8 درصد باشد خواهیم داشت.

formul1

هرچه ارتفاع نسبت به سطح دریا زیادتر شود فشار اتمسفر کاهش یافته در نتیجه مقدار گاز موجود در یک متر مکعب آن کمتر از سطح دریا می باشد.بنابراین هرچه ارتفاع بیشتر شود ارزش حرارت یک متر مکعب گاز کمتر خواهد شد. ازدیاد ارتفاع نسبت به سطح دریا باعث کاهش چگالی گازمی شود در نتیجه تغییرات ارزش حرارتی و چگالی گازیکدیگر را جبران می کنند.

ولی درهرحال در ارتفاع بالاتر اکسیژن کمتری در یک مترمکعب هوا موجود است بنابراین برای احتراق کامل در ارتفاعات باید مقدار سوخت را هم کاهش دهیم(برای ارتفاع بالاتراز900 متراز سطح دریا رای هر300متر بالاتر باید 4درصد مقدارسوخت کاهش یابد)

4-دودکش

تمام محصولات احتراق یا دود توسط دودکش از محل احتراق دور می شود دودکش ها معمولا در محلی تخلیه می شود که در پنجره و فضای مسکونی نباشد لذا ارتفاع آن تا بام محل بالا میرود و در آنجا تخلیه می شود دو نوع سیستم تخلیه گازهای تنوره وجود دارد تخلیه اتمسفری(یا نیروی ثقلی)وتخلیه نیروئی دراین نوع توسط وسیله مکانیکی مثل فن و دمنده هوا برای راندمان گازهای تنوره بکار می رود.در سیستم ثقلی دود توسط وزن خود که سبک تراز هوا می شود حرکت می کند.این نوع نیروی تخلیه به دو عامل یکی وزن مخصوص گازهای داغ داخل دودکش که بستگی به دما دارد و دیگری ارتفاع دودکش دارد هرچه گازگرمتر و دودکش بلندتر باشد نیروی کشش تخلیه یا مکش بیشتر خواهد شد.

مشعل های روباز مثل اجاق گاز دارای لوله تنوره نمی باشند ولی باز همین قاعده تخلیه حاکم است زیرا هوای اطراف شعله گرم می شود و چون وزن مخصوص آن کاهش می یابد،به طرف بالا حرکت کرده و هوای سرد جای آن را میگیرد هرچه گازهای احتراق (دود)گرمتر باشد مقدار اتلاف حرارتی تنوره زیادتر می شود(در عوض انرژی تخلیه هم زیادتر میشود)مسئله ای که در رابطه با دودکش های ثقلی مهم است نباید آنها را به صورت مستقیم به محفظه احتراق وصل کرد،زیرا ثابت نگه داشتن میزان جریان هوا از داخل دستگاه غیر ممکن است.قرار داشتن انتهای دودکش های نیروی ثقلی(جریان طبیعی)درمعرض بادهای خارج ازساختمان باعث ایجاد فشارهای منفی و مثبت بر روی محفظه احتراق خواهد شد.در قسمت فشارهای منفی مکش زیاد شده و باعث تسریع جریان گازهای تنوره در دودکش خواهد شد.در نتیجه شعله را به درون دودکش می کشد در قسمت فشار مثبت هوا بر عکس با فشار به درون تنوره وارد می شود و باعث پس زدن شعله می شود جهت جلوگیری از موارد فوق باید تنوره ها را مجهز به کلاهک تعدیل جریان نمود.