द्विचरणीय वायु-स्तरीकृत दहन तकनीक को लागू करने हेतु प्रयोग में आने वाली तकनीकी विधियाँ/रणनीतियाँ

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वायु-स्तरीकृत दहन तकनीक के उपयोग से परिवर्तन करने हेतु तकनीकी दिशानिर्देश: कोयला-पाउडर बॉयलरों में दहन प्रक्रिया के लिए कोई विस्तृत गणना विधि उपलब्ध नहीं है। संबंधित दस्तावेजों एवं नियमों में दहनकर्ताओं के डिज़ाइन हेतु कुछ अनुभवजन्य मापदंडों का उपयोग किया जाता है; वायु-स्तरीकृत दहन तकनीक के उपयोग से परिवर्तन करते समय भी इन्हीं सिद्धांतों का पालन करना आवश्यक है। वायु-स्तरीकृत दहन प्रणाली में सुधार हेतु तकनीकी दिशानिर्देश, 5 बर्नरों के सुधार संबंधी व्यावहारिक अनुभवों से प्राप्त किए गए हैं। ये दिशानिर्देश बर्नरों में सुधार हेतु उपयोगी हैं, एवं कम NOX उत्सर्जन वाली दहन तकनीकों को विभिन्न परियोजनाओं में लागू करने में भी सहायक हैं। चतुर्भुजाकार आकार वाले कोयला-आधारित बॉयलरों में कम NOX उत्सर्जन हेतु उपयोग की जाने वाली तकनीकों का तकनीकी मार्गचित्र चित्र 4 में दिया गया है। http://www.lyxgsh.com/d/file/news/cpzs/2016-04-05/924019c0560b06db144a4e2764518d4e.jpg
मुख्य दहन क्षेत्र में वायु की अतिरिक्त मात्रा का निर्धारण करने हेतु उपयोग की जाने वाली विधि: जब मुख्य दहन क्षेत्र में वायु की अतिरिक्त मात्रा 0.7 होती है, तो NOX के उत्सर्जन में सबसे अच्छा परिणाम प्राप्त होता है। लेकिन वायु की अतिरिक्त मात्रा बहुत कम होने से भट्ठी के अंदर के वायु-गतिकीय परिवेश पर प्रभाव पड़ता है। साथ ही, “खजूर के बीज” आकार की संरचना का उपयोग करने से त्रिज्यीय स्तरीकरण संभव हो जाता है; इससे दहन की शुरुआत में प्रथम एवं द्वितीयक वायु का मिश्रण कम हो जाता है, एवं प्रथम चरण में आवश्यक वायु की मात्रा भी कम हो जाती है। भट्ठी के आकार का भी हवा-अतिरेक गुणांक चुनने पर प्रभाव पड़ता है। जिन भट्ठियों की क्षमता अधिक होती है, उनमें दहनकक्षों की संख्या भी अधिक होती है, एवं भट्ठी के अंदर का वायु-गतिकीय वातावरण भी अधिक लचीला होता है; ऐसी स्थिति में कम हवा-अतिरेक गुणांक चुना जा सकता है। इसके विपरीत, छोटी भट्ठियों में उच्च हवा-अतिरेक गुणांक ही आवश्यक होता है। इसलिए, भट्टी के अंदर के वायु-अतिरेक गुणांक का चयन, विभिन्न कारकों को ध्यान में रखकर ही किया जाता है। इस अध्ययन के आधार पर, 420 टन/घंटा से कम क्षमता वाले बॉयलरों के लिए 0.9–1.0 का मान चुना जाना चाहिए, जबकि 420 टन/घंटा से अधिक क्षमता वाले बॉयलरों के लिए 0.8–0.9 का मान चुना जाना चाहिए। मुख्य दहन क्षेत्र में धुएँ की गति की गणना हेतु सूत्र 2 देखें:
http://www.lyxgsh.com/d/file/news/cpzs/2016-04-05/4bfa31ca06278135c6ac583cfcb6f934.jpg
जहाँ:
Wy – भट्ठी के अंदर धुएँ की औसत ऊपर उठने की गति
Bj – बॉयलर द्वारा उपयोग होने वाले ईंधन की मात्रा, किग्रा/सेकंड
Vy – धुएँ का आयतन, गणना का मान, मीटर³/किग्रा (मानक स्थिति में) ； l1, l2 – चूल्हे के अंदरूनी हिस्से की गहराई एवं चौड़ाई; इकाई: मीटर। ； P – स्थानीय वायुदाब, पास्कल में। ； ϑ′ – चूल्हे के निकास बिंदु पर तापमान,℃ ； θa – सैद्धांतिक दहन तापमान, °C। SOFA की ऊँचाई का चयन, कोयले के चूर्ण के दहन से उत्पन्न होने वाले नाइट्रोजन ऑक्साइडों संबंधी आंकड़ों के विश्लेषण के आधार पर किया गया है। पहले 0.5 सेकंड, नाइट्रोजन ऑक्साइडों के उत्पादन को नियंत्रित करने हेतु महत्वपूर्ण समय है। चुने गए SOFA के मामले में, सिद्धांत रूप से यह सुनिश्चित किया जाना चाहिए कि सबसे ऊपरी स्तर पर मौजूद हवा से लेकर सबसे निचले स्तर पर मौजूद SOFA तक धुएँ का ठहरने का समय 0.5 सेकंड से अधिक हो। ठहरने के समय को सुनिश्चित करने हेतु, एवं SOFA में ईंधन डालने के बाद दहन प्रक्रिया को पूर्ण रूप से सुनिश्चित करने हेतु, SOFA की ऊँचाई, सबसे ऊपरी स्तर पर मौजूद दहन हवा एवं ज्वलन कोण की केंद्र रेखा से कम होनी चाहिए। धुएँ की गति की गणना समीकरण 3 के द्वारा की जाती है। τ = l3/Wy (3)
जहाँ:
l3 – बर्नर पर स्थित फर्स्ट-एयर नोजल के केंद्र से फायरिंग-एयर के केंद्र तक की दूरी।

SOFA की हवा की मात्रा, गति, आकार एवं स्तरों का डिज़ाइन:
SOFA की हवा की मात्रा समीकरण 4 के अनुसार निकाली जाती है:
Q_SOFA = Q_LL × (1.2 – a1) (4)
जहाँ:
Q_SOFA – फायरिंग-एयर का द्रव्यमान-प्रवाह-दर।
Q_LL – सैद्धांतिक वायु-द्रव्यमान।
a1 – मुख्य दहन-क्षेत्र में वायु का अतिरिक्त-गुणांक।

द्रव्यमान-प्रवाह-दर की गणना करने के बाद इसे आयतन-प्रवाह-दर में परिवर्तित किया जाता है। फायरिंग-एयर को अधिक प्रभावी बनाने हेतु, फायरिंग-एयर चैनलों के डिज़ाइन में मोड़ों की संख्या को कम किया जाना चाहिए; साथ ही, एयर-चेस्ट से फायरिंग-एयर नोजल तक की दूरी भी कम की जानी चाहिए। फायरिंग-एयर चैनलों का क्षेत्रफल, SOFA नोजलों के क्षेत्रफल से 1.2 गुना अधिक होना चाहिए। SOFA की हवा की गति 50 मी/सेकंड रखी गई है (हवा के दबाव के कारण, आम तौर पर इससे अधिक गति प्राप्त करना संभव नहीं होता)। आयतनीय प्रवाह दर एवं चुनी गई हवा की गति के आधार पर SOFA के कुल आकार की गणना की जाती है। भले ही बॉयलर की क्षमता 420 टन/घंटा से कम हो, फिर भी इसे आमतौर पर दो या अधिक स्तरों में ही डिज़ाइन किया जाता है। ऐसा करने से, कम लोड की स्थिति में केवल एक ही स्तर पर SOFA का उपयोग किया जाता है; इससे SOFA की हवा की गति अधिक रहती है, जिससे इसकी प्रभावकारिता बढ़ जाती है। SOFA नोजल को ऊपर-नीचे, दाएँ-बाएँ घूमने वाले रूप में डिज़ाइन किया जा सकता है; ऐसा करने से मुख्य भाप के तापमान में होने वाले अंतर को संतुलित करने एवं ज्वाला की ऊँचाई को नियंत्रित करने में मदद मिलती है। लेकिन आम तौर पर इसे स्थिर रूप में ही डिज़ाइन किया जाता है। घूमने वाले प्रकार के नोजलों को वर्गाकार आकार में ही डिज़ाइन किया जाना चाहिए, जबकि स्थिर प्रकार के नोजलों को वृत्ताकार आकार में ही डिज़ाइन किया जाना चाहिए। ऐसा करने से वायुप्रवाह की ताकत एवं प्रभावकारिता में वृद्धि होती है, जिससे दहन प्रक्रिया भी बेहतर हो जाती है। SOFA के स्थापना कोण का डिज़ाइन ऐसा होता है कि Sofa को हवा के प्रवाह की दिशा के विपरीत दिशा में ही स्थापित किया जाता है। स्थापना हेतु चुने गए वृत्त का आकार, मूल द्वितीयक हवा-प्रवाह वृत्त के आकार के बराबर या उससे थोड़ा बड़ा होता है; संतुलन सुनिश्चित करने हेतु बाद में इसमें समायोजन किया जाता है। भट्टी के अंदर के वायु-गतिकीय क्षेत्र के संतुलन की गणना हेतु समीकरण 5 का उपयोग किया जाता है। इस समीकरण में, सभी टैनजेंट एवं कोटैनजेंट मानों का अनुपात दर्शाया गया है। डायरेक्शनल प्लेटों के उपयोग से सुधार किए जाने के बाद, गणना करते समय सुधार किए गए नोजलों को अलग-अलग भागों में विभाजित करके ही गणना की जाती है। http://www.lyxgsh.com/d/file/news/cpzs/2016-04-05/c565c88748d50c70b912c01bff0ed8bb.jpg
जहाँ:
jiff – वह वायु प्रवाह की मात्रा है, जो ऊर्जा-क्षेत्र की दिशा में होती है; इसकी इकाई m³/s है।
A, B – क्रमशः भट्ठी की चौड़ाई एवं गहराई हैं; इनकी इकाई भी m है। ； α1, α2 – ये क्रमशः उस दिशा में स्थित जलनकर्ता के कोण एवं उसकी विपरीत दिशा में स्थित जलनकर्ता के कोण को दर्शाते हैं। मूल द्वितीयक वायु के क्षेत्रफल में परिवर्तन करने हेतु, मूल द्वितीयक वायु का क्षेत्रफल कुछ हद तक कम किया जाना चाहिए; ताकि परिवर्तन के बाद द्वितीयक वायु का कुल क्षेत्रफल, परिवर्तन से पहले के स्तर के बराबर रहे। इससे SOFA के उपयोग से वायु-प्रवाह में होने वाली कमी के कारण वायु-गति में होने वाली कमी की समस्या दूर हो जाएगी। लेकिन सबसे ऊपरी दो परतों का क्षेत्रफल कम नहीं करना चाहिए; क्योंकि ये परतें आग को नियंत्रित करने एवं ईंधन को प्रारंभिक चरण में ही जलाने में मदद करती हैं। यदि इन परतों का क्षेत्रफल कम किया जाए, तो NOX के उत्सर्जन में कमी आने में, एवं कोयले के पूरी तरह जलने में कठिनाई होगी। जब विभिन्न सेकंडरी एयर नोजलों का क्षेत्रफल कम किया जाता है, तो इस बात का ध्यान रखना आवश्यक है कि सेकंडरी एयर एवं प्राथमिक एयर के बीच की दूरी भी कम न हो जाए। यदि ऐसा हो जाता है, तो प्राथमिक एयर, गर्म धुएँ को अपनी ओर खींच लेगा, जिससे नोजलों में जंग लग सकता है। द्वितीयक सुधारों के दौरान, यह भी ध्यान रखना आवश्यक है कि मुख्य दहन क्षेत्र में ऑक्सीजन की कमी के कारण बॉयलर में जंग न लगे। इसके लिए, द्वितीयक वायु में गाइड प्लेटें लगाई जा सकती हैं; ताकि द्वितीयक वायु का एक हिस्सा 15° से 20° के कोण पर बाहर निकल सके। इससे वॉटर कूलिंग वॉल क्षेत्र में ऑक्सीजन की मात्रा बढ़ जाती है, जिससे जंग लगने की संभावना कम हो जाती है। गाइड प्लेटों का डिज़ाइन चित्र 5 में दर्शाया गया है। http://www.lyxgsh.com/d/file/news/cpzs/2016-04-05/d22475462e392b2a54d90fb4d748c2a9.jpg
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