Fırın
Fırın, Yüksek sıcaklık elde etmek amacıyla içinde bir yakıt yakılan kapalı aygıtları belirten genel terim. Fırınların içi çoğunlukla ateş tuğlası ve metalle kaplanır. Bu tür fırınlar, bunlara benzeyen ama çok daha düşük sıcaklıklarda çalışan mutfak fırınlarıyla karıştırılmamalıdır.
Fırınlar, İ.Ö 3000 gibi uzun bir zaman önce, yani Tunç Devri'nde biliniyor, bakır ve kalayı ergitip alaşım haline getirerek vazo, ibrik, balta, miğfer, kılıç gibi tunç aletler üretmede fırınlar kullanılıyordu. Demir Devri'nde fırınlar daha da geliştirilerek, demir filizlerinden demiri ayırmak ve ticaret ya da savaş aletleri üretmek için gerekli yüksek sıcaklıklara ulaşıldı. Günümüzde
son derece özelleşmiş fırınlar arasında yüksekfırın, elektrik fırını, açık ocaklı fırın ve yansımalı fırın sayılabilir. Güneş ışınlarını toplayan herhangi bir güneş enerjisi aygıtının yanı sıra, nükleer reaktör de bir fırın olarak kabul edilebilir. Son 100 yıl içinde, evlerde kullanılan sıcak sulu ısıtma kazanı yavaş yavaş ortadan kalktıkça, "fırın" terimi, ev ısıtma sistemlerinde yaygın olarak kullanılan basınçlı havalı fırın için de kullanılmaya başlanmıştır.
TEMEL İLKELER
Fosil yakıtın bir fırında yakılmasıyla oluşan gaz ürünleri, ısıtılacak gaz, sıvı ya da katı maddeyle doğrudan temas halindeyse, bu fırın "doğrudan yakılan fırın" diye tanımlanır. Yanma ürünlerinden gelen ısı bir bölme ya da ısı değiştirici aracılığıyla taşınıyorsa, bu fırına da "dolaylı yakılan fırın" denir.
Olanak bulunan yerlerde doğrudan yakılan fırınlar yeğlenir; çünkü kurulmaları, çalıştırılmaları ve bakımları daha ucuzdur. Ayrıca, doğrudan yakılan fırın hızla yüksek sıcaklıklara ulaşabilir ve dolaylı yakılan fırınlara oranla daha çabuk soğutulabilir; ama doğrudan yakılan fırınlarda, ısıtılan madde, baca (yanma) gazlarıyla kirlenir ve değişen yükseltgenme ve indirgenme koşullarının etkisindedir. Isıtılan maddenin uçucu bileşenleri buharlaşarak, baca gazlarıyla çevreye yayılır.
Dolaylı yakılan fırınlar, bir bölme duvarıyla ya da ısı değiştiriciyle, ısıtılan madde ve baca gazları arasında doğrudan teması önler. Baca yükü bölmenin bir yanından, ısıtılan maddeyse öbür yanından geçer. Kurulmaları pahalı olmasına karşın, dolaylı yakılan fırınlar, sıcaklığın daha kolay denetlenmesine olanak sağlarlar. Üstelik bu fırınlarda, yapay bir atmosfer ısıtılan maddeyi çevreleyerek, o maddenin bütünlüğüne zarar verebilecek istenmeyen kimyasal tepkimeleri önleyebilir. Sözgelimi, hava atmosferinin yaratabileceği indirgenme ve yükseltgenmeyi önlemek için, fırınlarda çoğunlukla azot kullanılır.
FIRIN ÇEŞİTLERİ
Fırınlar, kullanılan yakıtın türüne göre sınıflandırılabilir. Katı ve sıvı yakıtlı fırınlar. Katı yakıtlı fırınlarda yakıt bir ızgara üstünde yakılır; birincil yanma burada olur. Bu yanmayla oluşan ısı, ısıtılacak maddeye aktarılır; aktarma, ışınımla iletimle ve taşınmayla gerçekleşir. Yakıt yükünün sürekli, eşit biçimde yanmasının sürdürülmesi ve külün alınıp yanmamış yakıttan ayrılması, bu fırınların en önemli sorunları arasındadır. Sözgelimi, kömür yakılan bir fırın aşırı havayla çalıştırılırsa, kömür cüruf oluşturabilir ve yanmamış yakıt ızgaradan aşağı düşer.
Sıvı yakıtların taşınması, depolanması, kullanılması ve yakılması, katı yakıtlardan çok daha kolaydır. Rafineriler, farklı kalınlıklarda fuel oil (yakıt yağı) üretir. Dizel motorlarında ve ev fırınlarında ince yağlar kullanılır. Gemiler ve enerji santralları, "Bunker C" denilen ağır kalıntı yağı kullanırlar; bu yakıtın, kazanın ocağına püskürtülerek yakılabilmesi için önceden ısıtılması gerekir. Sıvı yakıtlar, çok sıcak radyan alev üretirler.
Kömür ve kok gibi katı yakıtlar, toz haline getirilerek sıvı yakıt gibi yakılabilir (Bk. KÖMÜR VE KÖMÜR ÇIKARIMI). Aşağı yukarı eksiksiz bir yanma sağlamak için, bu yakıtlar, % 10 - % 20 fazla havayla karıştırılarak fırına püskürtülür. Toz halindeki yakıtların kullanılması için gerekli donanımın kurulması pahalı olduğundan büyük tesisler dışında bu fırınlar pek kullanılmaz. Buna karşılık, sıvı yakıtları yakan donanımın kurulması, işletilmesi ve bakımı ucuzdur.
Yüksekfırınlar ve kireç ocakları gibi bazı fırınlarda yakıt, ısıtılan maddeyle karıştırılır; böylece, yanma ısısının gerekli olduğu yerde en üst noktaya çıkması sağlanır. Bu tür tesislerde, yanmayı sağlayacak havanın dolaşabilmesi için, yakıt karışımının gözenekli durumda kalması gerekir.
Caz yakıtlı fırınlar. Fırınlar için olabilecek en iyi yakıt gazdır; çünkü en temiz biçimde yanan ve denetlenmesi en kolay yakıttır. Fırın sıcaklığının eşit dağılmasını sağlamak ya da kalın yağların kullanıldığı durumlarda ikincil yanmaya (yani, eksik yanma ürünlerinin yeniden yakılmasına) yardımcı olmak için, gaz fırına farklı noktalardan verilebilir.
Gaz, sıcak yüzeylerle temas halinde yakıldığı zaman, yanma verimi büyük ölçüde artar. Bu da, kendisi radyan olmayan gazın, yüzey sıcaklığını akkor derecesine yükseltmesine ve içerdiği ısıyı, çok verimli birisi iletim yolu olan ışınımla salıvermesine olanak sağlar.