انواع مشعل و عملکرد

مقدمه:

مشعل وسیله ای مکانیکی است که با ترکیب هوا و سوخت هایی نظیر گاز، گازوئیل و مازوت، انرژی سوخت را به انرژی حرارتی تبدیل می کند و یکی از اصلی ترین تجهیزات موتورخانه می باشد. عوامل اصلی تشکیل شعله در مشعل ها شامل هوا، سوخت و جرقه می باشد که هر یک از این عوامل اگر وجود نداشته باشند شعله تشکیل نمی شود. تامین هوا در مشعل ها می تواند از نوع طبیعی یا اجباری باشد.

وظیفه اصلی مشعل تامین گرمایش است که بیشترین مورد مصرف آن در موتورخانه ها و ایجاد شعله در بویلرها می باشد. گرمایش در مشعل ها با پاشش سوخت و ترکیب آن با هوا و جرقه ایجاد می شود و بصورت شعله به درون دیگ هدایت می شود.یکی از بیشترین مصارف مشعل ها تامین گرمایش در کوره ها و دیگ های چدنی و فولادی می باشد که با توجه به ظرفیت حرارتی آنها مدل مناسب مشعل انتخاب می شود. معمولا ظرفیت حرارتی مشعل حدود 20 درصد بالاتر از ظرفیت حرارتی دیگ یا کوره در نظر گرفته می شود و دلیل آن هم احتمال احتراق ناقص در مشعل می باشد. ظرفیت روی پلاک مشعل همان ظرفیت نامی مشعل می باشد که معمولا بر حسب کیلووات یا کیلوکالری در ساعت بیان می شود. کنترل روشن و خاموش شدن مشعل معمولا توسط ترموستات روی دیگ یا خط لوله آب گرم صورت می گیرد.

انواع مشعل از نظر سوخت مصرفی

• مشعل های گاز سوز
• مشعل های گازوئیل سوز
• مشعل های دوگانه سوز
• مشعل های مازوت سوز
• مشعل های سوخت جامد

مکانیزم عملکرد مشعل‌های سوخت مایع

سوخت مایع توسط فشار پمپ گازوئیل یا مازوت که متناسب با ظرفیت مشعل انتخاب گردیده است کاملاً به پودر تبدیل می شود تا احتراق آن به خوبی انجام پذیرد. سوخت مایع پودر شده توسط نازل یا نازلها (بر اساس ظرفیت) با هوا مخلوط می شود .مخلوط سوخت و هوای کاملاً آماده با جرقه تولید شده توسط ترانس جرقه زن محترق می گردد. محصولات احتراق پس از تبادل حرارت باید از محفظه احتراق خارج شوند.

فصل مشترک مشعل های سوخت مایع

•  نیاز به اتمایزه کردن سوخت مایع دارند.
  •    نیاز به ترکیب سوخت با هوای احتراق دارند.
  لزوم اتمایزه کردن سوخت مایع قبل از احتراق این است که بیشتر سوخت‌ها به دلیل پائین بودن عدد اکتان آنها به راحتی در حالت مایع محترق نمیشوند.
  به عنوان مثال اگر یک کبریت روشن را درون یک محفظهّ حاوی نفت فرو کنیم، شعله آن به سرعت خاموش می‌شود.لذا برای محترق کردن این قبیل سوخت‌ها، نیاز است تا آنها را از حالت مایع به حالت پودر (اتمیزه) تبدیل نمائیم. اتمیزه کردن سوخت، سطح تماس آن را با اکسیژن هوا بیشتر کرده و احتراق آن را آسان‌تر می‌کند.
  به عنوان مثال، می‌توان توسط یک نازل، دبی ۱ گالن بر ساعت سوخت نفتی در فشار عملکردی ۷ بار را به بیش از ۵۰ میلیارد قطره روغن در ساعت تبدیل کرد. سایز این قطره‌ها از ۰٫۰۰۰۲ تا ۰٫۰۱ اینچ متغیر است.
  به وسیله این فرایند سطح تماس سیال در حدود ۳۸۰۰ برابر افزایش می‌یابد. اگر اتمایزه شدن ناقص صورت گیرد، سایز قطرات خیلی بزرگ خواهد بود و این ذرات به صورت ناقص محترق شده و به صورت نیم سوز از شعله خارج می‌شوند.
  این مسئله به صورت پرتاب شدن ذرات آتش در شعله دیده می‌شود و تنها باعث احتراق ناقص و پایین آوردن راندمان و همچنین تشکیل رسوب در محفظه احتراق می‌شود.

چهار گروه اصلی از مشعل‌های مایع سوز

•  جت فشاری Pressure jet
  •    روتاری کاپ Rotary cup
  •    Air/stem-atomized
  •    Low pressure air atomizing

 

 

 

مشعل‌های مازوت سوز

•  دراین مشعل ها نیز فرایند پودر کردن سوخت توسط نازل انجام می شود. علاوه بر این موضوع، نازل باید این قطرات را با الگوی خاصی ایجاد نماید. جریان سوخت پودر شده باید در محدوده ی زاویه ای خاص از نازل خارج شده و توزیع قطرات سوخت در آن یکنواخت باشد. رایج ترین الگوی این جریان، الگوی مخروطی می باشد.فرایند پودر سازی سوخت به انرژی نیاز دارد. این انرژی در ابتدا از طریق پمپ سوخت مشعل به صورت فشار وارد سیستم شده و پس از آن به سرعت، تبدیل می شود.
  •    در صورت استفاده از مشعل مازوت سوز نصب پیش گرمکن (سوخت) به منظور جلوگیری از انجماد مازوت در هوای سرد ضروری است.

عملکرد و انواع نازل سوخت مایع در مشعل

وظیفه پاشش سوخت در مشعل‌های پرشر جت مایع سوز، با نازل است. نازل‌ها از نظر دبی سوخت عبوری، شکل پاشش سوخت و زاویه پاشش انواع مختلفی دارند. پمپ گازوئیل سوخت را تحت فشار به داخل نازل پمپ می‌کند.سوخت هنگام خروج از اریفیس تحت تاثیر نیروی گریز از مرکز‌‌، از مزکز نازل دور شده و به صورت یک لایه نازک با سرعت زیاد حرکت می‌کند. نازل‌ها از نظر شکل پاشش به سه الگوی اصلی دسته‌ بندی می‌شوند.انتخاب نازل از نظر زاویه پخش و الگوی آن بستگی به طرح محفظه احتراق و طراحی مشعل دارد. زاویه پاشش سوخت در نازل‌ها بین 30-90 درجه به 6 زاویه استاندارد 30‌، 45‌، 60‌، 70‌، 80‌، 90 تقسیم‌بندی می‌شود.

تنظیم سوخت و هوای مشعل

احتراق کامل سوخت حاصل تنظیم دقیق نسبت سوخت و هوا است. هرچه این نسبت با دقت بیشتری تنظیم شود راندمان احتراق بالاتر رفته و در نتیجه به سوخت کمتری احتیاج است. در مشعلهای کوچک تنظیم هوای موردنیاز احتراق مشعل توسط دمپر دستی انجام می شود ولی در مشعل های بزرگ این تنظیم به کمک دمپر اتوماتیک هوای مورد نیاز احتراق تامین می شود. البته با توجه به آنکه دمای هوای دیگ موتورخانه و رطوبت آن در طول سال متغیر است ، در مشعل های بزرگ ، باید در هر فصل دمپر هوا مورد تنظیم مجدد قرار گیرند. امروزه مشعل‌های مدرن مجهز به یک سیستم کنترل هوشمند PLC هستند که به صورت اتوماتیک نسبت بین سوخت و هوا را در تمام طول شبانه روز و تمام فصول سال تنظیم می نمایند.

 

 

 

 

مشعل های دوگانه سوز و سه گانه سوز

 

•  هرگاه عملکرد مشعل با بیش از یک نوع سوخت باشد به آن مشعل دوگانه سوز یا مشعل سه گانه سوز میگویند.
  •    معمولاً مشعل های دوگانه سوز با سوخت های گاز و گازوئیل کار میکنند و اگر چنانچه علاوه بر این سوختها بتواند با سوخت مازوت نیز کار کند به آن مشعل سه گانه سوز می گویند.
  •    بنابراین مشعل های سه گانه سوز که باید مانند مشعل های مازوت سوز دارای پیش گرمکن مازوت باشند قادرند با هر سه نوع سوخت گاز ، گازوئیل و مازوت کار کنند.

 

مشعل گازسوز

مشعل های گاز سوز از پر کاربردترین نوع مشعل ها می باشند که در تاسیسات مکانیکی و موتورخانه مورد استفاده قرار می گیرند که سوخت مصرفی آنها گاز طبیعی یا همان گاز شهری می باشد. هوای مورد نیاز احتراق و پرتاب شعله در مشعل های گازسوز توسط یک فن گریز از مرکز یا ونتیلاتور تامین می شود که موتور این فن می تواند از نوع تک فاز یا سه فاز باشد. کنترل هوا در مشعل های گازسوز توسط دمپر صورت می گیرد که در مشعل های کوچک از نوع دستی و در مشعل های بزرگ از نوع موتوری می باشد که توسط سرو موتور کنترل می شود.

کنترل سوخت نیز در مشعل های گازسوز توسط شیر برقی صورت می گیرد که هم قابلیت قطع و وصل و هم کنترل دبی سوخت را دارد. بر روی مشعل های گاز سوز یک رله کنترلی وجود دارد که در صورت کاهش فشار هوای ورودی و یا افزایش و کاهش میزان سوخت ورودی مشعل را خاموش می کند. امروزه مشعل ها دارای سیستم هوشمند و PLC می باشند که بصورت خودکار نسبت سوخت و هوا را تنظیم می کند. عمل پایداری و یکنواخت سازی شعله در مشعل های گازسوز توسط شعله پخش کن که در خروجی نازل سوخت قرار دارد انجام می شود. با تشکیل شعله در مسیر آن یک میله وجود دارد که در اثر برخود حرارت با آن یک جریان الکتریسیته بوجود می آید که در صورت هر گونه تغییر در این جریان شعله خاموش می شود.

اجزای مشعل گازی

مشعل گازوئیل سوز

در مشعل های گازوئیل سوز، اشتعال بوسیله ترکیب هوا با گازوئیل صورت می گیرد. در مشعل های گازوئیلی الکتروموتور علاوه بر، به حرکت درآوردن فن سانترفیوژ و تامین هوای مورد نیاز احتراق در مشعل، وظیفه به گردش درآوردن شفت پمپ گازوئیل و انتقال سوخت را نیز بر عهده دارد. پمپ گازوئیل مشعل های گازوئیلی از نوع دنده ای فشار قوی می باشد. در این مشعل ها ابتدا سوخت پس از عبور از فیلتر گازوئیل توسط شیر برقی کنترل می شود و در نهایت توسط نازل از حالت مایع به صورت پودر تزریق می شود و به همین جهت به آنها مشعل های جت فشاری یا پودر کننده فشار قوی تفنگی نیز می گویند. در خروجی نازل الکترودهای جرقه زن قرار دارند که باعث ایجاد احتراق ترکیب گازوئیل و هوا و در نتیجه تشکیل شعله می شوند. در مشعل های گازوئیلی برای کنترل شعله از سنسور چشمی استفاده می شود که در صورت عدم تشکیل شعله مجموعه فن، پمپ و مشعل را خاموش می کند.

اجزای مشعل گازوئیلی

1. فیلتر
2. پمپ گازوئیل
3. شیر برقی
4. نازل
5. الکتروموتور
6. فن سانترفیوژ دمنده هوا
7. دمپر تنظیم هوای ورودی
8. سنسور کنترل شعله
9. رله تنظیم سوخت

مشعل دوگانه سوز

مشعل های دوگانه سوز قابلیت تولید گرما هم با سوخت گاز طبیعی و هم با سوخت مایع یا همان گازوئیل را دارند. در این مشعل ها با کلید قرار گرفته روی بدنه می توان سوخت مصرفی مشعل را انتخاب کرد. در مناطقی که قطعی گاز وجود دارد می توان برای جلوگیری از عدم قطعی گرمایش از مشعل های دوگانه سوز استفاده کرد. همچنین این مشعل ها در پالایشگاه ها برای تامین گرمایش بویلرها قابل استفاده هستند تا در زمانی که حجم گاز تولید زیاد می باشد از سوخت گاز برای تامین گرمایش و در زمانی که تولید مواد نفتی همچون گازوئیل و مازوت بیشتر است از این سوخت ها در تامین گرمایش استفاده کنند.

مشعل مازوت سوز

اساس کارکرد مشعل های مازوت سوز همچون مشعل های گوزوئیلی می باشد و سوخت مصرفی این مشعل ها مایع است. مشعل های مازوت سوز عمدتا در واحدهای پالایشگاهی برای تامین گرمایش بویلرها و کوره ها مورد استفاده قرار می گیرند. سوخت این مشعل ها همان مازوت یا نفت کوره می باشد که جز محصولات نفتی پالایشگاه ها است. شرکت گرم ایران یکی از برند های معتبر تولید کننده داخلی مشعل های مازوت سوز می باشد.

مشعل جامد سوز

مشعل های جامد سوز برای ایجاد گرمایش توسط سوخت های جامد نظیر چوب، زغال سنگ، زغال کک، خاک اره و … مناسب می باشند. از مشعل های جامد سوز در قدیم استفاده می شد و با فراوانی سوخت های مایع نظیر گازوئیل و نفت یا گاز استفاده از آنها بسیار محدود شد. استفاده از مشعل های سوخت جامد برای مواردی که امکان دسترسی به سوخت گاز یا گازوئیل مهیا نباشد کاربرد دارد. البته در صنایعی همچون ذوب آهن و یا واحد های نیروگاهی استفاده از مشعل های جامدسوز همچنان متداول می باشد.

انواع مشعل و عملکرد

دانلود مقاله