مشعل دستگاهی است که با ترکیب مقدار معینی هوا با سوخت در یک فضای ایمن، انرژی سوخت را به انرژی گرمایی تبدیل می‌کند در اثر این احتراق مقداری گاز نیز تولید میشود. این انرژی تولید شده توسط دو روش جابه‌جایی و تشعشع به محیط اطراف انتقال داده میشود.
کار اصلی مشعل ایجاد گرمایش است؛ یکی از بزرگترین استفاده‌های مشعل در صنعت گرمایش به عنوان موتور احتراق بویلرها است همچنین در انواع دیگ‌ها، مشعل‌هایی با ظرفیت کاری متفاوت استفاده میشود.
طرز کار مشعل بدین شکل می‌باشد که با پاشش سوخت (گاز، گازوییل، مازوت) از طریق ورودی و ایجاد جرقه حرارت مورد نیاز را به صورت شعله به داخل کوره هدایت می‌کند.
در مشعل و دیگ تعدادی کنترل‌کننده وجود دارد که میزان و زمان هر کدام از فرایندهای مشعل را کنترل می‌کنند. برای مثال ترموستات دیگ و کنترل دود که گاهی به جای آن از سلول فتوالکتریک استفاده میشود به‌طور خودکار باعث کار کردن و از کار افتادن مشعل میشود.
یک سیستم ایجاد آتش یا مشعل عبارت است از
مشعل گازسوز
این مشعلها برای احتراق گاز طبیعی طراحی شده‌اند. دبی سوخت گازی لازم در این مشعلها، توسط شیر برقی کنترل شده و هوای لازم برای احتراق آنها، توسط یک دمنده که بر روی محور موتور نصب شده‌است، تأمین میشود. دبی این هوا توسط دمپر هوایی که در ساختمان مشعل نصب شده‌است، کنترل میشود.
جریان گاز از یک فیلتر عبور کرده، با هوای احتراق مخلوط شده و آمادهٔ احتراق میشود. اگر فشار هوای احتراق از حدی کمتر شده یا دبی سوخت از مقدار مورد نظر بیشتر یا کمتر شود، این موضوع توسط سنسورهای فشارِ تعبیه‌شده در مشعل حس شده و مشعل به وسیلهٔ یک رلهٔ کنترلی، خاموش میشود. در صورت مناسب بودن تمام شرایط ذکر شده، در نهایت مخلوط سوخت گازی و هوا، توسط جرقه (که به وسیلهٔ یک ترانس ولتاژ بالای نصب‌شده در ساختمان مشعل ایجاد میشود) یا به وسیلهٔ شعلهٔ یک شمعک که در مسیر خروجی جریان قرار می‌گیرد، محترق میشود. همچنین به منظور یکنواخت کردن و پایدارسازی شعله، از یک شعله‌پخش‌کن در جلوی نازل سوخت استفاده میشود. به منظور کنترل فرایند احتراق، از یک سنسور به نام میلهٔ یونیزاسیون، در مسیر شعله استفاده میشود. در صورت برقرار شدن شعله و وجود حرارت، یک جریان الکتریکی در آن برقرار شده و رلهٔ مشعل با دریافت این جریان به عملکرد خود ادامه می‌دهد. اگر به هر علت، تغییری در وضعیت این جریان رخ دهد، مشعل توسط رله خاموش میشود.
مشعلهای دوگانه‌سوز
مکانیزم عملکردی مشعل‌هایی که با سوخت مایع کار می‌کنند را می‌توان به صورت زیر بیان کرد:
سوخت مایع می‌بایست به پودر تبدیل شود تا احتراق روی آن به خوبی انجام گیرد این سوخت پودر شده با هوا ترکیب میشود دمای ترکیب باید تا بالای دمای احتراق افزایش یابد. یک ورودی پیوسته از سوخت و هوا باید تأمین شود محصولات احتراق باید از محفظهٔ احتراق خارج شوند
مشعلها انواع مختلفی دارند، اما در ساختمان تمامی آنها دو فصل مشترک وجود دارد:
علت اتمیزه کردن سوخت مایع این است که بیشتر سوخت‌ها در حالت مایع به راحتی محترق نمی‌شوند. به عنوان مثال اگر یک کبریت روشن را درون یک محفظهٔ حاوی نفت فروکنیم، شعلهٔ 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 کنیم. اتمیزه کردن سوخت، سطح تماس آن را با اکسیژن هوا بیشتر کرده و احتراق آن را آسان‌تر می‌کند. به عنوان یک مثال، می‌توان توسط یک نازل، دبی ۱ گالن بر ساعت سوخت نفتی در فشار عملکردی ۷ بار را به بیش از ۵۰ میلیارد قطرهٔ روغن در ساعت تبدیل کرد. سایز این قطره‌ها از ۰٫۰۰۰۲ تا ۰٫۰۱ اینچ متغیر است. به وسیلهٔ این فرایند سطح تماس سیال در حدود ۳۸۰۰ برابر افزایش می‌یابد. اگر اتمیزه 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 بودن راندمان نشده و باعث تشکیل رسوب در محفظهٔ احتراق نیز میشود.
به صورت کلی چهار گروه اصلی از مشعلهای مایع سوز وجود دارند که هر کدام از آنها سوخت را به روش خاصی اتمیزه می‌کند:
مشعل جت فشاری
در این مشعل، سوخت فشرده شده و از درون یک نازل عبور داده میشود. این نازل سوخت را پودر می‌کند، آن را با هوای احتراق مخلوط کرده و باعث احتراق میشود. در سوختهای نفتی سنگین، فشاره اتمیزه کردن باید تا ۳۰ بار بالا رود و در سوختهای نفتی سبک، این فشار تا ۶ بار می‌رسد.
مزایای مشعل جت فشاری عبارتند از
معایب مشعلهای جت فشاری
مشعلهای هوا/بخار اتمی شده Air/Steam-Atomized
در این نوع از مشعل، سوخت در فشار کمتری نسبت به مشعلهای جت فشاری معمولی، به درون نازل تغذیه میشود (کمتر از ۶ بار). بخار یا هوای فشرده نیز به درون نازل تغذیه میشود. سوخت و هوا به خوبی درون نازل با یکدیگر مخلوط می‌شوند. پس از آن ترکیب مذکور از نازل خارج شده، انبساط یافته و یک اسپری از سوخت اتمیزه شده را ایجاد می‌کند. نمای نازل به کار رفته در این مشعلها در شکل زیر نشان داده شده‌است.
مزایای این مشعلها
معایب این مشعلها
مشعلهای Rotary Cup[
در مشعلهای روتاری کاپ سوخت در فشار کمی (۲٫۵ بار) وارد انتهای یک محفظهٔ در حال دوران شده و به سمت دیوارهٔ این محفظه پرتاب شده و به صورت یک فیلم بسیار نازک از سیال، از لبه‌های محفظه خارج میشود. محفظهٔ دورانی این مشعلها توسط بک موتور الکتریکی با سرعتی در حدود 5000RPM دوران می‌کند. یک فن اصلی هوا، به صورت هم مرکز با محفظهٔ دورانی، دوران کرده و هوا را اطراف بخش خارجی محفظه می‌دمد. این هوا با فیلم سیال برخورد کرده و آن را به قطرات کوچک تبدیل می‌کند.
مزایای مشعلهای Rotary cup
معایب این مشعلها
مشعلهای هوای فشار پایین اتمی شده
در این مشعلها سوخت مایع در فشار بسیار کم (۰٫۵–۰٫۲ بار) وارد یک جریان هوای سرعت بالا میشود. هوای پر سرعت، سوخت را به قطرات ریز تبدیل کرده و آشفتگی‌های موجود در هوا، سوخت و هوا را با هم ترکیب کرده و آن را بیشتر اتمیزه می‌کند. منبع تأمین هوا، معمولاً یک دمندهٔ فشار بالا است.
مزایای این مشعل
معایب این مشعلها
نام برخی قطعات، شرح و نقش قطعه در مشعل گازسوز
در شیر تک ضرب با برق دار شدن سیم پیچ شیر فوراً باز شده و جریان گاز از آن عبور می‌کند و با قطع برق نیز سریعاً بسته میشود. شیرهای تک ضرب در کنترل گاز مشعلهای کوچک به‌تنهایی جهت قطع و وصل گاز به مشعل استفاده میشود. اما در مشعلهای بزرگتر تنها به عنوان شیر ایمنی در خط گاز نصب میشود و شیر تدریجی است که وظیفه تأمین گاز مشعل را به عهده دارد. عملکرد شیر تدریجی مشابه شیر تک ضرب است با این تفاوت که با برق دار شدن سیم پیچ و جذب هسته آهنی شیر به آرامی باز میشود. کنترل این فرایند شبیه به کمک فنر خودرو است. در بالای شیر یک محفظه روغن قرار دارد که با برق دار شدن سیم پیچ و بالا رفتن هسته آهنی روغن موجود در آن به آرامی تخلیه میشود و در نتیجه دیسک به آرامی از روی نشیمنگاه بالا رفته و مسیر را به تدریج می‌گشاید.
انتخاب مشعل]
سازندگان مشعل قدرت حرارتی هر مشعل را در جدول‌هایی ارائه می‌دهند. این اعداد شامل حداقل و حداکثر قدرت حرارتی یک مشعل است. از آنجاییکه قدرت حرارتی مشعل در فشار اتسمفر (سطح دریای آزاد) به حداکثر خود می‌رسد برای انتخاب مشعل مناسب می‌بایست به ازاء هرهزار متر ارتفاع از سطح دریا ۱۳٪ به قدرت مشعل انتخابی افزود؛ بنابراین در شهرهایی که از سطح دریا ارتفاع زیادی دارند به مشعلهای بزرگ‌تری نسبت به شهرهای پست احتیاج است.
دودکش
مشعل های گازسوز معمولا برای گاز طبیعی طبیق استاندارد 4788 – DIN طراحی می شوند . پروانه مشعل روی محور موتور نصب واز نظر دینامیکی بالانس می شود تا عملکرد یکنواختی را ایجاد کند .
مقدار هوای لازم برای احتراق مناسب ، توسط دمپر هوا کنترل می شود . ضمنا روی مشعل کلید مخصوص کنترل فشار هوا نصب شده تا هنگام کمبود جریان هوا ، خودبخود ، مشعل را خاموش کند . این کلید علاوه بر تضمین ورود هوای کافی برای احتراق بصورت یک کلید ایمنی خود کار نیز عمل می کند .
جریان گاز مشعل نیز به وسیله یک شیر برقی،بصورت اتوماتیک ، قطع و وصل می شود . در صورتیکه فشار گاز ورودی به مشعل از مقدار مورد نظر کمتر شود . به صورت خودکار به وسیله یک کلید کنترل فشار گاز که بر روی مشعل تعبیه شده قطع می شود .
به منظور پایدار کردن شعله و اختلاط بهتر گاز با هوا احتراق ، یک شعله پخش کن ،با پره های مناسب در جلوی نازل (افشانک) تعبیه شده است .
مخلوط گاز و هوا توسط جرقه ای که بوسیله ترانس با ولتاژبالا،بین الکترود جرقه زن و سر نازل (افشانک) ایجاد میشود ، مشعل میگردد.
اساس کنترل و و نظارت بر تداوم شعله بر اصل یونیزاسیون استوار است که با مشاهده شعله ،پایداری آن تضمین می گردد.
مشعل ها را می توان بر اساس یک مرحله ای و دو مرحله ای طبقه بندی کرد.
برنامه کار مشعل های یک مرحله ای
با شروع کار مشعل،موتور دمنده به گردش در می آید و گاز موجود در آتشدان را طی مدت زمان معینی از طریق دودکش تخلیه می کند .سپس با تحریک شدن ” کلید کنترل فشار هوا” موتور به کار خود ادامه می دهد . در این مرحله ترانس با قرار گرفتن در مدار بین الکترودها یا در بعضی ازنمونه ها مشعل بین یک الکترود و سر افشانک (نازل) جرقه تولید می کند .
پس از لحظه ای، شیر برقی گاز باز می شود ، گاز با هوای لازم مخلوط شده و به وسیله جرقه ایجاد شده در بین الترودها که هنوز در مدار می باشند مشتعل می گردد.
در این مرحله میله یون که در کنار الکترود جرقه زن قرار دارد جریان ضعیفی (1-10 (دریافت و با انتقال آن به رله اجازه ادامه کار را مشعل و با باز شدن تدریجی شیر برقی گاز تا ماکزیمم را صادر می کنند.
به هرعللی اگر رله این جریان ضعیف را دریافت نکند، بلا فاصله رله فرمان خاموش شدن مشعل را صادر می کنند.
در صورت مناسب بودن همه شرایط کارکرد،مشعل بکار خود ادامه می دهد .
با رسیدن دما به مقدار تنظیم بروی ترموستات،مشعل خاموش می شود .در زمتن خاموش شدن مشعل شیر برقی فورا بسته می شود .
مشعل دو مرحله ای در این نوع مشعل به منظور استفاده بهینه از عملکرد مشعل در هر مرحله ،از مکانیزم کنترل خاصی جهت هماهنگی بین گاز و هوا استفاده می شود . در این مکانیزم میزان هوا و گاز در هر مرحله به گونه ای تنظیم می شوند که حداکثر راندمان احتراق حاصل میگردد.
مکانیزم کنترل مشعل های دو مرحله ای
عملکرد مشعل های دو مرحله ای به گونه ای است که در هر مرحله تخلیه،دریچه گاز بسته و دریچه هوا کاملا باز می باشد (توسط موتور دمپر و مکانیزم آن) تا عمل تخلیه محفظه احتراق صورت گیرد .
سپس در مرحله بعدی مشعل با با بسته شدن نسبی دریچه هوا (توسط موتور دمپر و مکانیزم آن ) و دریچه گاز ( توسط شیر برقی ) به حالت استارت شروع بکار می کند ، در این مرحله مخلوط هوا و گاز توسط سیستم جرقه زن مشتعل می گردد.
بعد از ایجاد شعله، این سیستم بطور خودکار دریچه هوا و گاز را به میزان مورد نیاز باز می کند تا مشعل در حالت شعله زیاد به کار خود ادامه دهد . تمام این مراحلی که بدان اشاره کردیم توسط واحد منترل (رله) و مکانیزم کنترل هماهنگ گاز و هوا و سرورموتور کنترل می شود .
برنامه کار مشعل های دو مرحله ای با شروع بکار مشعل، توسط ” مکانیزم کنترل هماهنگی بین گاز و هوا” دریچه ورودی گاز کاملا بسته ودریچه هوا کاملا باز می شود.
با در مدار قرار گرفتن موتور دمنده، گازهای موجود در آتشدان طی مدت زمان معین از طریق دودکش توسط این دمند تخلیه می شود. سپس با تحریک شدن ” کلید کنترل فشار هوا ” موتور به کار خود ادامه می دهد . بعد از ای مرحله واحد کنترل فرمان باز شدن را به شیر برقی را صادر می کنند .
( این نوع مشعلها مجهز به 1 عدد شیر برقی گاز تک ضرب و یک عدد شیرتدریجی می باشند ) در این مرحله مکانیزم کنترل هماهنگی بین گاز و هوا ، دریچه هوا را در وضعیت 15 و دهانه دریچه شیر برقی گاز را به میزان تظیم شده برای حالت استارت باز می کنند . در مرحله بعدی حالا ترانس جرقه با قرار گرفتن در مدار بین الکترودها یا در بعضی از نمونه ها مشعل بین یک الکترود و سر افشانک ( نازل ) جرقه تولید می کند و این امر باعث مشتعل شدن مخلوط گاز وهوا می شود .
با مشتعل شدن شعله میله یون که در کنا ر الکترود جرقه زن قرار دارد جریان ضعیفی (10- 1) دریافت و با انتقال آن به رله اجازه ادامه کار را به مشعل و سپس فرمان باز شدن تا مرحله نهایی را به مکانیزم کنترل هماهنگی بین گاز و هوا را صادر می کنند. در این مرحله دریچه هوا و گاز تا میزان لازم برای مرحله دوم باز شده و مشعل در حالت شعله زیادبه کار خود ادامه می دهد.در مشعلهای دو مرحله ای تا هنگامیکه مشعل توسط دست و یا دستگاه کنترل کننده ایمنی (ترموستات ایمنی ) قطع نشده باشد به صورت خودکار بین %50 ا لی %100 عمل می کنند. اما به محض اینکه دما یا فشار به میزان تنظیم شده برای حالت مرحله 1 رسید مشعل به حالت %50 ظرفیت بکار خود ادامه می دهد.
در صورت نیاز به حرارت بیشتر مشعل به صورت خودکار به حالت %100 به کار خود ادامه می دهد .
1- اگر ترموستات بصورت سری در بین ترمینال های شیربرقی (2) و سرو و موتور قرار گرفته باشد مشعل به صورت دو مرحله ای عمل می کند ، یعنی با دریافت فرمان از ترموستات مشعل از حالت شعله زیاد به حالت شعله کم تغییر وضعیت می دهد ، در شرایط از این به بعد مشعل در حالت %50 ظرفیت به کار خود ادامه می دهد .
2- اگر ترموستاتت به صورت سری در مدار بن فاز ورودی و ترمینال فاز ورئدی پایه رله قرار گرفته باشد با عملکرد ترموستات مشعل خاموش می شود .
تجهیزات کنترل و ایمنی
ترموستات
تعریف ترموستات (ترمو-حرارت ) و (استارت = قطع و صل ) بنابر این ترموستات به معنی قطع و وصل با تغییر درجه حرارت است ودر صنعت وسیله ایست که برای کنترل درجه حرارت یک فرایند گرمایی یا سرمایی مورد استفاده قرار می گیرد. به عبارت دیگر ترموستات کنترل کننده درجه حرارت است . یکی از متداولترین ترموستات ها در فرایند مشعل های گاز سوز ترموستات مستغرق واحد است که معروف به آکوستات مستغرق و اکوستات حد می باشند ( آکوستات اسم تجاری یک برند می باشد لذا فکر می کنم این برند جزء اولین برندهای بوده که وارد بازار ایران شده و به همین خاطر همه تاسیسات کار محترم ان را به نام آکوستات می شناسند )
انواع ترموستات
ترموستات تنظیم درجه دیگ ( ترموستات کنترل ) یا ( اتوماتیک ) این قطعه وسیله ای است که توسط آن با افزایش و رسیدن دمای دیگ به دمای تنظیم شده فرآیند احتراق را متوقف و با دریافت پیام دوباره که نشان دهنده آن است که دمای دیگ کاهش یافته دستور شروع کار دوباره را به مشعل صادر می کند . این قطعه با علامت (TR) مشخص می شود .
ترموستات ایمن یا حد همانطو که از اسم این کنترل کندده مشخص است این ترموستات در کنار این ترموستات ( TR) وارد عمل شده و جریان برق به دستگاه را قطع می کند .
ترموستات حد از نظر عملکرد و ساختمان مشابه ترموستات کنترل ( اتوماتیک ) می باشد ، با این تفاوت که در بعضی از انها ضامنی وجود دارد مه وقتی این کنترل کننده عمل کرد مجددا وصل نگردد تا ری ست ( RESET ) شود . لذا راه اندازی مجدد مشعل فقط با فشار دادن دکمه ای که بر روی ترموستات قرار گرفته امکان پذیر می شود . این قطعه با علامت ( SaftyThermostste) ( ST) مشخص می شود .
تنظیم رنج ترموستات حد ( آکوستات حد) را معمولا بیشتر از آکوستات اتوماتیک تنظیم می کند ( حدود 5 الی 10 بیشتر ) بشرطی که از درجه حرارت تبخیر آب در آن فشار تجاوز نکند ، شکل زیر قرار گرفتن کنترل حد را در یک مدار مشعل نشان می دهد.
ترانس جرقه
این دستگاه ولتاژ 220 ولت را به 10000 ولت تبدیل کرده و باعث ایجاد جرقه قوی بین الکترودها ی جرقه می شود . این دستگاه در حقیقت یک ترانسفور ماتور الکتریکی است که در زمان مناسب با دریافت فرمان از رله برای مشتعل کردن مخلوط سوخت و هوا جرقه ایجاد می کند . این قطعه با علامت ( TT) یا ( Z) مشخص می شود .
مبدل های حرارتی انرزی حرارتی را از یک وسیله به وسیله دیگر منتقل می کنند . صنعت معمولا از مبدل های “دو سیال ” استفاده می کند . هر دو سیال می توانند بخشی از جریان فرایند باشند . اگر فقط یک جریان فرایند بکار گرفته شود ، سیال دیگر معمولا برای گرمایش بخار ، یا برای سرمایش آب یا هوا است .
مبدل های حرارتی پوسته و لوله SHELL – AND – TUBE HEAT EXCHANGER ) رایج ترین مبدل های حرارتی در صنعت هستند . شکل 3 مبدل حرارتی پوسته و لوله را نشان می دهد . این مبدل متشکل از یک پوسته فلزی با لوله هایی در داخل که معمولا به صفحه انتهایی به نام سر شناور جوش می خورند ، می باشد . اتصالات ورودی و خروجی برای سیال جریان فرایند و گرم کردن یا سرد کردن سیال و روکش های فلزی در هر انتهای سر شناور سیال را در مبدل نگه می دارند ،
اغلب سیال جریان فرایند در لوله ها و سیال گرم کننده یا سرد کننده در اطراف بیرونی لوله ها در پوسته جاری می شوند . به درزگیرها یا آب بندها در فلنج های ورودی و خروجی که به سیستم لوله کشی و بین پوسته سرهای شناور و روکش ها متصل هستند نیاز است فلنج های وردی و خروجی از انواع رایجی که قبلا توصیق شده اند هستند و از خلقه یا درزگیر ها یا اب بند های تمام سطح استفاده می کنند .
درزگیر های روکش بسته به طراحی مبدل می توانند ساختارهای پیچیده ای داشته باشند این درگیر ها نیز بسته به طراحی مبدل میتواند بسار بزرگ باشند و میتوانند قطرهای بیرونی بزرگتر از 100 اینچM 54/2 داشته باشند درزگیرهایی که که بین سرهای شناور و پوسته را آب بندی می کنند معمولا درزگیر هی حلقه ای هستند .
توجه : در بیشتر موارد درزگیرهای هم روکش و هم پوسته با پیچ های مشابهی آب بندی می شوند . یکی از موفق ترین درزگیر ها در کاربرد های مبدل حرارتی درزگیر Graphonic می باشد زیرا چرخه حرارتی مکرر رایج در این تجهیزات را کنترل می کند . صنایع پالایش روغن فراوری مواد شیمیایی و تولید برق مصرف کننده های عمده مبدل های حرارتی هستند . هر سال صدها هزار درزگیر مبدل حرارتی تعویض می شود .
دریچه ها دریچه وسیله است که جهت یا میزان جریان سیال یا فشار و دمای آن را یا متوقف می کند یا شروع می کند یا تغییر می دهد تاریخچه دریچه ها کمتراز با تاریخچه لوله کشی فلزی می باشد . در دوران امپراطور ی رم از دریچه های چوبی استفاده می کردند با وردو لوله کشی فلزی طراحی اولیه دریچه صورت گرفت مانند انواع دروازه ها و شیرهایی که در زیر نشان داده شده است .
در سال های اخیر تکنولوژی دریچه طوری توسعه یافته است که با نیاز های سطح بالا و سیستم های جدید انرزی هم خوانی داشته باشد اکنون ما علاوه بر دریچه های گوه ای و کروی از دریچه های شیر فلکه ای پروانه ای چرخان نشانه دار ، دیافراگم pich clasp دو شاخه ای تنظیم کننده ی فشار و نیز دریچه های اطمینان برخوداریم عینا بیلون ها دریچه در حال کار و یاری رساندن به بشر هستند و بسیاری از آنها نیز به دو یا سه درز بند دارند هر کدام از این دریچ ها یک درز گیر برای فلنج مخرج ، فلنج مدخل و یک درزگیر برای کلاهک درپوش نیاز دارند برای دریچه هایی که لوازم نخ کشیده دارند به جای درزگیر از نوار بند کشی لوله از نوع PTFE استفاده می کنند .
