مشعل موتورخانه
مشعل
مشعل با اختلاط صحیح سوخت و هوا موجب تشکیل شعله و تامین گرمای لازم برای تهیه اب گرم و بخار می شود.
انواع مشعل از نظر سوخت مصرفی
الف – مشعل با سوخت جامد
ب – مشعل با سوخ مایع ( گازوئیل، مازوت )
ج – مشعل با سوخت گازی (گاز طبیعی ، شهری، مایع)
د – مشعل دو گانه سوز ( گاز و گازوئیل )
انواع مشعل از نظر تخلیط هوا باسوخت
الف – مشعل فن دار
ب – مشعل اتمسفریک ( بدون فن برای واحد های یکپارچه گرمایشی؛ برخی کوره های هوای گرم کم ظرفیت، اب گرمکن های لحظه ای و در مجموع تجهیزات مولد گرمایش کم ظرفیت و برخی دیگ های چدنی تا 70000 کیلو کالری در ساعت یا 277780 بی تی یو در ساعت )
ساختار و قطعات اصلی
مشعل ها فارغ از نوع سوخت مصرفی دارای قسمت های کم و بیش مشابه ای هستند. سیستم تنظیم هوا، سیستم جرقه، سیستم کنترل شعله،سیستم سوخت رسانی والات کنترل ار این جمله اند.
سیستم جرقه شامل دو قسمت اصلی ترانس جرقه و الکترود های جرقه است. ترانسفورماتور جرقه با تولید ولتاژی حدود 12000 ولت موجب ایجاد قوس الکتریکی در دو سر الکترود های جرقه می شود و سوخت را در محفظه احتراق شعله ور می کند.ترانس های جرقه در دو نوع ترانس با جرقه دائمی و موقتی به کار می روند که البته نوع دوم کاربرد بیشتری دارد.
در نوع اول، ترانس جرقه در تمام مدت کار مشعل فعال است و به همین دلیل در ابعاد و با کیفیت مخصوصی ساخته می شود تا تحمل کار در زمان طولانی را داشته باشد. ترانس های نوع دوم در زمان معینی کار می کنند و پس از برقراری شعله توسط رله کنترل کننده از مدار خارج می شوند. الکترود های جرقه که از جنس استیل با روپوش چینی ساخته می شوند نقش برقراری قوس الکتریکی حاصل از افزایش ولتاژ در ترانس را برعهده دارند. در برخی از مشعل های گاز سوز تنها از یک الکترود به عنوان قطب و باری قطب دیگر از بدنه فلزی مشعل استفاده می شود.
سیستم کنترل شعله، وجود و یا عدم وجود شعله در محفظه احتراق را کنترل می کند و در صورت ققطع و یا عدم برقراری شعله مشعل را از ادامه کار باز می دارد تا سوخت بدون وجود شعله در محفظه احتراق جمع نشود. در مشعل های گازوئیلی این وظیفه به عهده چشم الکتریکی است. در صورت عدم رویت شعله و نور حاصل از ان مقاومت چشم الکتریکی افزایش یافته و جریان الکتریکی رله قطع می شود. در برخی از مشعل های گاز سوز نیز از چشم الکتریکی برای کنترل شعله استفاده می شود. اما فتوسل مشعل های گازی نسبت به اشعه فرابنفش حساس هستند و از این جهت با فتوسل مشعل های گاروئیل سوز فرق می کنند. در اکثر مشعل های گازی برای کنترل شعله از میله ای فلزی به نام میله یونیزاسیون که در فضای شعله قرار می گیرد استفاده می شود.
مولکول های گاز و هوا در اثر گرمای ناشی از اشتعال یونیزه می شوند و به همین دلیل جریان ضعیفی بین میله یونیزاسیون و بدنه مشعل به وجود می اید که رله کنترل کننده مشعل از ان متاثر شده و ادامه کار مشعل را میسر می سازد.
سیستم سوخت با توجه به نوع سوخت مصرفی مشعل متفاوت است. در مشعل های گازوئیل سوز جهت پودر نمودن سوخت از پمپ گازوئیل چرخ دنده ای یا دوار استفاده می شود. در مشعل های گازسوز به دلیل فشار گاز نیازی به تجهیزات فشار ساز اضافی نیست. زیرا گاز با فشار خود وارد محفظه احتراق می شود.
شیر برقی نیز از جمله قطعات کنترل سوخت است که با فرمان رله اصلی مسیر عبور سوخت را به سمت محفظه احتراق باز می کند.
در مشعل های گازوئیلی این شیر به یکباره مسیر سوخت را به طرف نازل گشوده و یا می بندد اما در مشعل های گاز سوز به دلیل امکان وقوع انفجار شیر برقی به صورت تدریجی مسیر عبور گاز را باز نموده و شعله به اهستگی افزایش می یابد، اما نحوه قطع ان دفعی و سریع است.
در مشعل های گاز سوز استفاده از رگولاتور و کلید کنترل فشار گاز به منظور کنترل فشار و دبی گاز ضروری است.
رله مشعل، کنترل کلیه عملیات را به عهده دارد. عملیاتی چون خاموش و یا روشن نمودن مشعل با فرمان ترموستات، کنترل وضعیت شعله توسط فتوسل یا میله یونیزاسیون، مدت زمان کار ترانس جرقه، باز یا بسته شدن شیر برقی از جمله اعمالی است که این رله نحوه کار و زمان بندی انها را کنترل می کند.
طراحی و انتخاب مشعل
مشعل یک موتورخانه قلب تپنده آن موتورخانه است. در واقع منبع اصلی تمام انرژی و گرمای مورد نیاز در موتورخانه از مشعل تولید می‌شود. مشعل با سوزاندن سوخت گرمای مورد نیاز برای سیال فرآیندی موتورخانه و حرارت مرکزی را تامین می‌کند. به طور کلی مشعل با سه نوع سوخت گاز، گازوییل و مازوت تهیه می‌شود. برای انتخاب مشعل بعد از مقدار مورد نیاز سوخت مصرفی با استفاده از کاتالوگ شرکت‌های سازنده مشعل مورد نیاز انتخاب می‌شود. مراحل طراحی و محاسبه مشعل به این صورت است.
- ابتدا میزان قدرت حرارتی دیگ محاسبه و در نظر گرفته می‌شود. نحوه محاسبه دیگ از جمع اتلاف حرارتی ساختمان و گرمای مورد نیاز برای آب گرم مصرفی و اعمال ضریب اطمینان به دست می‌آید که در قسمت طراحی دیگ آورده شده است. قدرت حرارتی دیگ با QB نشان داده می‌شود.
- مقدار ارزش حرارتی برای سوخت‌ها متفاوت است. با توجه به اینکه مشعل معمولا از سوخت مازوت، گاز و یا گازوییل استفاده می‌کند ارزش حرارتی این سوخت‌ها در محاسبه وارد می‌شود. ارزش حرارتی برای گازوییل 10750(kcal/kg)، برای گاز حدودا 10500(kcal/kg)، و برای مازوت حدودا 10000(kcal/kg) است. برای محاسبه ارزش حرارتی مازوت در نظر گرفته می‌شود. زیرا این سه مقدار به هم نزدیک هستند و مازوت کمترین بار حرارتی را بین این 3 دارد و ضریب اطمینان را برای هر سه سوخت اعمال می‌کند.
- اعمال راندمان مشعل برای محاسبه مشعل مورد نیاز که به حرف E نشان داده می‌شود و استفاده از فرمول زیر برای به دست آورن وزن سوخت مصرفی مشعل
(W=QB/(10000*E
در اینجا W وزن سوخت مصرفی مشعل بر حسب kg/hr) QB) قدرت حرارتی دیگ بر حسب واحد kcal/hr)، 10000) واحد ارزش حرارتی برای یک کیلوگرم سوخت است که واحد آن (kcal/kg) است و E راندمان مشعل و بدون واحد است.
راندمان مشعل با توجه به نوع مشعل، و شرکت سازنده آن متفاوت است و عددی بین 60 تا 85 درصد را شامل می‌شود. برای مشعل‌های بهتر این راندمان بیشتر هم می‌شود.
ساختمان مشعل گازوییل سوز
بدنه این نوع مشعل معمولا از آلیاژ مقاوم و سبک ساخته می‌شود و با ورق‌کاری اجزا درون آن پوشیده می‌شوند. اجزای این نوع مشعل عبارتند از:
- الکتروموتور: که بادزن و گمگ مشعل را به حرکت درمی‌آورد.
- بازن: که هم محور با الکترو موتور بوده و هوای لازم برای مخلوط سوخت را تامین می‌نماید.
- دریچه هوای ورودی: که قابل تنظیم است و برای کنترل مقدار هوای ورودی به مشعل استفاده می‌شود.
- شعله پخش کن: این قسمت هوای دمیده شده توسط بازن را در حالت دورانی قرار می‌دهد و باعث مخلوط شدن بهتر سوخت و هوا می‌شود.
- ترانسفورماتور فشار قوی: این قسمت وظیفه ایجاد ولتاژ بالا(حدود12000 ولت) را برای تولید جرقه فعالسازی دارد.
- لوله‌های سوخت: بر روی این لوله‌ها انواع شیرهای مغناطیسی برای انتقال سوخت به پمپ سوخت نصب شده است.
- پمپ سوخت: این قسمت از نوع چرخ دنده دوار است. پمپ در واقع وظیفه انتقال سوخت از منبع سوخت به مشعل را دارد. پمپ سوخت را با فشار 5 تا 20 اتمسفر مکیده و توسط لوله‌های انتقال به نازل می‌رساند. پمپ سوخت نمی‌تواند در ارتفاع مکش بیشتر از 18 فوت(حدودا6 متر) به خوبه عمل کند. لذا در صورت طولانی شدن لوله کشی باید ارتفاع مکش کم شود تا کاویتاسیون در پمپ ایجاد نشود. چگونگی تغییرات ارتفاع مکش پمپ نسبت به طول لوله‌کشی برای مشعل در نمودار نشان داده شده است.
- نازل: سوخت مکیده شده توسط پمپ هنگام عبور از این قسمت به پدر تبدیل می‌شود و پس از مخلوط شدن با هوای دمیده شده به وسیله بادزن برای احتراق آماده می‌گردد. نازل سوخت را به به شکل یک مخروط است که شکل آن متفاوت است. هر چه طول دیگ بیشتر باشد باید زاویه نازل را کوچکتر در نظر گرفت تا حدی که شعل بتواند تا پره انتهایی دیگ و یا جداره انتهایی آن برخورد نماید. مقدار سوخت محاسبه شده برای مشعل با استفاده از نوع نازل مناسب تایین می‌شود.
- رله کنترل: روی هر مشعل یک رله کنترلی نصب می‌شود که شروع و پایان عملیات قسمتهای مختلف مشعل توسط آن کنترل می‌شود. فرمان خاموش و روشن شدن مشعل با اتصال به ترمومتر آکوستات و یا کیفیت احتراق سوخت توسط فتوسل از رله صادر می‌شود. کار رله برای زمانبندی و کنترل اجزای مشعل به این صورت است که ابتدای کار مشعل بادزن برای تعویض هوای آلوده داخل دیگه با هوای تازه به کار می‌افتد. بع از گذشت حدودا 21 ثانیه جرقه زن به کار می‌افتد تا هر چه سوخت در محفظه احتراق باقی مانده است سوخته یا تبخیر شود. 19 ثانیه پس از به کار افتاده جرقه زن شیر مغناطیسی باز شده و سوخت تازه وارد نازل می‌شود و عمل احتراق انجام می‌گیرد. بعد از گذشت حدودا 5 ثانیه جرقه زن از کار می‌افتد.
- فتوسل: نام دیگر این قسمت فتوالکتریک است. وظیفه این قسمت کنترل کیفیت احتراق از طریق رنگ شعله است.
مشعل ها تجهیزاتی در بویلر ها هستند که وظیفه ترکیب کردن سوخت و هوا و همچنین سوزاندن ماده سوختی را بر عهده دارند و در واقع انرژی حرارتی کوره را تولید می نمایند. در واقع مشعل ها شکل و جهت شعله را در کوره بوجود می اورند و بر حسب نیاز در ارتفاع های مختلفی در کوره نصب می گردند.
سوخت های مختلفی در بویلر ها سوزانده می شوند . وبه همین دلیل مشعل ا برای سوزاندن انواع سوخت های مایع و گاز طراحی میگردند، بعضی از مشعل ها برای سوخت مایع و بعضی برای سوخت گازی شکل طراحی شده اند. مشعل هایی هم وحو دارند که دوگانه سوز هستند و هر دو سوخت مایع و گاز را می سوزانند.
مشعل های گاز سوز :
عموما مشعل های گازی دو نوع عمده دارند، در نوعی که به مشعل های با اختلاط قبلی موسوم هستند، سوخت گازی و هوا قبل از رسیدن به نوک مشعل با هم مخلوط می شوند و مخلوط بدست امده در نوک مشعل می سوزد. در نوع دیگر که معروف به مشعل های بدون اختلاط قبلی هستند، هوا و سوخت گازی در نوک مشعل، با هم مخلوط شده ومشتعل می شوند.
مشعل های با سوخت مایع:
معمولا سوخت های مایع قبل از سوخته شدن در نوک مشعل به دلایل زیر باید به شکل پودر درایند:
1-هر چه قدر ذرات سوخت ریز تر باشد، سریعتر و بهتر با هوا مخلوط و مشتعل می گردند.
2-در صورتیکه سوخت مایع به صورت ذرات درشت باشند، امکان نسوختن انها در طول شعله وجود دارد. چنانچه این ذرات مستقیما با سطوح لوله ها برخورد نماید، باعث تشکیل کربن و دوده می گردد، لذا اگر سوخت به شکل پودر باشد، بر اثر تبخیر شدن سریع این ذرات ریز و سوختن انها در طول شعله امکان رسدن سوخت به دیواره لوله ها از بین می رود.
