مشعل (burner) دستگاهی است که با ترکیب هوا و سوخت و شعله، مثلث احتراق را تشکیل داده و انرژی سوخت را به انرژی گرمایی تبدیل می کند. در حالت کلی می توان انواع مشعل را در گروه های زیر دسته بندی نمود:

• نحوه ترکیب سوخت
• نوع سوخت مصرفی
• نوع اکسیدایزر آن ها
• نحوه تامین هوای احتراق
• نحوه انتقال گرمای حاصل از احتراق
• هندسه مشعل

که ما در این بخش به شرح نحوه تامین هوای احتراق به تفضیل می پردازیم.

در حالت کلی وظیفه اصلی مشعل ایجاد گرمایش می باشد که با توجه به نیاز، مشعل مورد نظر  انتخاب می شود. از مشعل ها به منظور تبدیل آب به بخار، گرم کردن مایعات ناقل حرارت، حرارت دهی مستقیم در پخت و پز و اکسید کردن، تأمین حرارت به منظور خشک کردن محصولات و سایر مصارف خاص استفاده می شود. یکی از بزرگترین استفاده های مشعل در صنعت گرمایش به عنوان موتور احتراق بویلر ها می باشد. در انواع دیگ ها مشعل هایی با ظرفیت کاری متفاوت استفاده می شود. طرز کار مشعل بدین شکل می باشد که با پاشش سوخت (گاز، گازوییل، مازوت) از طریق ورودی و ایجاد جرقه، حرارت مورد نیاز را به صورت شعله به داخل کوره هدایت می کند. در مشعل و دیگ تعدادی کنترل کننده وجود دارد که میزان و زمان هر کدام از فر آیند های مشعل را کنترل می کنند. برای مثال ترموستات دیگ و کنترل دود که گاهی به جای آن از سلول فوتوالکتریک استفاده می شود، به طور خودکار باعث کار کردن و از کار افتادن مشعل می شود.

انواع مشعل از نظر تامین هوای احتراق

مشعل ها از نظر تامیین هوای احتراق به دو دسته تقسیم می شوند:

• تامین هوا به صورت طبیعی یا اتمسفریک
• تامین هوا به شکل اجباری یا دمنده دار

اکثر مشعل ها دارای جا به جایی اجباری بوده و این به این معناست که هوای اکسیدایزر توسط فن و یا دمنده تامین می شود، در مشعل های طبیعی یا به عبارتی اتمسفریک ،هوای داخل کوره را در فشار اتمسفر سوخته و به همین دلیل به آن ها اتمسفریک می گویند.تفاوت در نحوه تامین هوا در مشعل تغییراتی را اعمال می کنند و کاربری این دو سیستم را از هم متمایز می سازد.

تامین هوا به صورت طبیعی یا اتمسفریک

در تامین هوا به طور طبیعی، هوای احتراق با مکش ایجاد شده توسط جت سوخت ورودی و همچنین نیروی بایانسی درون محفظه احتراق که در جریان بالادست ایجاد می شود به داخل محفظه وارد می شود. این شیوه بیشتر در صنایع شیمیایی وهیدرو کربنی کاربرد دارد. همچنین در این روش انواع ترکیبات و سوخت ها قابل اشتعال بوده که البته گاز در آن رایج تر بوده و مایعات نیز در برخی موارد استفاده می شود. از ویژگی های این رو می توان به طول شعله بیشتر و انتقال حرارت در طول زیاد که  موجب می گردد تا پیک دمایی در رنج پایین داشته باشد اشاره نمود.

مشعل

مشعل اتمسفریک

تامین هوا به شکل اجباری یا دمنده دار

دمنده های اجباری در محفظه احتراق هوا را به صورت فشار مثبت توسط ابزار مکانیکی مثل فن و یا دمنده وارد می کنند. هوا با فشار کنار دست با رنجی در حدود 0.5kpaبه محفظه تزریق می شود. که از این فشار برای ترکیب بهتر سوخت و هوا بهره گرفته می شود. همچنین استفاده از مشعل با دمنده امکان کنترل هرچه بهتر احتراق برای ما فراهم می سازد. دمنده های اجباری در مواقعی کاربرد دارند که طول شعله کوتاه و فشرده مورد نیاز می باشد.این مشعل ها امکان ترکیب بهتر سوخت و هوا را میسر نموده و موجب افزایش اغتشاش شعله شده و شعله را کوتاه می کند که برای کوره هایی با حجم کوچک نیز مناسب می باشند. البته باید در نظر داشت که استفاده از دمنده های مکانیکی موجب افزایش نرخ هزینه ها شده که البته از راه های جبران این مسئله پیش گرمایش هوا بوده که امکان بازیابی حرارت را برای ما فراهم می گرداند و موجب افزایش راندمان نیز می گردد.

نمونه ای از مشعل با دمنده دار با پی گرمایش

انواع مشعل از نوع سوخت مصرفی

یکی دیگر از انواع دسته بندی مشعل ها، دسته بندی آن ها بر اساس نوع سوخت آن ها می باشد.می توان مشعل ها را از لحاظ سوخت به 4 دسته کلی تقسیم بندی نمود:

1.سوخت گازی

2.سوخت مایع

3.سوخت جامد

4. سوخت دو و یا چندگانه

سوخت های گازی

سوخت های گازی از مهمترین و معمول ترین آن ها بوده که به علت قیمت مناسب، در دسترس بودن و آلایندگی کمتر، مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله کاربری آن ها در صنایع شیمیایی می باشد.این سوخت بسته به نوع پالایش حاوی متان، نیتروژن، دی اکسید کربن، پروپان، می باشد.

اجزاء مشعل گاز سوز

سوخت های مایع

در کنار سوخت های گاز، سوخت های مایع نیز در صنعت مورد استفاده می باشد، این سوخت ها به دلیل نیاز به اتمایز شدن در هنگام سوخت کاربری محدود تری نسبت به نوع گازی دارا می باشند. البته شایان ذکر است که این سوخت ها بسته به فراوانی منطقه ای نیز کاربرد بیشتری پیدا می کنند ، از جمله جنوب آمریکا که به دلیل فراوانی سوخت های مایع از این سوخت استفاده زیادی می شود، استفاده از سوخت مایع در گرو اتمایز کردن و تبدیل آن به قطرات قابل اشتعال می باشد که موجب افزایش راندمان آن ها می گردد البته در صورت عدم اتمایز درست این سوخت، راندمان به شدت کاهش خواهد یافت.

اجزاء مشعل نفت سوز

سوخت های جامد

به غیر از سوخت های نام برده سوخت های جامد نیز از جمله زغال سنگ و زغال کک نیز کاربردهای خود را مانند صنایع ذوب آهن و همچنین در تولید نیروگاهی دارا می باشند.

در شکل زیر بخش های کلی نمونه مشعل نفت سوز نشان داده شده اند:

نوع سوخت در مشعل ها به عوامل متعددی وابسته بوده و از مهمترین آنها راندمان مناسب در کنار کاربری آسان می باشد البته علاوه بر موارد ذکر شده قیمت سوخت و در دسترس بودن آن نیز در این انتخاب تاثیر گذار می باشد.

سوخت دو و یا چندگانه

در مواردی در صنایع ما به علت افزایش راندمان خواستار آن خواهیم بود تا از دو نوع سوخت در ساختمان مشعل استفاده نماییم که از پرکاربرد ترین آن ها مایع- گاز می باشد.این نوع مشعل را دوگانه سوز نامیده و راندمان بالایی در اشتعال دارا می باشند.

اجزا مشعل دوگانه سوز

جت سوخت مشعل دوگانه سوز

ساختمان مشعل

هر مشعل دارای قسمت های اصلی می باشد که آن را تشکیل می دهد.

• جرقه زن: یکی از قسمت های اصلی مشعل جرقه زن می باشد که امکان احتراق ایمنن و کامل را برای ما فراهم می نماید که عموما در داخل مشعل ساخته می شود.
• پلنوم: محفظه نگاه دارنده گاز بوده و این گاز می تواند شامل ، گاز پیش ترکیب شده با هوا یا گاز مخلوط شده با هوای احتراق باشد.
• محفظه مشعل: این محفظه نقش بسیار مهمی داشته به دلیل اینکه شکل شعله را کنترل نموده و موجب می گردد تا اجزا داخلی از گرم شدن بیش از اندازه محافظت شوند.
• کنترل کننده: هر نوع تجهیزی که موجب کنترل فرآیند احتراق می گردد می باشد. از جمله دمپر یا کنترل هوای ورود در مشعل های اتمسفریک و یا سیستم تزریق سوخت،
• سیستم ایمنی شعله: این سیستم نقش اساسی در فرآیند احترق داشته و می تواند به سیستم تزریق سوخت متصل شود.

اجزای تشکیل دهنده مشعل

1. نازل سوخت اولیه
2.بخش مربوط به ونتوری شامل( ورودی- گلوگاه و دیفیوزر)
3. پیش مخلوط کن مشعل
4. مخزن اولیه ورود هوا
5. مخزن ثانویه ورود هوا
6. محفظه اشتعال
7. پوسته صداگیر
8. رایزر سوخت و محفظه پاشش شوخت

اجزای تشکیل دهنده مشعل

همان طور که ملاحظه می شود، مشعل های نفت سوز شامل بخش های پاشش سوخت به درون محفظه ی احتراق یا همان نازل ، پمپ سوخت، دمنده ی هوا که هوا را به درون محفظه ی احتراق می دمد، موتور الکتریکی که پمپ سوخت و دمنده ی هوا را راه اندازی می کند، ترانسفورماتور که ولتاژ بالایی را برای جرقه زنی فراهم می کند، کنترل کننده ی عملکرد مشعل و جرقه زن ها که باعث شروع احتراق می شوند، می باشد.

به منظور بالا بردن دید خواننده ی عزیز در مورد ساختار جزئی درون مشعل، دیاگرام انفجاری یک نمونه مشعل در اینجا ارائه شده است:

دیاگرام انفجاری یک نمونه مشعل

منابع و پیوندها

گرداوری شده توسط دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن

صفحه مهندسی مکانیک