انواع مختلف مشعل بویلر
نیاز به سیستم گرمایش تقریبا در تمام سازه‌های مسکونی، تجاري و صنعتی وجود دارد. استفاده از سوخت‌های فسیلی روشی مرسوم و رایج جهت گرمایش است که در ادامه درباره‌ي ابزار بكارگيري آن صحبت خواهيم كرد.
مشعل ابزاريست كه بوسيله تركيب بهينه سوخت با هوا، انرژي سوخت را در مكاني ايمن به انرژي گرمايشي جهت استفاده در موتورخانه و … تبديل مي‌كند. درون مشعل پس از پاشش سوخت و اختلاط آن با هوا، مخلوط آماده‌ي احتراق، توسط ايجاد جرقه شعله‌ور مي‌شود و انرژي احتراق بصورت نور و گرما آزاد شده كه مورد نياز محفظه احتراق ديگ يا كوره است. انرژي آزاد شده توسط احتراق مي‌تواند از طريق جابجايي و تشعشع به محيط اطراف انتقال پيدا كند.
در هنگام استفاده از سوخت‌هاي فسيلي، احتراق و ايجاد شعله مطرح مي‌شوند. براي ايجاد شعله و بهره‌برداري از ميزان گرماي ايجاد شده از احتراق، تركيب سوخت و هوا و ايجاد جرقه در جهت اشتعال الزاميست كه این امر در فناوري‌هاي گرمايشي، به كمك مشعل اجرا مي‌شود. پس از احتراق، شعله جهت گرمايش به درون بويلر يا كوره هدايت مي‌شود تا موجب گرم كردن سيال انتقال‌دهنده‌ی گرما يا ايجاد گرما شود.
درواقع مشعل قلب سيستم‌هاي گرمايشي است كه وظيفه توليد انرژي گرمايي از طريق سوختن و ايجاد احتراق را برعهده دارد. مشعل‌ها در انواع ديگ‌هاي بخار، آب داغ، روغن داغ، كوره ها و موتورخانه‌ها كاربرد دارند و در ظرفيتي متنوع توليد مي‌شوند كه بسته به شرايط كاري، ظرفيت ديگ، نوع سوخت و .. قابل استفاده هستند. بنابراین با توجه به این اصل که مشعل‌ها موتور حرارتي بويلرها هستند، راندمان آن‌ها بطور مستقيم بر راندمان بويلر و كل سيستم انتقال حرارت تاثيرگذار است.
اساس كار مشعل بویلر
مشعل ابزار كليدي جهت توليد گرما از طريق احتراق است كه انرژي مورد نياز جهت گرمايش از طريق سيال انتقال دهنده، استفاده در هيتر يا پخت پز و گرماي مورد نياز كوره و موتورخانه را فراهم مي‌آورد. تامين هواي مورد نياز احتراق در مشعل‌ها به دو صورت طبيعي و اجباري انجام مي‌شود. شعله پديدار شده در مشعل با تامين هواي طبيعي يا اتمسفريك كه بوسيله نيرو بويانسي وارد محفظه مي‌شود بصورت بلند است و شعله در مشعل با تامين هواي اجباري كه از طريق دمنده صورت مي‌گيرد بصورت كوتاه و فشرده است.
با تزریق سوخت مورد نیاز مشعل و تركيب آن با هوا ، مخلوط آماده احتراق از شعله پخش‌كن عبور مي‌كند سپس یا ایجاد جرقه احتراق صورت گرفته و انرژي حاصل از آن بصورت شعله نمايان مي‌شود.
مشعل‌ها در دو نوع فن‌دار و بدون فن موجود هستند. پس از تنظيم دماي ترموستات بويلر يا هیتر در مشعل فن‌دار، دستور شروع عملكرد مشعل توسط رله صادر شده و طی 30 الی 60 ثانیه هوای تازه از طریق فن هوادهی وارد سیستم می‌شود. پس از ایجاد جرقه توسط ترانس جرقه‌زن، سوخت از طریق شیر برقی وارد محفظه احتراق شده و در این هنگام بدلیل فراهم بودن سوخت، هوا و جرقه، شعله در قسمت جلوی شعله پخش‌کن، ایجاد می‌شود.
احتراق كامل سوخت، در گرو تعيين و تنظيم نسبت دقيق میان سوخت و هوا است. هرچه احتراق كامل تر باشد، مصرف سوخت كمتر و راندمان بالاتر است. بدليل امكان بروز سوخت ناقص، معمولا ظرفيت مشعل‌ها 20% بيشتر از ظرفيت حرارتي ديگ يا كوره محاسبه مي‌شود. لازم بذکر است که احتراق ناقص علاوه بر اتلاف انرژی سبب ایجاد آلودگی می‌شود بنابراین کنترل نسبت سوخت و هوا نکته‌ای بسیار مهم است.
همچنین در هنگام تعيين ظرفيت مشعل بايد ارتفاع از سطح دريا نيز در نظر گرفته شود. با افزايش ارتفاع از سطح دريا به ازاي هر هزار متر، بايستي 13% به قدرت مشعل بيفزاييم.
اجزاي تشكيل دهنده سيستم مشعل:
المان‌هاي تشكيل دهنده مشعل به شرح زير است:
- شیر برقی: عبور سوخت را تنظيم و كنترل مي‌كند.
- ترانس جرقه: ولتاژ بالا را براي شعله ور شدن مخلوط سوخت و هوا ايجاد مي‌كند.
- الكترود جرقه: وظيفه ايجاد جرقه جهت شروع احتراق را دارد.
- شیر قطع کننده دستی: وظیفه قطع و وصل نمودن گاز را بر عهده دارد.
- رله کنترلی: عضو كليدي سيستم مشعل كه كنترل كل سيستم را تامين مي‌كند.
- فیلتر: ناخالصي‌هاي موجود در سوخت را حذف مي‌كند.
- فن: هواي موردنياز احتراق را فراهم مي‌آورد.
- دمپر: به تنظيم ميزان هواي ورودي مورد نياز احتراق كامل مي‌پردازد.
- شعله پخش‌كن: پس از ايجاد شعله، نحوه توزيع آن را تنظيم مي‌كند.
انواع مشعل:
مشعل‌هارا مي‌تون بر اساس نوع سوخت مصرفي تقسيم نمود:
- مشعل گاز‌سوز
- مشعل گازوئيل‌سوز
- مشعل دوگانه‌سوز
- مشعل مازوت‌سوز
- مشعل جامد‌سوز
در ادامه به بررسي نحوه عملكرد موارد فوق ميپردازيم:
-
مشعل گاز‌سوز:
از رايج‌ترين نوع مشعل مي‌توان به مشعل‌هاي گازي اشاره كرد كه از طريق احتراق گاز طبيعي يا گاز شهري انرژي گرمايي مورد نياز را تامين مي‌كند. سوخت گازي مشعل بر حسب ميزان دبي مورد نياز، توسط شير برقي كنترل و تزريق مي‌شود و همچنين هواي مورد نياز احتراق، توسط فن گريز از مركز تامين و بوسيله‌ي دمپر كنترل مي‌شود كه برحسب ظرفيت مشعل، مي‌تواند بصورت دستي يا موتوري باشد. در صورت بروز اختلال فشار براي هوا يا سوخت درون محفظه احتراق، رله كنترلي بطور خودكار شعله را خاموش مي‌كند.
-
مشعل گازوئيل سوز:
در اين نوع از مشعل‌ها، احتراق حاصل از تركيب هوا با سوخت مايع يا گازوئيل است. الكتروموتور در مشعل‌هاي گازوئيلي علاوه بر هوادهي و تامين هواي مورد نياز احتراق، سبب به حركت در آوردن محور پمپ گازوئيل سيستم هم مي‌شود. سوخت مايع بوسيله شير برقي كنترل شده و سپس اتمايز يا پودر مي‌شود و سپس با هوا مخلوط شده و آماده احتراق است. اتمايز كردن گازوئيل سبب افزايش سطح تماس موثر آن و بروز احتراق با كيفيت بهتر مي‌شود. پس از مراحل فوق، با عملكرد ترانس جرقه‌زن، شعله پديدار مي‌شود.
-
مشعل دوگانه‌سوز:
مشعل‌هاي دوگانه‌سوز قابليت توليد شعله با بيش از يك نوع سوخت را دارند و احتراق با استفاده از سوخت گاز طبيعي يا سوخت مايع گازوئيلي بسته به انتخاب، صورت مي‌گيرد. معمولا از اين نوع سيستم در جهت عدم قطعي شعله، در مناطق خاص كه قطعي گاز وجود دارد استفاده مي‌شود.
-
مشعل مازوت‌سوز:
اساس کار این نوع از مشعل‌ها، مشابه مشعل‌های گازوئیل سوز نیاز به پودر شدن سوخت مایع دارد. الیته فرایند پودر کردن باید طبق الگویی خاص صورت گیرد و ذرات پودر توسط نازل و بصورت آرایشی یکنواخت با زاویه‌ای متناسب با الگو، از نازل خارج شود. نازل‌ها انواع مختلفي به لحاظ شكل، زاويه پاشش و الگو دارند كه بسته به نوع و ظرفيت مشعل انتخاب مي‌شوند. مشعل‌هاي مازوت‌سوز معمولا در مصارف صنعتی نظیر پالایشگاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
-
مشعل جامد‌سوز :
اين نوع از مشعل‌ها كه قديمي هستند با استفاده از سوخت‌هاي نظير چوب، ذغال‌سنگ و… شعله ايجاد مي‌كنند و با فراواني گاز و گازوئيل كمتر مورد استفاده قرار گرفتند. مناسب مناطقي با عدم دسترسي به گاز و گازوئيل هستند و امروزه تنها كاربرد صنعتي محدودي دارند.
پس از آشنایی با نحوه عملکرد مشعل و معرفی انواع آن ، کاربرد مشعل درون موتورخانه و بویلر واضح شد. مشعل بعنوان موتور احتراق بویلر تاثیر بسیار پررنگی بر راندمان سیستم گرمایشی دارد. از طرفی بهره‌برداری از سوخت‌های فسیلی بدلیل تولید آلایندگی بالا، همواره موضوع مورد بحث کارشناسان و مهندسین بوده است. بنابراین استفاد از تجهیزات با کیفیت و راندمان بالا نظیر دیگ‌های چگالشی و… موجب مصرف بهینه و صرفه‌جویی در سوخت و انرژی و کاهش میزان آلودگی محيط‌زيستي می‌شود. اكنون لازم است تكنولوژي مفيد و پيشرفته پريميكس درمورد مشعل‌ها شرح داده شود كه بصورت گسترده در انواع ديگ چگالشي كاربرد دارند. همچنين استفاده از مشعل‌هاي سنتي مشكلاتي نظير احتراق با كيفيت پايين، مصرف بالاي برق، خاموش و روشن شدن مداوم، ازبين رفتن تنظيمات اوليه و عدم هماهنگي سايز شعله با سايز ديگ و… را دارد، به همين دليل بايد بدنبال تكنولوژي‌اي جديد در راستاي برطرف نمودن مشكلات فوق بود.
مشعل‌ها همچنین به‌لحاظ نحوه اختلاط سوخت و هوا، دسته بندی می‌شوند. به منظور ارتقای کیفیت احتراق و افزایش راندمان مشعل، از مشعل‌های پیش‌مخلوط یا premix استفاده می‌شود. در این نوع از مشعل، سوخت قبل فن وارد مشعل شده و با نسبتی مناسب با هوا مخلوط می‌شود و پس از ایجاد جریان توریولانس توسط فن و اختلاط کامل، وارد محفظه احتراق مي‌شوند و سپس با ایجاد ولتاژ بالا احتراق صورت می‌گیرد و شعله بوجود می‌آید. سوخت اين نوع از مشعل‌ها معمولا گاز است.
در مشعل premix، شعله رو به جلو حذف شده و به شعله‌هاي كوتاه جانبي وسطحي تبديل شده است. اين نوع از مشعل‌ها با مكانيزم تشعشع عمل مي‌کنند و افزایش میزان و کیفیت انتقال حرارت شعله احتراق بدلیل افزایش سطح موثر شعله است. در مشعل پیش‌مخلوط، تقسیم شعله به هزاران شعله کوچک و ایجاد شعله‌فرش سبب ایجاد جریان تشعشع قوی جهت انتقال حرارت در مقایل روش جابجایی شده و سرعت انتقال حرارت را ارتقا داده است. همچنین اختلاط مناسب سوخت و هوا سبب کاهش هوای اضافی و میزان آلایندگی شعله شده است بطوریکه افزایش سطح شعله و تقویت مکانیزم تشعشعی سبب کاهش دمای شعله و سرد شدن سریع مشعل در زمان خاموشی شده که این موضوع سبب کاهش چشمگیر NOx می‌شود. لازم بذکر است که تولید NOx متناسب با دمای شعله بوده و تولید آن در شعله با دمای بالا بسیار شدید است.
مزایای مشعل پیش مخلوط یا premix:
- انتقال حرارت یکنواخت بعلت افزایش سطح شعله از طریق تقسیم به شعله‌های کوچک و تقویت انتقال حرارت از روش تشعشعی، سرعت و کیفیت انتقال حرارت افزایش یافته و یکنواخت می‌شود.
- کاهش میزان آلودگی و مصرف هوای اضافی، از اثرات اختلاط درست و با نسبت بهینه میان سوخت و هوا است احتراق بصورت کامل و با کیفیت رخ داده و اتلاف انرژی و تولید میزان آلایندگی نظیر CO بطور چشمگیری کاهش می‌یابد. همچنین بعلت بروز انتقال حرارت تشعشعی که نتیجه تغییر در بافت شعله و تقسیم ان به شعله‌های کوچک با دمای کمتر است، میزان NOx نیز به‌شدت کم می‌شود.
- پایداری تنظیمات اولیه که سبب ثابت نگه‌داشتن نسبت سوخت هوا در کل عملکرد سیستم مشعل شده است. در این نوع از مشعل‌ها، تغییر در شرایط نگهداری یا تعویض آن، تنظیمات را بهم نمی‌ریزد و تنظیمات ثابت باقی می‌ماند و احتراق باکیفیت ادامه خواهد داشت.
- کاهش ابعاد و وزن دیگ بعلت تغییر در ساختار و سایز شعله و تقویت مکانیزم تشعشعی جهت انتقال حرارت موثر در محفظه رخ می‌دهد و سبب کاهش حجم و فضای مورد نیاز شعله مشعل می‌شود.
- افزایش دامنه‌ی تنظیم سبب جلوگیری از خاموشی مشعل شده بطوریکه با تنظیم و کنترل حجم شعله می‌توان میزان انتقال حرارت را محدود یا متوقف نمود تا فعالیت مشعل حتی در فصول گرم هم ادامه یابد.
- ایجاد شعله با صدای بسیار پایین که بعلت تغییر در بافت شعله و تقسیم آن به شعله‌های کوچک و متوالی رخ می‌دهد.
مشعل‌های premix بطور عمده در بویلرهای چگالشی کاربرد دارند و سبب احتراق کامل و افزایش راندمان این نوع از سیستم‌ها می‌شوند.
لازم بذکر است که بکارگیری مشعل premix در دیگ‌های چدنی انتخاب ایده‌آلی نخواهد بود. با توجه به مکانیزم تشعشعی انتقال حرارت، سرعت خروج پایین محصولات احتراقی و احتمال خفگی این نوع از مشعل برای دیگ چدنی مناسب نیست و همچنین چگالش آب موجود در محصولات احتراق بعلت دارا بودن خاصیت اسیدی، سبب ایجاد خوردگی و ضریه وارد کردن به بدنه دیگ چدنی می‌شود به همین علت استفاده از دیگ‌های استیل ضدزنگ در بهره‌برداری از این نوع مشعل‌ها، انتخابی هوشمندانه خواهد بود.
برای مشاهده بویلر ها و دیگر محصولات فلزی شرکت خزر منبع اینجا کلیک کنید.