۰۴۱۳۵۲۶۷۲۴۶

مشعل

مشعل

مشعل جزوی از اساسی ترین قسمت های کوره و از تجهیزات اشتعال و سوخت توسط احتراق می باشد و در مشعل روشهای اشتعال سوختها بسیار متفاوت است با این وجود در تمام مشعل ها موارد یک الگوی معین وجود دارد.

در فرآیند احتراق، سوخت با نسبت معینی هوا مخلوط شده و سپس در معرض منبع اشتعالی قرار می گیرد.

معیارهای اصلی در انتخاب یک مشعل عبارتند از

  1. باید توانایی استفاده ازسوخت هایی با ارزش حرارتی متفاوت را دارا باشد.
  2. اشتعال بی خطر وراهبری آسان باشد.
  3. شکل شعله برای کلیه سوختها و مقادیر مختلف اشتعال قابل پیش بینی باشد
  4. حداکثر و حداقل اشتعال جهت تداوم عملیات به اندازه کافی باشد.

مشعل گازی

مشعل های گازی به دو دسته تقسیم می شوند.

  1. با اختلاط قبلی
  2. با گاز خام یا بدون اختلاط قبلی .

با اختلاط قبلی :

این مشعل ها براساس انرژی سینیتیکی حاصل از انبساط سوخت گازی درون یک اریفیس و اختلاط هوای احتراق با سوخت قبل از اشتعال در نوک مشعل ،کار می کنند.

بسته به فشار گاز ورودی ، این مشعلها به دو دسته تقسیم می شوند :دسته اول : مشعل های تحت فشار اتمسفر بوده که آنها در حذدود  ۲ تا ۱۲ اینچ آب می باشد.

دسته دیگر مشعلهای تحت فشار بالا ( ۰٫۵ تا Psi 40) بوده که حرارت زیادی را تولید می کنند و در تجهیزاتی نظیر کوره های صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند .

به علت شباهت رفتار احتراقی مشعلهای صنعتی با مشعلهای تحت فشار اتمسفر . شکل یک مشعل گازی با اختلاط قبلی هوا و سوخت تحت فشار اتمسفر را نشان می دهد .

با گاز خام یا بدون اختلاط قبلی :

در این مشعل ها هوا و سوخت گازی بدون هیچ اختلاط قبلی در نوک مشعل مشتعل می شوند. ساخت این نوع مشعل اسان بوده و سوراخهای روی لوله بزرگ تعبیه می شوند.

مزایای بدون اختلاط قبلی عبارتند از :  

  • نسبت حداکثر به حداقل اشتعال در کلیه شرایط احتراق بیشترین مقدار خود را داراست.
  • تحت فشار کم و بدون برگشت شعله کار می کنند.
  • صدای کمی تولید می کنند.

معایب این مشعل بدون اختلاط قبلی عبارتند از:

  • به علت محدوده وسیع نسبت اشتعال ، انعطاف پذیری کم است و به علت عدم وجود هوای اولیه باید هوا را در تمام محدوده اشتعال تنظیم کرد.
  • اگر از مشعل خارجی از حد طراحی استفاده شود طول شعله زیاد گردیده و شرایط نامناسبی ایجاد می گردد.
  • چون سوراخها و دریچه های مشعل در ناحیه گرم واقع شده اند در شرایط کمی سرعت گاز و بالا بودن دمای شعله دچار انسداد می گردند.

مشعل های سوخت مایع:

اکثر سوخت ها در فاز مایع به سختی محترق می شوند. بدین سبب بایستی محل احتراق در فاز بخار صورت گیرد. لذا اولین وظیفه مشعل ،ایجاد شرایط تبخیر یا تولید ذرات ریز سوخت مایع می باشد. به علاوه مشعل باید سوخت و هوا را به نسبت معین مخلوط نماید.

جهت جلوگیری از تشکیل کربن سوخت باید به صورت بخار یا ذرات خیلی ریز در آید و شعله حاوی ذرات سوخت به هیچ وجه نباید مستقیماْ با سطوح فلزی یا سطوح سرد برخورد کند، زیرا این حالات باعث تشکیل کربن و دوده می گردد.

اکثر سوختهای مایع ویسکوزیته و نقطه جوش بالا دارند، بنابراین در شرایط معمولی تبخیر نمی شوند. هرگونه تلاشی جهت تبخیر آنها بوسیله افزایش دما نیز منجر به کراکینگ حرارتی می شود که شبیه به فرایندی است که هنگام پالایش نفت اتفاق می افتد.

در این فرایند برشهای سنگین به برشهای سبک و کک تبدیل می شوند.

کک شکل خالص کربن است که در محفظه احتراق نشست می کند. پس مشعلها باید طوری طراحی شوند که سوخت را به ذرات بسیار ریز در حد میکرون تبدیل و به محفظه احتراق پرتاب نمایند.

هر چه ذرات ریزتر باشند، میزان تبخیر بیشتر خواهد بود. ویژگیهای مشعلهای خوب هر چه ریزتر کردن سوخت است. بر اساس نحوه ریز یا اتمیزه کردن سوخت مشعلها به انواع زیر تقسیم بندی می شوند:

  • مشعلهای با اتمایزر بخار آب
  • مشعلهای با اتمایزر هوا
  • مشعلهای با اتمایزر مکانیکی

مشعل با اتمایزر بخار آب:

در صنایع پالایش نفت علیرغم هزینه عملیاتی زیاد از این مشعلها استفاده می شود. زیرا تقریباً با هر سوختی کار می کنند و عموماً بخار آب نیز در دسترس می باشد.

ماده نفتی در گلویی مشعل وارد می گردد. گلویی جایی است که سوخت قبل از خارج شدن از نوک مشعل با بخار فشار بالا اتمایزه می گردد.

با خارج شدن سوخت از مشعل، ذرات سوخت به بخار تبدیل شده و با هوا مخلوط و شروع به سوختن می نماید. گرمای شعله موجب تبخیر باقیمانده سوخت می گردد.

شعله دود آلود هنگامی ایجاد می گردد که ذرات سوخت نتوانند بخار شوند. این مشعلها خود به دو دسته تقسیم می شوند: مشعلهایی با اختلاط خارجی و مشعلهایی با اختلاط داخلی.

مشکلهای سوخت نفتی توسط رابرت رید بصورت زیر طبقه بندی شده است :

  1. شعله نوسانی همراه با جرقه که علل آن عبارتند از
  • بخار آب مرطوب
  • وجود مواد خارجی در مشعل و یا سر مشعل
  • مواد جامد معلق درون سوخت
  • طراحی نادرست نوک مشعل جهت بار حرارتی معین

مشعل

مشعل شعله بلند و دودزا که علل آن عبارتند از:

  • طراحی نادرست نوک مشعل
  • کمبود هوا جهت احتراق
  • کمبود بخار آب پودر کننده

عدم اشتعال که در اثر عوامل زیر ایجاد می شود :

  1. بخار آب زیاد جهت پودر کردن سوخت
  2. فشار کم سوخت
  3. مسدود شدن شیر سوخت
  4. طراحی نادرست نوک مشعل یا زاویه شعله کم
  5. بخار آب مرطوب یا وجود آب مقطر در لوله های بخار آب

مشعل با اتمایزر هوا:

در موارد نادری که بخار آب در دسترس نباشد از هوا جهت اتمایزه کردن سوخت استفاده می شود.طرز عمل هوا در مشعلها مشابه با بخار آب بوده، با این تفاوت که علت خاصیت سرد کنندگی هوا دمای سوخت باید کمی بیشتر اختیار شود.

بخصوص زمانیکه از سیالی ویسکوز جهت سوخت استفاده شود و در اینحالت باید آنرا قبل از ورود به مشعل گرم کرد تا ویسکوزیته آن کاهش یابد.

این مشعلها عموماً جهت احتراق باقیمانده های آسفالتی ،مخلوط لجنهای اسیدی و موارد مشابه بکار می رود. تولید هوا با فشار بالا دارای هزینه های بیشتری نسبت به تولید بخار آب می باشد ولی اتمایزر هوا باعث احتراق سریعتر و کامل تر می گردد.

مشعل

مشعل با اتمایزر مکانیکی :

در این مشعلها سوخت با فشار زیاد وارد نوک مشعل شده و از طریق شکافهایی بطور مماسی و با حالت چرخشی وارد اریفیس می گردد و به صورت مخلوطی از ذرات ریز به بیرون پرتاب می گردد.

این نوع معمولاً در صنایع نفت بکار برده نمی شود. زاویه رأس این مخروط تابعی از شرایط نوک نازل و ویسکوزیته سوخت بوده و از صفر تا ۸۰ درجه تغییر می کند ظرفیت هر تابع نازل مجذور فشار سوخت است.

هر قدر فشار سوخت بیشتر باشد عملیات آن انعطاف پذیرتر بوده و بار حرارتی افزونتر است ولی نسبت اشتعال آن محدودتر می باشد در اغلب موارد سوخت اضافی توسط مجاری به مخزن سوخت برگردانده می شود .

فشار لازم جهت اتمیزه کردن باید بیشتر از فشار سوخت برگشتی باشد با این کار نسبت اشتعال افزایش می یابد.

 

انواع دیگر :

  • ترکیبی گاز مایع

  •  دیواره تابشی

  •   دوار

  • با شدت زیاد

  •  با احتراق مرحله ای

  •  صوتی

  • فنجانی دوار

  • پیلوت