مشعل چیست

مشعل یکی از تجهیزات اصلی سیستم کنترل احتراق است که با ترکیب مقدار معینی هوا با سوخت در یک فضای ایمن (محفظه‌ی احتراق)، انرژی سوخت را به انرژی گرمایی تبدیل می‌کند؛ در اثر این احتراق مقداری گاز نیز تولید می‌شود. مشعل گرمای مورد نیازِ دیگ را برای تبدیل آب به بخار فراهم می‌کند. این انرژیِ تولید شده، به دو روش جابه‌جایی و تابشی در محیط پخش می‌شود. گاز طبیعی، گازوئیل و مازوت از پرکاربردترین سوخت‌های مورد استفاده در مشعل‌ها هستند. در سال‌های اخیر و با افزایش تقاضا برای مشعل‌هایی که با سوخت سازگار با محیط‌زیست کار می‌کنند، تولید مشعل‌های گازسوز افزایش یافته است.

وظیفه‌ی مشعل در سیستم گرمایش به ترتیب زیر است:

1. رساندنِ سوخت به محفظه‌ی احتراق
2. رساندنِ هوا به محفظه‌ی احتراق
3. مخلوط کردنِ سوخت و هوا
4. شعله‌ور کردن و سوزاندنِ مخلوطِ سوخت و هوا
5. حذفِ محصولات حاصله از احتراق (دی‌اکسید کربن، بخار آب، نیتروژن و اکسیژن اضافی)

عملکرد مشعل

مشعل در صنعت گرمایش به‌صورتِ گسترده‌ای استفاده می‌شود؛ به‌عنوان مثال، در بویلر وظیفه‌ی ایجاد شعله را برعهده دارد (فرآیند احتراق). هم‌چنین، در دیگ‌های آب‌گرم، کوره‌های هوای گرم، پکیج‌های گرمایشی و دیگر سیستم‌های گرمایش ساختمان (به جز هیت‌پمپ)، دیگ‌های بخار و کوره‌های ذوب فلزات استفاده می‌شود.

تشکیلِ مثلث احتراق در مشعل لازمه‌ی تبادل انرژی است. سه جزءِ سوخت، اکسیژن و جرقه این مثلث را شکل می‌دهند. وظیفه‌ی پمپِ مشعل، سوخت‌رسانی به محفظه‌ی احتراق و اتُمایز کردنِ سوختِ موجود در آن است تا سوخت، هوا و جرقه (اجزای مثلث احتراق) در محفظه مخلوط شده و «شعله» ایجاد کنند. احتراقِ کامل فقط به‌شرطِ اکسید شدنِ همه‌ی عناصر قابلِ احتراقِ سوخت رخ می‌دهد. با این وجود، در نتیجه‌ی احتراق کامل، گازهایی مانند دی‌اکسید کربن، بخار آب، نیتروژن و اکسیژن اضافی تولید می‌شوند. مقدار دی‌اکسید کربن و نیتروژنِ حاصله از احتراق تا حد زیادی به نوع طراحی و سوختِ مصرفیِ مشعل وابسته است.

اجزای اصلی مشعل

این دستگاه شامل قطعاتی مانند الکتروفن، شیربرقی، رله‌ی کنترل، ترانس جرقه‌زن، کلید کنترل (پرشر سوئیچ) فشار گاز، کلید کنترل فشار هوا، دمپر، شعله پخش‌کن و پمپ سوخت (گاز، گازوئیل یا مازوت) است.

انواع مشعل

مشعل‌ها یا بر مبنای نوعِ سوختِ مصرفی (گاز طبیعی، گازوئیل، مازوت، دوگانه سوز و سه‌گانه سوز) و یا بر مبنای چگونگی تأمین هوای موردنیاز برای احتراق تولید و عرضه می‌شوند.

بر مبنای روش تأمین هوا

1. وسط فنِ دمنده‌ی هوا (مشعلِ فن‌دار): در این حالت، هر قدر میزان هوای موردنیاز برای احتراق افزایش یابد، می‌توان به همان نسبت میزان سوخت را افزایش داد و به ظرفیت‌های حرارتی بالاتر دست یافت. بنابراین در سیستم‌هایی با ظرفیت حرارتی متوسط و بالا از مشعل‌های فن‌دار استفاده می‌شود. ترموستاتِ دیگ یا هیتر بر اساس برنامه‌ی زمان‌بندی رله‌ی مشعل فرمان آغازِ عملکرد را صادر می‌کند. فنِ هوادهی براساس فرمانِ رله، ابتدا بین 30 تا 60 ثانیه روشن شده و کار می‌کند؛ در ادامه شیر برقیِ مشعل، سوخت (گاز، گازوئیل یا مازوت) را به نازل می‌رساند. سوخت پس از ورود به محفظه‌ی احتراق، با هوای موجود در آن مخلوط می‌شود و ترانس جرقه‌زن نیز، جرقه می‌زند. به این‌ترتیب، عملِ شعله‌افروزی انجام می‌شود. فتوسل یا میله‌ی یونیزاسیون، عملکرد ترانس جرقه‌زن را متوقف می‌کند. شعله تا وقتی‌که ترموستات فرمان خاموش شدنِ شعله را ارسال کند، روشن خواهد بود و گرمای موردنیاز دیگ یا هیتر را تأمین می‌کند.

2. بدون فن دمنده‌ی هوا (مشعل اتمسفریک): در این حالت، هوای موجود در اطرافِ محل قرار گرفتنِ مشعل جذب و برای احتراق استفاده می‌شود (در واقع هوای احتراق بی‌واسطه‌ و بدون نیاز به فنِ دمنده تأمین می‌شود)؛ این نوع مشعل‌ها  اصطلاحاً «مشعل اتمسفریک» نام دارند. شیوه‌ی کارکرد این نوع مشعل‌ها سبب شده که بیشتر در سیستم‌های کم‌ظرفیت مانند دیگ‌های آب‌گرم کوچک تا حداکثر 80 کیلو وات توانِ گرمایشی، کوره‌های هوای گرم یا پکیج دیواری مورد استفاده قرار گیرند.

بر مبنای نوع سوختِ مصرفی

1. مشعل گازسوز (GAS BURNERS)
2. مشعل گازوئیل سوز (LIGHT OIL BURNERS)
3. مشعل دوگانه سوز  (DUAL BURNERS)
4. مشعل مازوت سوز  (HEAVY OILBURNERS)

میزان بهره‌وری حرارتیِ مشعل با توجه به نوع سوخت مصرفیِ آن (به ترتیب گاز، گازوئیل و مازوت) مشخص می‌شود. عواملی نظیر میزان بهره‌وریِ سوخت موردنظر، در دسترس بودن، قیمت تمام شده‌ی آن در محل پروژه، استانداردهای زیست‌محیطی محل اجرای پروژه و حداکثر میزان مجازِ آلاینده‌های تولیدشده در جریان احتراق، بر انتخابِ نوع سوخت مصرفیِ مشعل تأثیر می‌گذارند.

مشعل گازسوز

سوخت مصرفیِ مشعل گازسوز جهت انجامِ فرآیند احتراق، گاز طبیعی است. این سوخت پس از عبور از فیلتر گاز و رسیدن به نازل، با هوای ورودی به محفظه‌ی احتراق ترکیب شده، ترانسِ جرقه‌زن نیز، جرقه می‌زند؛ به این‌ترتیب، عملِ شعله‌افروزی انجام می‌شود. این نوع مشعل با استفاده از دو سوخت کار می‌کند: گاز شهری و گاز مایع. برای قطع و وصل کردنِ جریان ورود و خروج سوخت در مشعل‌های گازسوز، از شیربرقی گاز استفاده می‌شود. مشعل‌هایی که از گاز شهری به‌عنوان‌ سوخت استفاده می‌کنند، با توجه به فشار گازِ ورودی به دو دسته‌ی خانگی و صنعتی تقسیم می‌شوند.

اجزای مشعل گازسوز

اجزای سیستم تأمین هوای احتراق و سیستم تولید و انتقال جرقه‌ی مشعل گازسوز و مشعل گازوئیلی کاملاً یکسانند، اما اجزای سیستم سوخت‌رسانی و سیستم کنترل این مشعل‌ها با هم متفاوتند. سوختِ مشعل گازسوز (گاز شهری) خود دارای فشار بوده و به‌همین دلیل، نیازی به تجهیزاتِ افزایش فشار وجود ندارد.

مزایا

• بهره‌وری مشعل‌های گازی بیشتر از مشعل‌های گازوئیلی و مازوتی است.
• میزان آلاینده‌های حاصل از عمل احتراق در مشعل‌های گازی کمتر از مشعل‌های گازوئیلی و مازوتی است.
• با توجه به گسترش روزافزون شبکه‌ی گازرسانی، دسترسی به گاز آسان‌تر از دسترسی به دیگر سوخت‌ها است.
• کاهش تجهیزات جانبی و در نتیجه کاهش هزینه‌های نگهداری تجهیزات و تعمیرات.

معایب

• عدم دسترسیِ برخی مناطق به شبکه‌ی گازرسانی
• نیاز به فشار بالای گاز در ظرفیت‌های بالاتر
• تغییر در ظرفیت حرارتی با تغییر فشار گاز

مشعل گازوئیل‌سوز

در مشعل گازوئیل‌سوز، پس از ترکیب هوا و گازوئیل و تولیدِ جرقه توسط ترانسِ جرقه‌زن، شعله به‌وجود می‌آید و و گرمای موردنیاز دیگ یا هیتر را تأمین می‌کند.در مشعل‌های گازوئیلی الکتروموتور علاوه بر، به حرکت درآوردن فن گریز از مرکز و تأمین هوای مورد نیاز برای ایجاد شعله در محفظه‌ی احتراق، وظیفه‌ی به گردش درآوردن شفت پمپ گازوئیل و انتقال سوخت را نیز برعهده دارد.

اجزای مشعل گازوئیل‌سوز

اجزای سیستم تأمین هوای احتراق و سیستم تولید و انتقال جرقه‌ی مشعل گازسوز و مشعل گازوئیلی کاملاً یکسانند، اما اجزای سیستم سوخت‌رسانی و سیستم کنترل این مشعل‌ها با هم متفاوتند. رله‌ی الکترونیکی، الکتروموتور و ونتیلاتور (فن)، ترانس جرقه‌زن و الکترود جرقه، پمپ گازوئیل، چشم الکترونیکی (الکتروسل) و شیربرقی تعدادی از قطعاتِ تشکیل‌دهنده‌ی مشعل گازوئیل‌سوز هستند.

مزایا

• امکان استفاده در مناطقی که به شبکه‌ی گازرسانی دسترسی ندارند (در صورتِ ذخیره‌ی گازوئیلِ مورد نیاز)
• امکان استفاده از گازوئیل به‌عنوان سوخت ثانویه در کنار گاز (مشعل‌های دوگانه سوز) در این‌صورت حتی با قطع گاز در زمستان اختلالی در کارکرد مشعل رخ نمی‌دهد.

معایب

• بهره‌وری کمتر در مقایسه با مشعل گازسوز
• عدم دسترسی به گازوئیل در برخی مناطق
• تولید آلاینده‌های ناشی از احتراق در مقایسه با مشعل گازسوز
• نیاز بیشتر به تعمیر و نگهداری در مقایسه با مشعل گازی (با توجه به قطعات بیشتر)

مشعل دوگانه سوز

مشعل‌های دوگانه سوز می‌توانند انرژی حرارتیِ موردنیازِ سیستم گرمایشی را با استفاده از دو سوخت تأمین کنند. این دو سوخت گاز طبیعی و گازوئیل (سوخت مایع) هستند. با استفاده از کلیدی که روی بدنه‌ی این مشعل‌ها نصب شده، می‌توان هنگامِ نیاز، سوخت مصرفیِ مشعل را تغییر داد. استفاده از مشعل‌های دوگانه سوز در مناطقی که شبکه‌ی گازرسانی با مشکل مواجه است، انتخابی بسیار مناسب و منطقی به‌نظر می‌رسد. این مشعل‌ها برای تأمین گرمایش بویلرهای پالایشگاهی نیز به‌کار می‌روند؛ تا همواره امکان تغییرِ نوعِ سوخت مصرفیِ مشعل با توجه به حجمِ سوختِ تولیدشده در پالایشگاه وجود داشته باشد و سیستم گرمایشیِ مجموعه هیچ‌گاه با اختلال یا قطعی روبه‌رو نشود. هم‌چنین، این نوع مشعل‌ها در سیستم گرمایشی مراکز حساسی مانند بیمارستان، شرکت‌های داروسازی، کارخانه‌های تولید مواد غذایی نیز، که کنترل دمای محیط بر حفظ جانِ افراد و سلامتیِ آنها اثر مستقیم دارد، به‌کار برده می‌شوند.

اجزای مشعل دوگانه سوز

این مشعل‌ها با ترکیبی از قطعات سازنده‌ی مشعل‌های گازی و گازوئیلی ساخته می‌شوند. در واقع فیلتر گاز و گازوئیل، پمپ سوخت، شیربرقی گاز، الکتروموتور گاز، دمپر تنظیم هوا، شعله پخش‌کن، الکتروموتور پمپ، شیربرقی گازوئیل، نازل گاز و گازوئیل، شیر قطع‌کننده‌ی گاز، فن، کلید کنترل فشار گاز، چشم الکترونیکی یا فتوسل و ترانس جرقه‌زن قطعات سازنده‌ی مشعل دوگانه‌سوز هستند.

مازوت چیست

مازوت یا نفت کوره از هیدروکربن‌های نفتی است که هنگام پالایش نفت خام پس از نفتا، بنزین و نفت سفید به‌دست می‌آید، مایع و سیاه‌رنگ است. مازوت در مقایسه با دیگر سوخت‌های فسیلی بسیار ارزان است؛ از این‌رو بسیاری از صنایع با سوزاندنِ مازوت انرژیِ موردنیاز خود را تأمین می‌کنند. با توجه به همین ویژگی‌ها، برخی تولیدکنندگان نیز، مازوت را به‌عنوانِ سوخت مشعلِ تولیدیِ خود برمی‌گزینند.

مشعل مازوت‌سوز

با توجه به مایع بودنِ سوخت مشعل‌های مازوت‌سوز و گازوئیل سوز، شیوه‌ی کارکرد آن‌ها تقریباً یکسان است. مشعل‌های مازوت‌سوز عمدتاً برای تأمین گرمایش بویلرها و کوره‌های واحدهای پالایشگاهی استفاده می‌شوند. هم‌چنین، با توجه به توانِ تولید حرارت، در صنایع ذوب فلزات، کارخانه‌های تولید مواد غذایی، صنایع شیمیایی، تولید آسفالت و پخت سرامیک کاربرد گسترده‌ای دارند. مشعل‌های مازوت‌سوز در مقایسه با مشعل‌های گازوئیلی بهره‌وری بسیار کمتری دارند.

مزایا

• بیشتر از دیگر انواع سوخت قابلِ دست‌رسی است.
• سوختی بسیار ارزان قیمت‌تر از گاز و گازوئیل است.

معایب

• بهره‌وری حرارتی بسیار کم در مقایسه با دیگر انواع مشعل
• تولید آلاینده‌های ناشی از احتراق مازوت بسیار زیاد و خطرناک برای سلامتی

در این مقاله با یکی از قطعات اصلی دیگ بخار، یعنی «مشعل» آشنا شدیم و به بررسی عملکرد آن پرداختیم. قطعاتِ سازنده‌اش را معرفی کرده، کاربرد آن‌ها را خیلی مختصر شرح دادیم. در ادامه، انواع مشعل را برمبنای شیوه‌ی تأمین هوای مصرفی و نوع سوخت مصرفی بررسی کرده و با مزایا و معایب آنها آشنا شدیم. همکاران ما در مجموعه‌ی هومت شاپ همواره آماده‌ی ارائه‌ی هر نوع خدمات مشاوره، خرید و خدمات پس از فروش در زمینه‌ی سیستم‌های سرمایش و گرمایش به خریداران هستند.