تطابق مشعل با کاربرد

از: Glenn Showers

ماخذ: HPAC April 2003 (مجله صنعت تاسیسات شماره47؟)

وظیفه اصلی یک مشعل مخلوط نمودن هوا و سوخت در محیطی تحت کنترل به منظور تولید شعله ای است که از آن برای انتقال و آزادسازی ارزش حرارتی مورد نیاز استفاده خواهد شد. با جستجو در اینترنت می توان تعداد بیش از یکصد تولید کننده مشعل و تجهیزات مربوطه در سراسر جهان را شناسایی نمود که از این تعداد 58 شرکت مشعل های مخصوص دیگ تولید می کنند. حال مهندسان چگونه می توانند مشعلی مناسب برای کاربرد خود را از میان تعداد کثیر عرضه کنندگان انتخاب کنند؟

در این مقاله کوتاه به طرح برخی نکات وظایفی خواهیم پرداخت که در هنگام انتخاب و اندازه گذاری مشعل ها مفید واقع می گردند.

کاربرد مشعل

مهم ترین معیار در روال انتخاب یک مشعل تعیین دقیق کاربرد فارغ از کلیه پارامتر های وابسته می باشد.به عنوان مثال گرم کردن حجم بزرگی از هوا برای خشک کردن کاغذ به مشعلی درون کانالی نیاز خواهد داشت درحالی که تولید بخار در یک دیگ نیازمند مشعلی کاملا متفاوت است.

سوخت

پس از این که نوع و ماهیت کاربرد دقیقا مشخص شد باید سوخت مورد استفاده تعیین گردد. سوخت های معمول برای مشعل ها عبارتند از گاز طبیعی، گازوئیل سبک، نفت کوره و در موارد خاص گاز های مازاد فرایندی و محصولات گازی. گاز طبیعی معمولا برای مشعل های عادی و کانالی مورد استفاده قرار می گیرد. سوخت های نفتی مایع و گازوئیلی برای مشعل های نازل دار مناسبند.مشعل هایی که از سوخت های مازاد و دور ریز استفاده می کنند نیاز به تمهیدات خاصی دارند. به عنوان مثال: نفت سوخته معمولا دارای میزان ذرات جامد و فلزات زیادی است لذا موجب از بین رفتن زود هنگام اجزاء و قطعات مشعل ها خواهد شد. در چنین مواردی باید روال های چک کردن فرسودگی را به دستور کار نگهداری مشعل افزود.

دامنه مجاز محصولات احتراق

احتراق سوخت ها علاوه بر آزادسازی حرارت و گرما موجب تولید مواد شیمیایی جدید می شود که تعیین کننده دمای گاز های ناشی از احتراق می باشند. آگاهی از دامنه های مجاز زیست محیطی برای صدورات احتراق سوخت های مختلف نقشی تعیین کننده در روال انتخاب مشعل دارد. البته باید توجه داشت که این دامنه های مجاز بر حسب موقعیت جغرافیایی متفاوت می باشند.

صدورات جوی و محصولات یک فرایند احتراق برای هر اندازه مشعل (ورودی گرمایی) به طراحی فیزیکی مشعل انتخابی بستگی دارد طراحی های مختلف مشعل ها با ورودی هوای تکی، دوتایی و حتی گاه سه تایی برای فرایند احتراق تاثیر به سزایی در میزان تولید مواد خطرناکی مانند اکسید های نیتروژن دارند. اجرای شیوه های بازچرخش گاز های ناشی از احتراق می تواند در کاهش تولید اکسید های نیتروژن موثر باشد.

برای مثال: مشعل های با طراحی قدیمی در دما های بسیار بالا و سطوح هوای اضافه عمل نموده و قادر به برآورده ساختن استاندارد های امروزی در خصوص میزان مجاز اکسید های نیتروژن نیستند، چون که دما های کارکرد زیاد از حد موجب تشکیل مقادیر قابل ملاحظه ای اکسید های نیتروژن ناشی از حرارت یا Thermally Generated می شود. مشعل های مدرن امروزی با بهره گیری از فرایند های احتراق چند مرحله ای در دماهایی بسیار پایین تر و میزان هوای اضافه کمتر عمل نموده در نتیجه میزان تولید اکسید های نیتروژن را به میزان قابل توجهی کاهش می دهند.

مقتضیات اجرایی

با افزایش روز افزون هزینه های سوخت در جهان، متخصصان توجهی ویژه به راندمان مشعل ها دارند. در موتورخانه های مدرن، مشعلی جدید می تواند بسیار بهتر از مدل های قدیمی عمل کرده و راندمان بیشتری داشته باشد چون که میزان هوای اضافه برای تکمیل احتراق (هوای اضافه یا Excess Air به آن میزان هوای احتراق اطلاق می گردد که در بالای شرایط Stochemetric برای تکمیل شدن فرایند احتراق مورد نیاز است) بدین ترتیب کاهش داده می شود. حال هر چه میزان هوای اضافه بیشتری مورد نیاز باشد، هوای بیشتری از دمای محیط تا دمای احتراق گرم شده و گرمای زیاد تری از طریق دودکش سیستم تلف خواهد شد. امل مهم دیگر، نسبت Turndown مورد نیاز برای کاربرد دلخواه است. این رقم در مشعل های عادی 5 به 1 است ولی در بعضی موارد می توان نسبت 10 به 1 و یا حتی 20 به 1 را نیز از سازنده مشعل درخواست نمود. طراحی داخلی مشعل ها و چگونگی اختلاط هوا و سوخت بر مقدار این نسبت تاثیر می گذارند.

محدودیت های فیزیکی

محل استقرار مشعل در طراحی آن بسیار با اهمیت تلقی می شود. آوردن مثال هایی از قیود فیزیکی از حوصله این مقاله خارج است ولی ئو نمونه جهت روشن شدن اذهان خوانندگان عنوان می گردند.

مثال 1: مشعلی برای یک دیگ باید به گونه ای نصب شود که شعله با بدنه های داخلی دیگ تماس نداشته باشد چون احتمال آسیب رسیدن به لوله های دیگ زیاد است. اگر اندازه مشعل انتخابی موجب می شود تا شعله با بدنه دیگ برخورد کند می توان یا محل قرارگیری مشعل را عوض نمود و یا این که به جای آن از دو مشعل کوچک تر استفاده کرد. در صورت لزوم کاستن بهره گرمایی دیگ و انتخاب مشعلی کوچک تر منطقی خواهد بود.

مثال 2: در این مثال، محدودیتی فیزیکی در یک سیستم زباله سوز وجود دارد. در این سیستم از دمای بالای مشعل برای از بین بردن بوی جریان هوای خروجی استفاده می شود ولی طول زیاد شعله سبب خواهد شد تا جریان های عرضی هوا آن را خاموش کنند.

در این مورد استفاده از مشعلی که درون بدنه سیستم نصب می گردد توصیه می شود.

مقررات ایمنی

هر مشعلی که در فضایی بسته نصب می گردد دارای خطر بالقوه است، از این رو ملاحظات ایمنی سخت گیرانه ای توسط متخصصان تدوین شده اند که باید در هنگام طراحی و استفاده از مشعل ها به دقت رعایت شوند. اما مشکلی که در این میان مطرح می باشد،تعدد این نقررات و استاندارد هاست (استاندارد هایی چون انجمن ملی حفاظت در برابر حریق، انجمن مهندسان مکانیک آمریکا، آزمایشگاه های Underwriters یا استاندارد های معروف به UL، بیمه گذاران ریسک های صنعتی، موسسات بیمه کارخانجات و غیره). بر اساس این استاندارد ها طراحی مشعل معمولا بدون تغییر باقی می ماند ولی آرایش لوله کشی و کنترل ها بسته به اندازه مشعل (ورودی گرمایی) تغییر می کنند.

نتیجه گیری

به طور کلی می توان گفت که کاربرد، نوع مشعل و سوخت مناسب را مشخص می کند. میزان مجاز صدورات، تعیین کننده پارامتر های طراحی درونی و بیرونی مشعل بوده و محدودیت های فیزیکی و خصوصیات عملکردی کمتر بر طراحی مشعل تاثیر می گذارند. نهایتا این که ملاحظات ایمنی در تمامی موارد باید مدنظر قرار گیرند.

اگر شما هم مشتاق یادگیری تخصصی و حرفه ای آموزش کارگاه عملی مشعل های حرارتی با اساتیدی مجرب هستید میتوانید در دوره های آموزشی کارگاه عملی مشعل های حرارتی  ثبت نام کنید.