مشعل (Torch)

دستگاهی است که با ترکیب مقدار معینی هوا با سوخت در یک فضای ایمن، انرژی سوخت را به انرژی گرمایی تبدیل می‌کند در اثر این احتراق مقداری گاز نیز تولید می‌شود. این انرژی تولید شده توسط دو روش جابه‌جایی و تشعشع به محیط اطراف انتقال داده می‌شود. 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 استفاده‌های مشعل در صنعت گرمایش به عنوان موتور احتراق بویلرها است همچنین در انواع دیگ‌ها، مشعل‌هایی با ظرفیت کاری متفاوت استفاده می‌شود.

روش کار
طرز کار مشعل بدین شکل می‌باشد که با پاشش سوخت (گاز، گازوییل، مازوت) از طریق ورودی و ایجاد جرقه حرارت مورد نیاز را به صورت شعله به داخل کوره هدایت می‌کند.در مشعل و دیگ تعدادی کنترل‌کننده وجود دارد که میزان و زمان هر کدام از فرایندهای مشعل را کنترل می‌کنند. برای مثال ترموستات دیگ و کنترل دود که گاهی به جای آن از سلول فتوالکتریک استفاده می‌شود به طور خودکار باعث کار کردن و از کار افتادن مشعل می‌شود.

                                 
           

در حالت کلی می توان انواع مشعل را در گروه های زیر دسته بندی نمود:

1. نوع سوخت مصرفی
2. نحوه تامین هوای احتراق


• 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.







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.

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.
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.


                                                                                                                  
• انواع مشعل از نظر تامین هوای احتراق

مشعل ها از نظر تامیین هوای احتراق به دو دسته تقسیم می شوند:
1. تامین هوا به صورت طبیعی یا اتمسفریک
2. 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.

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.

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



نازل سوخت
وظیفه پاشش سوخت در مشعل‌های پرشر جت مایع سوز با نازل است. نازل‌ها از نظر شکل و زاویه پاشش انواع مختلفی دارند که بنابر نوع و ظرفیت مشعل تغییر می‌کند. پمپ گازوئیل سوخت را تحت فشار به داخل نازل پمپ می‌کند. سوخت هنگام خروج از اریفیس تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز، از مزکز نازل دور شده و به صورت یک لایه نازک با سرعت زیادحرکت می‌کند. نازل‌ها از نظر شکل پاشش به سه الگوی اصلی دسته‌بندی می‌شوند.انتخاب نازل از نظر زاویه پخش و الگوی آن بستگی به طرح کوره حرارتی و طراحی مشعل دارد. زاویه پاشش سوخت در نازل‌ها بین ۳۰–۹۰ درجه به ۶ زاویه استاندار ۳۰، ۴۵، ۶۰، ۷۰، ۸۰، ۹۰ تقسیم‌بندی می‌شود.


چند نمونه نازل