فاکتورهای طراحی مشعل

مشعل وسیله ای است برای احتراق سوخت با اکسید کننده با هدف تبدیل انرژی شیمیایی موجود در سوخت به انرژی گرمایی.
یک سیستم احتراق بسته به نوع کاربرد و اندازه ممکن است دارای یک مشعل منفرد یا تعدادی مشعل باشد. به عنوان مثال در کوره های دوار (rotary furnace) یک مشعل منفرد در مرکز قاعده حالت استوانه ای کوره قرار دارد که در شکل مشاهده می شود. در کوره های دوار گرما از نوع تابشی با راندمان بالا به بار مورد نظر می رسد. با این حال هندسه استوانه محدودیت هایی از نظر اندازه و نوع بار دارد که از آن در برنامه های خاص احتراقی مانند ذوب آلومینیوم یا تولید سیمان استفاده می شود.

نمونه ای از سیستم های احتراقی متدوال استفاده از چند مشعل در یک هندسه مستطیل شکل است. این نوع سیستم احتراق به دلیل تعدد منابع گرما و به دلیل فعل و انفعالات بین مشعل و محصولات احتراق به طور کلی دشوارتر است

عوامل متعددی در طراحی مشعل نقش دارند. فاکتورهای طراحی مشعل بر مواردی مانند انتقال گرما و انتشار آلاینده ها تاثیر گذار است. با توجه به اینکه کاهش آلاینده ها در عصر حاضر اهمیت دارد، تغییرات زیادی در طرح های سنتی مشعل ایجاد شده است تا این مهم را برآورده سازد. در گذشته طراح مشعل اساسا به فکر احتراق موثر و انتقال انرژی به یک بار بود. مقررات جدید کاهش آلاینده ها در محیط زیست این فاکتور را به شرط طراحی مشعل اضافه نمود. این در حالی است که کاهش آلاینده ها با راندمان احتراق در بسیاری موارد با هم مغایرت دارد. در بسیاری از مشعل ها افزایش راندامان احتراق و تولید ناکس ها با هم در تضاد هستند و معمولا برای رفع این مشکل در یک منطقه ثانویه سوخت و اکسید کننده را با هم ترکیب می کنند و به این ترتیب میزان ناکس هم کاهش می یابد. همچنین ناکس به دمای محصولات خروجی از اگزوز وابسته است و با افزایش این دما بیش از 2400 درجه فارنهایت میزان ناکس افزایش می یابد. و کاهش این دما میزان گرمای تشعشعی را کاهش می دهد. مرحله بندی ترکیب سوخت و اکسیدکننده اگرچه باعث کاهش ناکس می شود اما کربن مونوکسید را افزایش می دهد و افزایش کربن مونوکسید نشانه ای از احتراق ناقص و کاهش اثر احتراق است. بنابراین طراحی بهینه در مشعل ها امری مهم است.