سیستم کنترل مشعل گازی و گازوئیلی

مشعل های گاز سوز و گازوییل سوز مهم ترین مصرف کنندگان سوخت و تولید گرما در سیستم های گرمایش و تهویه مطبوع محسوب میگردد و به طور معمول به عنوان بخشی از تجهیزات مولد بخار، آب گرم و هوای گرم مورد استفاده قرار میگیرد. از این نظر ارتباط ناگسستنی بین کنترل کننده ها و کنترل شونده های آن ها با دیگ، کوره هوای گرم و یا سایر تجهیزاتی که در ساختار خود از مشعل استفاده میکنند وجود دارد. به عنوان مثال در یک دیگ آب گرم، فرمان خاموش و روشن شدن مشعل از سوی ترموستاتی که تحت تاثیر دمای آب گرم دیگ است، صادر میشود و یا در دیگ بخار ممکن است طول شعله براساس فشار کار دیگ به صورت تدریجی کوتاه یا بلند شود.

در چیلرهای جذبی شعله مستقیم نیز ممکن است کارکرد مشعل تابعی از دمای برگشت آب سرد از ساختمان باشد. بنابراین مشعل به عنوان جزیی از یک ساختار کلی فارغ از کنترل کننده های اختصاصی، تحت تاثیر کنترل کننده هایی که عملیات تجهیزات مولد را راهبری میکنند نیز قرار میگیرند.

بخشی از تجهیزات و کنترل کننده های مشعل نقش راهبری و بخشی دیگر نقش ایمنی و حفاظتی را بر عهده دارند و در عین حال این دو بخش در ارتباط و مکمل یکدیگر نیز هستند.

به طور کلی فرایند احتراق در تجهیزات مولد گرمایشی که مجهز به مشعل هستند طی مراحل زیر انجام میگیرد.

• روشن نمودن فن و مشعل و خالی نمودن محفظه احتراق از گازهای احتمالی قابل انفجار
• ایجاد جرقه توسط ترانس جرقه در زمانی خاص و به مدت مشخص
• باز شدن شیر سوخت
• اختلاط سوخت و هوا در مجاورت جرقه و تشکیل شعله و قطع کار ترانس جرقه
• تشخیص وجود شعله توسط حسگرهای نوری، حرارتی یا یونی
• راهبری و ادامه کار مشعل توسط کنترل کننده های اصلی یا اولیه

چنانچه مشعل دارای کنترل کننده های پیشرفته تری باشد عملیات تعدیل هوا و سوخت به صورت خودکار و به تناسب ظرفیت صورت میگیرد.

ترانس جرقه

در مشعل های تفنگی دو الکترود متصل به ترانسفورمر افزاینده در نزدیکی لوله ورودی سوخت در زمان خاص و مدت مشخصی موجب ایجاد قوس یا جرقه میشود. ایجاد قوس الکتریکی بین دو تا الکترود که حداقل شش میلی متر با هم فاصله دارند نیازمند ولتاژ زیادی هست. به همین دلیل ولتاژ ثانویه ترانس جرقه بین 10000 تا 15000 ولت میباشد.

در مشعل های گازی معمولا از یک الکترود جرقه استفاده میشود و شعله پوش فلزی مشعل نقش الکترود دوم را بازی میکند. پس از گدشت زمان 30 ثانیه جرقه زنی شروع میگردد.

حسگر شعله

حسگرهای نوری، یونی و حرارتی ( ترموکوپلی)، سه نوع رایج حسگرهای شعله هستند که در صورت خاموش شدن شعله در اثر عیب، مشعل را از کار باز میدارند. به طور معمول در مشعل های گازوییل سوز از حسگرهای نوری مانند سلول کادمیوم سولفید استفاده میشود که در مقابل نور ساطع از شعله حساس هست. این سلول در تاریکی دارای مقاومت الکتریکی بسیار بالای است و مقاومت آن به چند صدهزار اهم میرسد، اما تحت تابش نور، مقاومت آن تا 50 اهم کاهش میابد

در مشعل های پر ظرفیت، چشم نوری فرابنفش کاربرد زیادی دارد. این حسگر شامل حبابی محتوی گاز که در حالت معمولی مقاومت الکتریکی زیادی داشته و اجازه عبور جریان الکتریکی را نمیدهد، تحت تاثیر نور فرابنفش شعله، گاز داخل حباب یونیزه و مقاومت الکتریکی آن کاهش میابد.

استفاده از میله شعله یا میله یونیزاسیون نیز روشی رایج برای تشخیص وجود شعله در مشعل های گاز سوز است. از آنجا که در دهانه مشعل به دلیل وجود شعله انبوه و گرمای زیاد، هوا و محصولات ناشی از احتراق یونیزه میشوند، شرایط مناسبی برای جریان الکتریکی به وجود می آید. بنابراین با قرار دادن میله ای فلزی در میان فضای شعله می توان انتظار داشت که که جریان الکتریکی ضعیفی بین میله و شعله پخش کن فلزی مشعل به وجود می اید. همین جریان کم میتواند رله اصلی مشعل را فعال نگه دارد.

استفاده از ترموکوپل در مشعل های گاز سوز تفنگی رایج نیست، اما از آن در مشعل های گازسوز اتمسفریک به وجود استفاده میگردد. عدم گرم شدن ترموکوپل و به تبع آن عدم وجود ولتاژ میتواند منجر به قطع شیر برقی گاز شود.

شیرهای خودکار کنترل سوخت

در هر دو نوع مشعل گازوییل سوز و گاز سوز از شیرهای اتوماتیک در مسیر جریان سوخت استفاده میشود. در انواع کم ظرفیت، شیرها از نوع برقی سلونوییدی هستند، اما در ظرفیت های زیاد فارغ از شیرهای برقی با عملکرد دفعی از شیرهای موتوری تناسبی یا تدریج نیز جهت کنترل حجم و طول شعله استفاده میشود. برخی شیرهای خودکار مشعل های گاز سوز پر ظرفیت دارای تنظیم کننده داخلی فشار نیز هستند. طرح واره ای از ساختمان داخلی شیرهای خودکار گاز را نمایش میدهد.

همانگونه که مشاهده میشود گاز از سه درگاه عبور میکند. درگاه مربوط به شیر شعله شمعک است که به وسیله ترموکوپل تحریک میشود. چنانچه شمعک به هر دلیلی خاموش و در پی آن ترموکوپل سرد شود. این درگاه بسته شده و مانع از عبور گاز میشود. درگاه دوم تنظیم فشار گاز است و در گاه سوم شامل شیر اصلی است که توسط ترموستات باز و بسته میشود.

شمعک

یکی از روش های قدیمی برای اشتعال مشعل ها، استفاده از یک شعله کوچک مدام روشن است. وجود این شعله ضمن اینکه با بازشدن شیر اصلی و دمپر هوا موجب تشکیل شعله اصلی میگردد. همچنین از ایمنی نیز عملکرد موثری دارد. در مشعل هایی که دارای شمعک هستند، ترموکوپل یا حسگر شعله تحت تاثیر این شعله کوچک شیر اصلی گاز را کنترل میکند. در صورت خاموش شدن شمعک شیر اصلی گاز به سرعت بسته میشود.

الکتروموتور مشعل

در مشعل های گازسوز، الکترو موتور تنها برای به گردش در آوردن فن و تامین هوای احتراق مورد استفاده قرار میگیرد، اما در مشعل های گازوییل سوز علاوه بر فن، پمپ گازوییل نیز با همین موتورکار میکند.

در مشعل های کم ظرفیت دارای الکتروموتور تک فاز از نوع سیم پیچ کمکی هستند اما در مشعل های پر ظرفیت از الکترو موتورهای سه فاز استفاده میگردد.

دمپر تنظیم هوا

مشعل ها در قسمت مکش بادزن دارای دمپری هستند که با تنظیم آن می توان هوای احتراق را متناسب با مقدار سوخت و وضعیت شعله تنظیم کرد. این مشعل در مشعل های کم ظرفیت به صورت دستی اما در مشعل های پر ظرفیت یک موتور با عملکرد تدریجی با فرمان گرفتن از کنترل کننده اصلی به تناسب مقدار سوخت، میزان هوای مورد نیاز تنطیم میکند.

کلید کنترل کننده فشار گاز و هوا

برای اختلاط مناسب گاز و هوا و نیز جلوگیری از بروز خطرات احتمالی، دو کلید کنترل کننده مجزا و یا یکپارچه میزان فشار هوا و گاز ورودی به محفظه احتراق را کنترل میکنند. در صورتی که مقدار فشار هوای و گاز کمتر از از مقدار مناسب باشد، دو کنترل ککنده از طریق رله اصلی مشعل را از کار می اندازد و یا به طور کلی مانع از روشن شدن آن میگردد.

در بعضی از مشعل های کم ظرفیت به جای کلید کنترل فشار هوا از نوعی کلید گریز از مرکز که با محور موتور بادبزن عمل میکند، استفاده میشود. در این حالت فرض بر این است که با روشن شدن موتور و گردش فن، فشار کافی هوا ایجاد گردد.

کنترل کننده اصلی

کنترل کننده اصلی یا اولیه که به طور عام رله مشعل خوانده میشود، کلیه عملیات مشعل را سازماندهی و راهبری میکند. روشن شدن فن و تخلیه محفظه احتراق از وجود احتمالی گازهای قابل انفجار، کنترل مدت زمان جرقه زنی، بازکردن شیرهای سوخت و نظارت بر کیفیت احتراق از جمله وظایف این کنترل کننده است. رله مشعل با کلیه تجهیزات کنترل کننده دیگر همچون، ترموستات، کنترل کننده های ایمنی، شیرهای سوخت و حسگرهای شعله در ارتباط میباشد.

در مشعل های گازوییلی، عملیات تخلیه هوای کوره و جرقه زنی با هم آغاز میشوند. بنابراین الکتروموتور و ترانس جرقه زنی تقریبا به طور هم زمان وارد مدار میشوند و پس از گذشت 15 ثانیه، شیر برقی مرحله اول وارد مدار میگردد. (در مشعل های که دارای دو نازل گازوییل هستند) و چنانچه مشکلی وجود نداشته باشد، باید شعله تشکیل گردد.

دو زمان 5 ثانیه ای tf و ts برای تشخیص نور حاصل از شعله تشخیص داده شده است. چنانچه نور حاصل از شعله توسط چشم نوری حس شود، رله به کار عادی خود ادامه میدهد و پس از 7 ثانیه tn دیگر جرقه زن از کار می افتد و پس از 20 ثانیه شیر برقی نازل دوم نیز باز میگردد و مشعل با تمام ظرفیت به کار خود ادامه میدهد.

کنترل کننده های مشعل های گاز سوز نیز با برخی تفاوت ها، کم وبیش مانند کنترل کننده های مشعل های گازوییل سوز هستند.

Hs = کلید اصلی

St = ترموستات حد

Rt = ترموستات راهبردی

Ev = شستی راه اندازی مجدد

F = چشم نوری

Z = ترانس جرقه

M = موتور مشعل

V1 = شیر برقی مرحله اول گازوییل

V2 =شیر برقی مرحله دوم

Sa = چراغ سیگنال راهنما

Tv1 = زمان تخلیه هوای اولیه قبل از جرقه زنی و اغاز جرقه زنی

Tf = زمان تخلیه اولیه و پایش وجود نور از شعله

Ts =زمان ایمنی

tn = ادامه جرقه زنی

tv2= زمان تاخیری تا باز شدن شیر برقی مرحله 2

1. با وصل ترموستات، موتور مشعل و ترانس جرقه در مدار قرار میگیرد
2. شیر برقی باز میگردد
3. زمان ایمنی، در صورت تشخیص شعله مشعل به کار خود ادامه میدهد در غیر این صورت مشعل از کار بازمانده و چراغ ریست روشن میشود
4. وضیعت کار عادی

Hs =کلید اصلی

Gw = کلید کنترل فشار گاز

St = ترموستات حد

Rt = ترموستات راهبری

Ev= شستی راه اندازی مجدد

Is= میله یونیزاسیون

Z= ترانس جرقه

M= موتور مشعل

V1= شیر برقی گاز

V2= شیر برقی گاز

Lw= کلید کنترل فشار هوا

Sa= چراغ سیگنال راهنما

Tlw= حداکثر زمان برای وصل شدن کلید کنترل هوا 60 ثانیه

Tv1= زمان تخلیه هوای کوره 24 ثانیه و در برخی 40 ثانیه

Tvz= زمان اولیه جرقه زنی

Tz= زمان کل جرقه زنی 5.5 ثانیه

Tf= پایش وجود نور شعله 5 ثانیه

Ts= زمان ایمنی جهت اطمینال از تشکیل شعله 3 ثانیه

Tv2= زمان تاخیری تا باز شدن شیر برقی مرحله دوم

Uv= حسگر فرابنفش