Výběr hořáku průmyslové topné pece: Typy, účinnost a provedení s nízkými emisemi NOx

Vezměme si kovárnu ve východní Číně, která nahradila svůj stárnoucí hořák topné pece nejlevnější dostupnou jednotkou z dovozu. Během tří měsíců operátoři každý týden seškrabovali uhlík ze sestavy trysky a elektrody, pec potřebovala dvacet minut navíc k dosažení teploty prohřívání a spotřeba zemního plynu vzrostla o 11 procent. Hořák nebyl vadný. Byl to prostě špatný hořák pro tu pec.

Tento vzorec se opakuje v rostlinách všech velikostí. Výběr hořáku topné pece je rozhodnutím procesního inženýrství, nikoli nákupem náhradních dílů. Hořák řídí průtok paliva, tvar plamene a distribuci tepla uvnitř pece a tyto tři proměnné nastavují strop pro kvalitu produktu a úsporu paliva. Tato příručka popisuje, jak hořáky průmyslových topných pecí fungují, jak je sladit s pecí, režimy poruch, které způsobují většinu servisních zásahů, a zvýšení účinnosti moderních konstrukcí s nízkým obsahem NOx a vícepalivových konstrukcí.

Hořák průmyslové topné pece pro zpracování kovů za tepla Tento hořák je součástí kompletního systému topné pece se spalováním s nízkým obsahem NOx a rekuperací odpadního tepla, které podporuje jednotné řízení teploty pro procesy kování a tepelného zpracování. Zobrazit produkt →

Jak funguje hořák topné pece

Hořák topné pece má čtyři úkoly: odměřovat palivo, přivádět spalovací vzduch ve správném poměru, zapalovat směs a stabilizovat plamen v celém rozsahu spalování. V plynovém hořáku palivo vstupuje přes plynovou řadu a mísí se se vzduchem uvnitř tělesa hořáku nebo na čele plamene. V hořáku na kapalná paliva se musí palivo nejprve rozprášit na jemné kapičky, aby se každá kapka rychle vypařila a shořela. Hořáky na pevná paliva nesou práškové uhlí nebo biomasu v proudu vzduchu a suspendují částice v zóně plamene.

Tvar plamene je důležitý stejně jako teplota plamene. Krátký, huňatý plamen vyzařuje teplo blízko stěny; dlouhý, líný plamen nese teplo hlouběji do komory. Pokud plamen dopadá na náplň, dochází k lokalizovanému přehřátí, vodnímu kameni a povrchovým defektům. Pokud se plamen zvedne z hořáku, dojde k pulzaci, špičkám CO a plýtvání palivem. Proto může stejný model hořáku fungovat jinak v třímetrové komoře a devítimetrové komoře.

Moderní průmyslové hořáky také zahrnují kontrolu plamene, zapalovací elektrody a ventilátory spalovacího vzduchu a jsou propojeny se systémem řízení hořáku (BMS) pro pořadí spouštění a logiku vypínání. Když je hořák součástí větší procesní linky, stávají se tyto ovládací prvky stejně důležité jako samotné spalování.

Přehled typů hořáků

Praktická volba topné pece obvykle spočívá na plynu, kapalném palivu, pevném palivu nebo kombinaci dvou nebo více. Každá rodina má odlišný hardware pro manipulaci s palivem a charakteristiky plamene.

Plynové hořáky dominují tepelnému zpracování a kování, protože spalování je čisté a odtah je velkorysý. Hořáky na kapalná paliva se objevují tam, kde je dodávka plynu přerušitelná nebo kde rostliny nakupují těžký olej za cenu. Hořáky na tuhá paliva jsou omezeny na velké pece a sušárny, které již mají přípravu paliva. Vícepalivové hořáky se stávají běžnými v závodech, které mění paliva podle cen energie nebo smluvní dostupnosti plynu.

Výběrová kritéria, na kterých záleží

Začněte procesem, ne hořákem. Zaznamenejte rozsah rychlosti spalování pece, pracovní cyklus (dávkový nebo nepřetržitý), dostupné palivo a místní emisní limit. Poté vyhodnoťte nabídky hořáků podle těchto šesti kritérií:

1. Tolerance typu paliva a kvality paliva. Kvalita plynu se liší podle složení potrubí; kvalita oleje se liší podle síry a viskozity. Hořák, který toleruje změny paliva, šetří prostoje.
2. Poměr ztlumení. Dávkové pece mezi vsázkami běží naprázdno a potřebují ztlumení alespoň 10:1. Kontinuální pec může pracovat s poměrem 4:1 nebo 5:1.
3. Geometrie plamene. Délka a šířka plamene musí odpovídat komoře, aby plamen nedrhnul střechu a nenarážel na náplň.
4. Ovládání poměru vzduchu. Mechanické spojení je jednoduché, ale driftuje; korekce kyslíku udržuje nastavenou hodnotu a zaplatí za sebe úsporou paliva.
5. Soulad s NOx a CO. Zkontrolujte, zda místní povolení vyžaduje návrh s nízkými emisemi NOx, nejen dnešní limit, ale pravděpodobný budoucí limit.
6. Servisní přístup a náhradní díly. Trysky, elektrody a snímače plamene se opotřebovávají. Pokud vás hořák nutí odizolovat vzduchové potrubí, abyste se k nim dostali, náklady na údržbu rychle stoupají.

Získat těchto šest vstupů hned na začátku je levnější než později ladit špatný hořák. Dodatečné vybavení jinou délkou plamene nebo systémem poměru vzduchu obvykle znamená nový žáruvzdorný materiál, nové potrubí a týdny přerušení procesu.

Proč hořáky topných pecí selhávají v provozu

Většina poruch hořáku není náhlá. Jsou postupné a projevují se rostoucí spotřebou paliva, sazemi nebo problémy se zapalováním. Většinu servisních volání tvoří tři režimy selhání.

Uhlíkové znečištění sestavy trysky a elektrody. Toto je klasická porucha u hořáků na kapalná paliva. Stává se to při poklesu kvality rozprašování, obvykle proto, že teplota paliva je příliš nízká, tryska je předimenzovaná pro aktuální rychlost spalování nebo poklesl přívod spalovacího vzduchu. Opravou není častější čištění; opravuje nastavení atomizace a vzduchu, takže se uhlík přestane tvořit.

Přerušované zapalování. Hořák, který se zapálí až po zaklepání nebo opakovaných pokusech, vám oznamuje, že snímač plamene je špinavý, mezera mezi elektrodami se posunula nebo zapalovací transformátor je slabý. Jedná se o pětiminutové diagnózy se správnou testovací sadou, které se však prodraží, pokud se jedná o závadu hořáku a vymění se celá jednotka.

Rez a koroze tělesa hořáku. Na vině je obvykle vlhkost: úniky z těsnění dvířek topeniště, kondenzace v potrubí spalovacího vzduchu nebo obtok v palivové řadě. Rez uvnitř hořáku narušuje průchody vzduchu a mění tvar plamene dlouho před poškozením kovu. Každý z těchto poruchových režimů a diagnostickou sekvenci podrobněji vysvětlíme v našem článku o proč selhávají hořáky topných pecí .

Účinnost, emise a design s nízkými emisemi NOx

Přebytečný vzduch je největší pákou účinnosti, kterou má obsluha pece k dispozici. Každá molekula přebytečného vzduchu, která vstoupí do pece, opustí komín, který s sebou nese teplo. Při 50% přebytku vzduchu může být ztráta spalin z pece provozované v blízkosti 900 °C zhruba dvojnásobná než při 10% přebytku vzduchu. Protiváhou je nedokonalé spalování: příliš málo vzduchu vytváří CO, saze a nespálené palivo. Provozní okénko je úzké, a proto je u hořáků průmyslových topných pecí standardním vylepšením obložení spalin a kyslíku. Kompletní plán účinnosti musí kombinovat nastavení hořáku, řízení tlaku pece a plánování vsázky a my jsme shromáždili praktické kroky v tomto průvodce účinností hořáku topné pece .

NOx je druhé omezení. Ve většině průmyslových topných pecí se NOx tvoří z dusíku ve spalovacím vzduchu, který reaguje při vysoké teplotě plamene. Dvě konstrukční odezvy jsou stupňování, které zpožďuje část spalovacího vzduchu, takže špičková teplota plamene klesá, a recirkulace spalin, která ředí plamen. Oba redukují NOx bez obětování uvolňování tepla. Pro závody s emisním limitem je výběr hořáku s nízkým obsahem NOx vpředu mnohem levnější než přidání selektivní katalytické nebo nekatalytické redukce později, protože předřazené zařízení a potrubí jsou již dimenzovány pro plamen.

Hořák s nízkým obsahem NOx s recirkulací spalin Tento hořák, navržený tak, aby udržoval emise NOx pod 30 mg/m³ pomocí stupňovitého spalování a FGR, vyhovuje průmyslovým odvětvím s regulací emisí a zároveň si nárokuje vysokou účinnost a inteligentní monitorování PLC. Zobrazit produkt →

Přizpůsobení hořáku vašemu procesu

Provozní profil pece určuje, na kterých charakteristikách hořáku záleží nejvíce.

V pecích na tepelné zpracování běží dlouhé dávky a mezi nimi běží naprázdno. Potřebují široké ztlumení, těsnou rovnoměrnost teploty a čistý plamen, který nepoznamenává práci. Standardní řešení je plynový hořák s regulací vzduchu a dlouhým plamenem. Kovací pece naproti tomu uvolňují velké množství tepla do malé komory a potřebují kompaktní vysoce intenzivní plamen, který se rychle zahřívá, aniž by narážel na předvalek. Pece na tavení hliníku potřebují nízkorychlostní spalování, aby se omezila oxidace kovu a ztráty taveniny.

Plynový hořák s dlouhým plamenem s Lavalovou tryskou Plynový hořák s nastavitelnou Lavalovou tryskou a vířivým systémem pro tvarování širokého plamene, zaměřený na aplikace v rotačních pecích s dlouhým plamenem, jako je výroba nikl-železných a lithiových baterií. Zobrazit produkt →

Flexibilita paliva se také stává komerčním požadavkem. Závody s přerušitelnými tarify za plyn nebo ty, které mají přístup k plynu z biomasy pro vlastní potřebu, často volí vícepalivový hořák, takže výrobní linka stále běží přes cenové špičky. Společnosti, které provozují standardní hořák topné pece na zemní plyn, mohou přejít na olej nebo kombinaci plyn-olej s vícepalivovým designem, čímž se zvýší bezpečnost dodávek bez snížení hodnocení pece.

Bez ohledu na to, kterou skupinu produktů hodnotíte, metoda výběru je stejná: nejprve definujte geometrii pece, rozsah spalování, palivo a emisní limit, poté nechte konstrukci hořáku přizpůsobit plamen procesu. Uveďte správné údaje a hořák ohřívací pece se stane spolehlivým dříčem, druhem, který je roky ignorován, protože nikdy nikomu nedává důvod volat.