Выбор горелки для промышленной нагревательной печи: типы, эффективность и конструкции с низким уровнем выбросов NOx

Рассмотрим кузнечный цех в восточном Китае, который заменил устаревшую горелку нагревательной печи на самую дешевую импортную установку. В течение трех месяцев операторы каждую неделю очищали нагар с узла сопла и электродов, печи требовалось двадцать дополнительных минут, чтобы достичь температуры выдержки, а потребление природного газа выросло на 11 процентов. Горелка не была дефектной. Это была просто неподходящая горелка для этой печи.

Эта закономерность повторяется у растений любого размера. Выбор горелки отопительной печи – это технологическое решение, а не покупка запасных частей. Горелка контролирует поток топлива, форму пламени и распределение тепла внутри печи, и эти три переменные определяют потолок качества продукции и экономии топлива. В этом руководстве описывается, как работают горелки промышленных нагревательных печей, как их согласовать с печью, виды отказов, которые приводят к большинству обращений в сервисный центр, а также повышение эффективности, обеспечиваемое современными конструкциями с низким уровнем выбросов NOx и многотопливными конструкциями.

Горелка промышленной нагревательной печи для горячей обработки металла Эта горелка является частью комплексной системы нагревательной печи с низким уровнем выбросов NOx и рекуперацией отходящего тепла, обеспечивая равномерный контроль температуры в процессах ковки и термообработки. Просмотреть продукт →

Как работает горелка отопительной печи

Горелка отопительной печи выполняет четыре функции: дозирует топливо, подает воздух для горения в правильном соотношении, воспламеняет смесь и стабилизирует пламя во всем диапазоне горения. В газовой горелке топливо поступает через газовую рампу и смешивается с воздухом внутри корпуса горелки или на фронте пламени. В жидкотопливной горелке топливо сначала должно быть распылено на мелкие капли, чтобы каждая капля испарялась и быстро сгорала. Твердотопливные горелки переносят пылевидный уголь или биомассу в потоке воздуха и суспендируют частицы в зоне пламени.

Форма пламени имеет такое же значение, как и температура пламени. Короткое густое пламя излучает тепло близко к стене; длинное, ленивое пламя переносит тепло глубже в камеру. Если пламя попадает на шихту, возникают локальные перегревы, окалина и дефекты поверхности. Если пламя отрывается от горелки, вы получаете пульсацию, выбросы CO и потерю топлива. Именно поэтому одна и та же модель горелки может по-разному работать в трехметровой и девятиметровой камере.

Современные промышленные горелки также включают в себя контроль пламени, электроды зажигания и вентиляторы воздуха для горения, а также взаимодействуют с системой управления горелкой (BMS) для определения последовательности запуска и логики отключения. Когда горелка является частью более крупной технологической линии, эти элементы управления становятся столь же важными, как и само горение.

Типы горелок с первого взгляда

Практический выбор отопительной печи обычно сводится к использованию газа, жидкого топлива, твердого топлива или их комбинации. Каждое семейство имеет свое оборудование для работы с топливом и характеристики пламени.

Газовые горелки доминируют в термической обработке и ковке, поскольку сгорание чистое и диапазон регулирования достаточно большой. Горелки на жидком топливе появляются там, где прекращается подача газа или где заводы покупают мазут по цене. Твердотопливные горелки используются только в больших печах и сушилках, в которых уже имеется подготовка топлива. Многотопливные горелки становятся обычным явлением на предприятиях, которые переключают виды топлива в соответствии с ценами на энергию или контрактным наличием газа.

Критерии отбора, которые имеют значение

Начните с процесса, а не с горелки. Запишите диапазон мощности печи, рабочий цикл (периодический или непрерывный), доступное топливо и местный предел выбросов. Затем оцените предложения горелок по этим шести критериям:

1. Тип топлива и допуск на качество топлива. Качество газа зависит от состава трубопровода; Качество масла зависит от серы и вязкости. Горелка, допускающая изменение топлива, сокращает время простоя.
2. Коэффициент понижения. Периодические печи простаивают между загрузками и требуют диапазона регулирования не менее 10:1. Проходная печь может работать с соотношением 4:1 или 5:1.
3. Геометрия пламени. Длина и ширина пламени должны соответствовать размеру камеры, чтобы пламя не царапало крышу и не задевало шихту.
4. Контроль соотношения воздуха. Механическая связь проста, но смещается; Подстройка кислорода удерживает заданное значение и окупается за счет экономии топлива.
5. Соответствие нормам NOx и CO. Проверьте, требует ли местное разрешение конструкции с низким уровнем выбросов NOx, не только сегодняшнего предела, но и вероятного будущего предела.
6. Сервисный доступ и запасные части. Сопла, электроды и сканеры пламени изнашиваются. Если горелка заставляет вас снимать воздуховод, чтобы добраться до них, затраты на техническое обслуживание быстро возрастают.

Правильная установка этих шести входов в самом начале обходится дешевле, чем потом настраивать неправильную горелку. Модернизация системы с другой длиной пламени или соотношением воздуха обычно означает новый огнеупор, новый трубопровод и недели простоя процесса.

Почему горелки отопительных печей выходят из строя

Большинство отказов горелки не происходят внезапно. Они происходят постепенно и проявляются в увеличении расхода топлива, копоти или проблемах с зажиганием. Большинство обращений в службу поддержки приходится на три режима отказа.

Углеродное загрязнение узла сопла и электрода. Это классический отказ жидкотопливных горелок. Это происходит, когда качество распыления падает, обычно из-за слишком низкой температуры топлива, размера форсунки, превышающего фактическую скорость горения, или из-за падения подачи воздуха для горения. Исправление – не более частая уборка; он корректирует настройки распыления и подачи воздуха, чтобы нагар перестал образовываться.

Прерывистое зажигание. Горелка, которая загорается только после стука или повторных попыток, говорит о загрязнении датчика пламени, смещении межэлектродного зазора или слабом трансформаторе зажигания. Это пятиминутная диагностика с использованием правильного тестового набора, но она становится дорогостоящей, если рассматривать ее как неисправность горелки и заменять весь блок.

Ржавчина и коррозия корпуса горелки. Обычно виновата влага: утечки из уплотнений дверцы печи, конденсат в воздуховоде для горения или перепускной слив в топливной рампе. Ржавчина внутри горелки деформирует воздушные каналы и меняет форму пламени задолго до выхода металла из строя. Мы объясняем каждый из этих режимов отказа и последовательность диагностики более подробно в нашей статье. почему выходят из строя горелки отопительной печи .

Эффективность, выбросы и конструкция с низким уровнем выбросов NOx

Избыток воздуха — это самый большой рычаг повышения эффективности, доступный оператору печи. Каждая молекула избыточного воздуха, попадающая в печь, уходит через дымовую трубу, унося с собой тепло. При 50-процентном избытке воздуха потери с дымовыми газами из печи, работающей при температуре около 900°C, могут примерно вдвое превышать потери при 10-процентном избытке воздуха. Противовесом является неполное сгорание: слишком мало воздуха приводит к образованию CO, сажи и несгоревшего топлива. Рабочее окно узкое, поэтому регулировка кислорода в дымовых газах является стандартной модернизацией горелок промышленных отопительных печей. Полный план повышения эффективности должен сочетать в себе настройку горелки, контроль давления в печи и планирование загрузки, и в этом разделе мы собрали практические шаги. Руководство по эффективности горелки отопительной печи .

NOx является вторым ограничением. В большинстве промышленных нагревательных печей NOx образуется из азота в воздухе для горения, реагирующего при высокой температуре пламени. Двумя конструктивными реакциями являются ступенчатое регулирование, которое задерживает часть воздуха для горения, поэтому пиковая температура пламени падает, и рециркуляция дымовых газов, которая ослабляет пламя. Оба снижают выбросы NOx, не жертвуя выделением тепла. Для заводов, находящихся под ограничением выбросов, выбор горелки с низким уровнем выбросов NOx заранее намного дешевле, чем добавление селективного каталитического или некаталитического восстановления позже, поскольку входное оборудование и воздуховоды уже рассчитаны на пламя.

Горелка с низким уровнем выбросов NOx и рециркуляцией дымовых газов Разработанная для снижения выбросов NOx на уровне ниже 30 мг/м³ за счет ступенчатого сжигания и FGR, эта горелка подходит для отраслей с регулируемыми выбросами, обеспечивая при этом высокую эффективность и интеллектуальный контроль с помощью ПЛК. Просмотреть продукт →

Подбор горелки к вашему процессу

Режим работы печи определяет, какие характеристики горелки имеют наибольшее значение.

Печи для термообработки работают с длинными партиями и простаивают между ними. Им нужен широкий диапазон регулирования, строгая однородность температуры и чистое пламя, не оставляющее следов на работе. Стандартным решением является газовая горелка с регулировкой подачи воздуха и длинным пламенем. Кузнечные печи, напротив, выделяют большое количество тепла в небольшую камеру и требуют компактного пламени высокой интенсивности, которое быстро нагревается, не воздействуя на заготовку. Печи для плавки алюминия требуют низкоскоростного сгорания, чтобы ограничить окисление металла и потери расплава.

Длиннопламенная газовая горелка с соплом Лаваля Газовая горелка с регулируемым соплом Лаваля и вихревой системой для широкого формирования пламени, предназначенная для применения в вращающихся печах с длинным пламенем, таких как производство никель-железных и литиевых батарей. Просмотреть продукт →

Гибкость использования топлива также становится коммерческим требованием. Заводы, на которых действуют прерываемые тарифы на газ, или те, у которых есть доступ к газу из биомассы, часто выбирают многотопливные горелки, чтобы производственная линия продолжала работать в условиях скачков цен. Компании, которые используют стандартную горелку отопительной печи на природном газе, могут перейти на нефть или комбинацию газойля с многотопливной конструкцией, что повышает надежность поставок без снижения мощности печи.

Какое бы семейство продуктов вы ни оценивали, метод выбора один и тот же: сначала определите геометрию печи, диапазон горения, топливо и предел выбросов, а затем позвольте инженерам горелки подобрать пламя в соответствии с процессом. Сделайте эти входы правильно, и горелка отопительной печи станет надежной рабочей лошадкой, которую годами игнорируют, потому что она никогда не дает никому повода позвонить.