Горелка с низким уровнем выбросов NOx: как она работает, эффективность снижения выбросов NOx и советы по выбору

Если продление разрешения только что снизило предел NOx в вашей печи или печи до 100–150 мг/Нм³, а эксплуатационная горелка была указана десять или более лет назад, наиболее экономически эффективная коррекция обычно начинается с самой горелки, а не с более крупной системы очистки газа, прикрепленной на выходе.

Краткая версия: горелка с низким уровнем выбросов NOx предотвращает образование оксидов азота внутри пламени, а не удаляет их впоследствии. Контролируя смешивание топлива и воздуха, он удерживает пиковую температуру пламени и локальный избыток кислорода ниже условий, которые создают NOx, что обычно сокращает выбросы на газовом оборудовании на 30–60% и сокращает каждую последующую стадию снижения выбросов. В оставшейся части статьи объясняется, как работает конструкция, какого сокращения следует ожидать от различных видов топлива и что следует проверить перед подписанием договора купли-продажи.

Что на самом деле контролирует горелка с низким уровнем выбросов NOx

NOx в промышленных дымовых газах образуется по трем путям, и грамотная конструкция горелки нацелена на каждый из них по-разному:

• Термические NOx образуется, когда атмосферный азот окисляется при высокой температуре пламени — значительно выше примерно 1300 ° C и резко возрастающей за ее пределами. В нем преобладают чистые виды топлива, такие как природный газ.
• Топливные NOx происходит из азота, химически связанного в топливе. Когда вы сжигаете уголь, нефтяной кокс, тяжелую нефть или азотсодержащие отходы, азот, связанный с топливом, может стать источником большей части общего количества NOx.
• Подскажите NOx образуется во фронтах пламени, богатого топливом, и вносит незначительный вклад в большинство промышленных систем.

Таким образом, задача проектирования состоит из двух частей: снизить пиковую температуру пламени и время, в течение которого газы проводят там, и не допускать попадания азотсодержащего топлива в горячие зоны, богатые кислородом, на время, достаточное для разложения того, что уже образовалось.

Как конструкция снижает выбросы NOx

Большинство коммерческих горелок с низким уровнем выбросов NOx сочетают в себе три технологии в разных пропорциях. Ни один из них не является экзотическим; инженерия заключается в том, чтобы сбалансировать их с точки зрения стабильности пламени, теплопередачи и геометрии, которую фактически предлагает ваша печь.

Поэтапное сжигание воздуха

Вместо того, чтобы сразу смешивать весь воздух для горения с топливом, горелка подает контролируемый дефицит воздуха в первичную зону и добавляет остаток вниз по потоку. Основное пламя работает с высоким содержанием топлива, ограничивая пиковую температуру и ограничивая тепловые NOx кислорода; зона выгорания завершает горение по более низкому и плоскому профилю. Видимый результат — немного более длинное и мягкое пламя, поэтому геометрия пламени должна соответствовать печи.

Ступенчатая подача топлива и внутренняя рециркуляция

В ступенчатых конструкциях часть топлива впрыскивается за основным пламенем, создавая зону восстановления, в которой разлагаются NOx, уже образовавшиеся перед зоной окончательного выгорания. Многие печные горелки также уносят горячий дымовой газ в корень пламени — внутренняя рециркуляция — которая разбавляет кислород и дополнительно снижает пиковую температуру без использования внешних воздуховодов.

Опустите лишний воздух, держитесь дисциплинированно

Избыточный кислород является сырьем для термических NOx. Обычные настройки часто работают при 5% или более O2 в печи; настроенная система с низким уровнем выбросов NOx нацелена на диапазон 1–3%, сохраняя при этом уровень CO в определенных пределах. Эта маржа представляет собой реальные деньги и реальные выбросы NOx, но она сохраняется только в том случае, если сохраняется контур управления воздухом и топливом и измерения.

Горелки с низким уровнем выбросов NOx для промышленных печей Используя поэтапное сжигание с рециркуляцией дымовых газов, эта горелка нацелена на диапазон избыточного кислорода 1-3%, о котором говорилось выше, сокращая NOx, сохраняя при этом CO в пределах и поддерживая высокую эффективность сгорания. Посмотреть продукт →

В многоканальных горелках вращающихся печей эти функции привязаны к отдельным каналам — основному топливу, осевому воздуху, вихревому воздуху и транспортирующему воздуху — поэтому операторы изменяют форму пламени во время работы вместо того, чтобы принимать фиксированную геометрию. Компания GENERALFLAME заявляет, что ее запатентованная регулируемая горелка ALVS улучшает возможности регулировки и снижает потерю точности регулировки сопла при высокой температуре, а эта деталь имеет значение, если печь работает в течение нескольких месяцев между остановками.

Какого сокращения ожидать в зависимости от топлива и пошлин

Реалистичные ожидания предотвращают болезненные сюрпризы при закупках. Суммарные цифры по порядку величины (всегда сначала проверяйте базис O2):

• Природный газ, обычная горелка: обычно 150–300 мг/Нм³ при работе с большим избытком воздуха.
• Природный газ, горелка с низким уровнем выбросов NOx: обычно 60–150 мг/Нм³, а конструкции с рециркуляцией могут достигать менее 50 мг/Нм³ при благоприятных режимах работы.
• Угольные или нефтекоксовые печи: связанный с топливом азот смещает баланс, поэтому доля горелки в общем восстановлении меньше — часто десятки процентов — и обычно добавляется селективное некаталитическое восстановление (SNCR), чтобы закрыть оставшийся разрыв.

Предварительный нагрев воздуха, давление в печи, колебания нагрузки и содержание азота в топливе — все это влияет на эти цифры. Вот почему надежный поставщик гарантирует выбросы NOx при определенном анализе топлива, диапазоне нагрузок, температуре воздуха для горения и концентрации O2 — измеренных на вашей выхлопной трубе, а не воспроизведенных из лабораторной брошюры. Для практики проектирования и настройки каналов для конкретных печей Техническое руководство по горелкам вращающихся печей с низким уровнем выбросов NOx идет более глубоко.

Подбор горелки в соответствии с вашей печью, печью и топливом

Горелка с низким уровнем выбросов NOx – это в первую очередь технологическое оборудование, а во вторую – устройство для выбросов. Одна и та же номинальная тепловая мощность ведет себя совершенно по-разному в цементной печи, печи для обжига сподумена и печи для сжигания опасных отходов, поэтому выгодно работать с производителем, который исходит из вашего материала и данных процесса, а не только из ввода топлива. Jiangsu Jufeng Thermal Technology (GENERALFLAME), например, разрабатывает печные горелки для конкретных процессов для лепидолита, сподумена, ферроникеля, оксида цинка и окатышей и сообщает, что она была названа глобальным поставщиком для группы Imerys — внешний контроль, который отражает понимание процесса, а также качество сборки.

Там, где конструкция пламени решает больше, чем просто выбросы

• Печи для обжига цемента, извести и пеллет: Форма пламени влияет на образование покрытия, перегревы оболочки и качество продукции в такой же степени, как и NOx.
• Прокаливание литиевого сырья: Вращающиеся печи для лепидолита и сподумена требуют строгого контроля температуры пламени и атмосферы для трансформации кристаллической фазы, сохраняя при этом пределы выбросов.
• Металлургия: В печах для обжига ферроникеля и оксида цинка горелки подвергаются воздействию запыленных высокотемпературных камер, которые наказывают жесткие, неточно отрегулированные сопла.
• Сжигание отходов и биомассы: Благодаря высокому содержанию азота в топливе поэтапное сжигание определяет разницу между прохождением и провалом испытаний дымовой трубы.

Горелка вращающейся печи GeneralFlame ALVS Эта запатентованная многоканальная горелка с регулируемым соплом Лаваля и вихревым генератором с переменным шагом позволяет операторам изменять геометрию пламени во время эксплуатации, адаптируясь к конкретным технологическим применениям, от литиевых материалов до цемента. Посмотреть продукт →

Планируйте гибкость топлива заранее

Заводы, работающие на природном газе, часто сталкиваются с необходимостью сжигать уголь, тяжелую нефть или альтернативные виды топлива по мере изменения цен на энергоносители. Горелки, предназначенные для совместного сжигания, позволяют повторно оптимизировать настройки пламени для каждого вида топлива вместо того, чтобы нарушать единую геометрию для всех из них — что становится все более распространенным требованием в проектах по замене биомассы и проектам по переработке отходов.

Многотопливная горелка для печи совместного сжигания Эта горелка, доступная в комбинациях газ-масло, газ-уголь, газ-биомасса и дизель-уголь, позволяет предприятиям повторно оптимизировать настройки пламени для каждого вида топлива по мере изменения цен на энергию, что является ключевым вариантом для проектов по замене биомассы. Посмотреть продукт →

Контрольный список закупок, который не допускает сожалений

Просмотрите этот список вместе с любым поставщиком-кандидатом; каждый элемент соответствует режиму отказа, неоднократно встречавшемуся при модернизации:

1. Исправьте гарантийную основу NOx: Эталон O2, анализ топлива, диапазон нагрузки и температура воздуха для горения. Без них гарантия не имеет юридической силы.
2. Проверьте геометрию пламени относительно вашей печи: импульс, длина и форма должны соответствовать печи и слою материала, иначе вы просто обмениваете NOx на образование колец и потери качества.
3. Проверьте характеристики динамического диапазона: горелка должна поддерживать стабильное горение с низким содержанием NOx во всем рабочем диапазоне, а не только при расчетной нагрузке.
4. Интеграция управления планированием: проверьте интерфейсы с вашей системой управления печью и горелкой, включая регулировку O2 и защитные блокировки.
5. Настаивайте на вводе в эксплуатацию на вашем фактическом топливе и измерение стека, при этом ответственность за настройку прописана в контракте.

Наиболее распространенные ошибки при закупках заключаются в другом: выбор чистого газа на основе лабораторных данных NOx, когда установка сжигает азотсодержащее топливо, завышение размеров горелки, чтобы она никогда не достигла расчетного режима, или пропуск настройки на месте из-за сжатых сроков. Каждый из них превращает звуковой дизайн в разочаровывающую инсталляцию.

Когда контроль горения требует поддержки SNCR

Около или ниже отметки 100–150 мг/Нм³ управление горением само по себе редко закрывает пробел в печах, работающих на твердом топливе. При селективном некаталитическом восстановлении мочевина или аммиак впрыскиваются в дымовые газы в температурном диапазоне примерно 850–1050 °C, где реагент восстанавливает NOx до азота и воды без катализатора. Эффективность удаления обычно составляет от 30% до 70% и во многом зависит от того, насколько стабильно выдерживается температурный интервал и время пребывания.

Именно здесь горелка и система снижения выбросов перестают быть отдельными покупками. Стабильное, хорошо организованное пламя поддерживает температурный диапазон там, где его ожидают копья SNCR; блуждающее пламя приводит к увеличению расхода реагентов и снижению эффективности. Компания GENERALFLAME поставляет системы управления горением в печах и системы SNCR в виде комплексных поставок. Проект Denox SNCR для вращающихся печей показывает, как две технологии сочетаются в реальной установке. При еще более строгих ограничениях SCR остается последним этапом последующей реализации, требующим явно более высоких капитальных затрат.

Рассматривайте горелку с низким уровнем выбросов NOx как часть вашего процесса, а не как аксессуар к нему. Начните с трех цифр — вашего текущего выброса NOx, вашего разрешенного предела и содержания азота в топливе — и правильное сочетание конструкции горелки, настройки и последующего SNCR обычно быстро становится очевидным. Поставщики, имеющие опыт реализации проектов по конкретным печам, могут предварительно сформировать пламя перед первым посещением для ввода в эксплуатацию, и это самое дешевое снижение выбросов NOx, которое вы когда-либо купите.