Руководство по выбору горелки для вращающейся печи: как подобрать геометрию пламени к вашему процессу

Руководство по выбору горелки

A горелка вращающейся печи Задача компании состоит в том, чтобы преобразовать топливо в пламя определенной формы, длины и интенсивности, которое соответствует тепловому профилю, необходимому для технологического процесса печи, а не просто сжигать топливо как можно более горячим. Если геометрия пламени окажется неправильной, завод заплатит за это расходом топлива, износом огнеупоров, а также качеством клинкера или продукции, задолго до того, как кто-нибудь обнаружит проблему в горелке.

Как форма пламени определяет производительность печи

Горелка вращающейся печи формирует свое пламя за счет взаимодействия импульса первичного воздуха, интенсивности завихрения и геометрии впрыска топлива — одно и то же топливо, сгоревшее в горелках двух разных конструкций, дает заметно разные результаты внутри одной и той же печи.

Первичный воздух — это небольшой высокоскоростной поток воздуха, который переносит топливо через трубу горелки и придает пламену импульс; обычно он подает лишь часть общего воздуха для горения, а остальная часть — вторичный, а иногда и третичный воздух — всасывается из колпака печи. Исследования горелок последовательно показывают, что меньший объем первичного воздуха в сочетании с более высоким импульсом воздуха снижает образование NOx при этом добиваясь стабильного, хорошо закрепленного пламени. В современных спецификациях горелок это обычно выражается как импульс первичного воздуха в диапазоне 1250–1780% от скорости первичного воздуха, скорректированной на печь.

Ни одна из форм не является универсально «лучшей» — густое пламя, идеально подходящее для короткой зоны высокоинтенсивного обжига, лишило бы длинную печь сухого процесса проникновения тепла, необходимого для дальнейшего проникновения тепла в ствол, в то время как слишком длинное карандашное пламя в короткой печи может поражать слой материала или дальнюю огнеупорную футеровку.

Коэффициент отклонения и дальность стрельбы

Коэффициент отклонения описывает, насколько горелка может снизить мощность ниже расчетной, сохраняя при этом стабильное, контролируемое пламя — это единственная характеристика, которая больше всего влияет на то, сможет ли печь запуститься в холодном состоянии, сохранять устойчивость при нарушении технологического процесса и при этом достигать максимальной мощности, когда этого требует график.

Горелки с диапазоном регулирования всего 1:8 достаточно для печи, работающей с постоянной, неизменной скоростью. Любая установка, которая меняет производительность, совместно сжигает альтернативные виды топлива с непостоянной теплотворной способностью или нуждается в поддержании стабильности печи во время сбоя в работе подогревателя, получает выгоду от более широкого диапазона 1:10 — дополнительный запас по высоте на обоих концах означает меньшее количество принудительных остановок и меньшее количество огнеупорных термоциклов из-за повторяющейся нестабильности пламени.

Чтение эффективности сгорания по выхлопным газам

Форма пламени и диапазон регулирования имеют значение, но цифры, подтверждающие фактическую работу горелки, берутся из анализатора выхлопных газов, а не из паспортной таблички горелки. Большую часть работы выполняют две фигуры:

Однотопливная и многотопливная горелки

Топливная стратегия существенно изменилась за последние два десятилетия, и горелка должна определяться с учетом того, куда движется эта стратегия, а не только там, где она находится сегодня.

Природный газ в настоящее время составляет примерно четверть потребления топлива для печей на рынках с развитой газовой инфраструктурой, доля нефти составляет меньшую, но ее доля снижается, а альтернативные виды топлива — биомасса и топливо, полученное из отходов — являются самым быстрорастущим сегментом, расширяющимся двузначными ежегодными темпами на ведущих рынках. Горелка, приобретенная сегодня, которая не может вместить хотя бы один альтернативный топливный канал, — это горелка, которую, скорее всего, потребуется заменить до истечения ее механического срока службы, не потому, что она выходит из строя, а потому, что топливная смесь на электростанции выходит за рамки того, с чем она может справиться.

Контрольный список технических характеристик перед заказом

Проработка этих моментов с фактическими эксплуатационными данными печи, а не только с ее паспортной мощностью, — вот что отличает работающую горелку от горелки, которая будет модернизирована в течение двух лет.

• Соотношение длины и диаметра печи — длинные печи (16:1 и выше) обычно требуют более длинного пламени с более высокой скоростью; короткие печи предварительного обжига (от 8:1 до 11:1), как правило, этого не делают.
• Требуемый диапазон понижения температуры — соответствие фактической производственной изменчивости, а не только стартовым потребностям; 1:10 дает значительно большую эксплуатационную гибкость, чем 1:8.
• Текущий и будущий топливный баланс — указать возможность использования нескольких видов топлива, если замена альтернативного топлива включена в дорожную карту завода, даже если она не использовалась в первый день.
• Целевые ограничения по NOx и выбросам — подтвердить, что диапазон импульса первичного воздуха горелки может достигать местных предельных значений выбросов без вторичного снижения выбросов.
• Огнеупор и чувствительность продукта — риск столкновения с пламенем и устойчивость к загрязнению золой сужают допустимый диапазон формы пламени.
• Доступность вторичного и третичного воздуха — номинальная мощность горелки предполагает определенную температуру и объем вторичного воздуха; убедитесь, что колпак печи может обеспечить его.

Признаки технического обслуживания, которые предсказывают выход горелки из строя

Износ наконечника горелки и сопла редко выходит из строя без предупреждения — само пламя рассказывает историю до того, как компонент физически сломается:

• Форма пламени отклоняется от базовой фотографии или образца CFD в течение нескольких недель, даже при неизмененных настройках топлива и воздуха, обычно указывает на эрозию форсунки или частично заблокированный канал.
• Рост CO при постоянном O₂ часто на несколько недель предшествует видимому повреждению форсунки, поскольку эрозия нарушает смешивание топлива с воздухом еще до того, как она станет достаточно большой, чтобы ее можно было увидеть.
• Увеличение противодавления в линии первичного воздуха. при этом настройка демпфера указывает на внутреннее раскачивание или ограничение канала.
• Асимметричный износ огнеупора вблизи конца горелки часто отражает пламя, которое незаметно вышло за пределы оси, а не является проблемой качества огнеупора.