Топливо для промышленных горелок играет важную роль в обеспечении энергии и тепла в сжигательных отраслях и оказывает значительное влияние на экологические и экономические аспекты. Выбор подходящего топлива для горелок влияет на эффективность, эксплуатационные расходы и уровень загрязнителей. Учитывая важность оптимизации энергии, необходимо знать топливо для промышленных горелок и их различные виды.
Топливо для промышленных горелок делится на три основные категории в зависимости от физического состояния: газообразное, жидкое и твердое, и каждая из этих категорий имеет свои особенности, преимущества и проблемы. В этой статье подробно рассматриваются топливо для промышленных горелок и их различные виды, используемые в промышленных горелках, а также анализируются особенности каждой категории.
Что такое топливо для промышленных горелок?
Для начала и продолжения процесса сгорания необходимо наличие трех факторов, которые в совокупности называются «треугольником огня». Эти три фактора — это топливо для промышленных горелок, кислород и начальная энергия для начала реакции. Топливо для промышленных горелок — это горючие вещества, такие как уголь, дизельное топливо, газ и другие, чья основная цель — начать и поддерживать горение для производства тепла.
Теплотворная способность топлива
Теплотворная способность топлива — это максимальная потенциальная энергия в сухом топливе при полном сгорании единицы массы топлива. Другими словами, когда 1 килограмм топлива сгорает в процессе полного сгорания, количество выделяемого тепла называется его теплотворной способностью. Теплотворная способность может быть выражена двумя показателями: нижней теплотворной способностью (Lower Heating Value, LHV) и верхней теплотворной способностью (Higher Heating Value, HHV). Разница между этими двумя параметрами заключается в состоянии воды в продуктах сгорания:
Высокая теплотворная способность (HHV)
В этом случае предполагается, что образующийся при сгорании водяной пар конденсируется в жидкость. Таким образом, скрытая теплота парообразования воды также учитывается при расчете энергии, выделяющейся при сгорании. Проще говоря, HHV представляет собой максимальную химическую энергию, которая может быть извлечена из единицы массы топлива, потому что также учитывается тепло, выделяющееся при конденсации пара в воду.
Низкая теплотворная способность (LHV)
В этом случае вода в продуктах сгорания остается в виде пара, и процесс конденсации не происходит. Следовательно, скрытая теплота парообразования воды не восстанавливается и выходит из системы. Таким образом, LHV имеет меньшую величину по сравнению с HHV. В большинстве промышленных процессов, где продукты сгорания имеют высокую температуру и содержат водяной пар, LHV является более распространенным показателем.
Классификация топлива
В зависимости от физического состояния, топливо для промышленных горелок делится на три категории: газообразное, жидкое и твердое, и выбор типа топлива влияет как на работу системы, так и на уровень загрязняющих выбросов. Газообразные топлива содержат меньше серных загрязнителей и легче сгорают. Жидкие топлива требуют специального оборудования для распыления и могут производить загрязняющие вещества при неполном сгорании. Твердые топлива, такие как уголь, создают множество загрязнителей и имеют ограниченное применение. Точное понимание характеристик каждого типа топлива важно для выбора оптимального варианта для конкретной задачи и достижения максимальной эффективности.
Виды газообразного топлива
Газообразные топлива включают различные типы, среди которых наиболее важными являются: природный газ, водород, сжиженный газ (LPG) и процессные топлива.
Природный газ (Natural Gas)
Природный газ — это ископаемое топливо для промышленных горелок, состоящее в основном из метана и часто встречающееся рядом с месторождениями нефти. Помимо метана, в его состав могут входить этан, пропан, бутан и примеси, такие как углекислый газ и азот. Нижняя теплотворная способность природного газа составляет около 47 МДж/кг, но этот показатель может варьироваться в зависимости от состава газа в разных месторождениях. Например, четыре различных состава природного газа из разных регионов мира приведены в таблице 2.
Преимущества природного газа:
- Меньше загрязняющих выбросов: по сравнению с жидкими топливами и углем, природный газ выделяет меньше углекислого газа и других загрязняющих веществ, что делает его более чистым топливом.
- Легкость транспортировки: благодаря обширным трубопроводным сетям транспортировка природного газа проще и дешевле, чем других ископаемых топлив.
- Широкое применение: от производства электроэнергии и различных отраслей промышленности до отопления домов, природный газ можно использовать в самых разных сферах.
- Простота контроля горения: в сравнении с жидкими и твердыми топливами, процесс горения природного газа легче регулировать, что приводит к высокой эффективности.
С учетом этих преимуществ, в последние десятилетия природный газ занимает значительную долю на энергетическом рынке, и многие страны расширяют инфраструктуру для его более широкого использования, учитывая его большую совместимость с экологическими стандартами.
Сжиженный газ (LPG)
Сжиженный газ (LPG) — это в основном смесь пропана и бутана. Это топливо для промышленных горелок используется в регионах, где нет доступа к трубопроводам природного газа, так как это топливо для промышленных горелок может быть хранится в жидком виде. При этом в обычных условиях газ находится в газообразном состоянии, но при давлении (обычно 8 бар) это топливо для промышленных горелок переходит в жидкость. Нижняя теплотворная способность сжиженного газа составляет около 45,5 МДж/кг, и его использование в промышленности требует определенных условий, например, для высоких мощностей необходимо использовать испарители сжиженного газа для обеспечения достаточного потока топлива и предотвращения замерзания оборудования.».
Преимущества LPG
Несмотря на следующие преимущества, существует риск утечек и взрывов при несоблюдении стандартов безопасности. Поэтому необходим тщательный контроль за транспортировкой и хранением сжиженного газа, чтобы предотвратить возможные опасности.
- Легкость транспортировки и хранения в баллонах или резервуарах под давлением
- Меньше выбросов загрязняющих веществ по сравнению с тяжелыми жидкими топливами и бензином
- Гибкость применения: подходит как для бытового, так и для промышленного использования
Водородный газ
Водород — это топливо для промышленных горелок чистое и высокоэнергетическое топливо для промышленных горелок, которое при сгорании образует только водяной пар, не выбрасывая парниковых газов. Эта особенность делает его отличным выбором для снижения выбросов парниковых газов.
Водород классифицируется по способу производства на три типа: серый, синий и зеленый. Серый водород производится из природного газа или угля с выбросами углекислого газа. Синий водород производится также из природного газа, но выбросы углекислого газа уменьшаются с помощью процессов захвата и хранения углерода. В отличие от этих двух, зеленый водород производится с использованием электролиза воды с применением возобновляемых источников энергии, полностью исключая углерод и являясь самым экологически чистым вариантом.
Несмотря на высокий потенциал водорода как топлива будущего, его развитие требует специализированной инфраструктуры. Основные вызовы включают создание распределительных сетей, заправочных станций, безопасных хранилищ и экономически эффективных технологий производства. Инвестирование в эти области и развитие технологий может прокладывать путь к экономике, основанной на водороде, и сыграть ключевую роль в переходе к чистой энергии и снижении зависимости от ископаемых видов топлива.
Переработка нефти
Процессные топлива обычно получают в нефтехимических и газовых комплексах и представляют собой смесь водорода, угарного газа, углекислого газа, метана и других побочных газов. В процессе реформинга природного газа и производства метанола часть производимого газа (синтетический газ) используется непосредственно в основном процессе, но остатки этого газа содержат ценные компоненты, которые либо сжигаются в атмосфере (флэринг), либо возвращаются в качестве топлива в горелки печей и котлов для использования выделяемой энергии. Это топливо для промышленных горелок способствует повышению эффективности процессов и снижению уровня загрязнения.
Основные преимущества переработки нефти:
- Восстановление энергии и улучшение эффективности: предотвращение потерь энергии из процессного газа
- Снижение загрязнения: сокращение потерь топлива пропорционально снижает выбросы парниковых газов и загрязнителей.
- Экономия: производство пара или электроэнергии из избыточных газов, что снижает затраты на энергию.
Горение газового топлива
В случае с газообразными топливами, поскольку как воздух, так и топливо для промышленных горелок находятся в газообразном состоянии, горение происходит более эффективно и полно. Однако для того, чтобы горение было полным и с минимальными выбросами, необходимо точно и эффективно смешивать топливо и воздух. В газовых горелках подача топлива осуществляется с использованием давления газа, и нет необходимости в дополнительном оборудовании для подачи топлива в систему.
Газовые горелки Raadman с передовым дизайном и оптимизированной технологией горения способны сжигать различные газовые топлива, включая природный газ, LPG и процессные газы. Эти горелки соответствуют классам NOx 2 и 3 при сжигании природного газа и LPG, а с применением новой технологии ппримиксного горения, в моделях предварительного и пост-примиксного сжигания, они достигают классов NOx 4 и 5 при использовании природного газа.
Жидкие топлива
Жидкие топлива относятся к группе веществ, которые находятся в жидком состоянии при стандартных температуре и давлении. К наиболее известным жидким топливам можно отнести дизельное топливо, мазут и бензин. Эти топлива обычно получаются в процессе переработки нефти и применяются в различных отраслях, таких как транспорт, отопление и производство электроэнергии. Жидкие топлива в основном представляют собой смеси различных углеводородов, и их физико-химические характеристики могут немного изменяться в зависимости от места или времени года. Давайте познакомимся с видами жидких топлив.
Бензин
Бензин — одно из самых известных жидких топлив, широко используемое в транспорте. Данное топливо для промышленных горелок получают из нефти и представляет собой смесь углеводородов с 4-12 атомами углерода в молекуле. Иногда для упрощения формулы используют октан (C8H18). Плотность бензина составляет примерно 737 кг/м³, а его теплотворная способность — 43,4 МДж/кг, хотя эти показатели могут немного изменяться в зависимости от времени и места.
Дизельное топливо
Дизельное топливо — это топливо для промышленных горелокеще одно жидкое топливо, которое используется в дизельных двигателях и газовых горелках, применяемых в котлах. Данное топливо для промышленных горелок также является продуктом переработки нефти и состоит из углеводородов с 14-20 атомами углерода. Плотность дизельного топлива обычно около 840 кг/м³, а его теплотворная способность составляет 42,8 МДж/кг. Эти показатели могут меняться в зависимости от сезона и региона.
Мазут
Мазут (топливо для котлов) — это разновидность жидкого топлива, получаемого из углеводородов, оставшихся в процессе перегонки нефти. Мазут обладает высокой степенью загрязнения, и его использование требует особых условий. Основное применение мазута — это топливо для котлов на электростанциях и в других крупных промышленных котлах.
Мазут бывает разных сортов в зависимости от вязкости при температуре 50°C, включая градации 100, 180, 280 и 380. Из-за высокой вязкости мазут необходимо предварительно разогревать перед насосным насосом, чтобы снизить его вязкость. Еще один способ классификации мазута — содержание в нем серы, которое может варьироваться от 0,5% до 3,5%. Мазут обладает более высокой плотностью, чем дизельное топливо и бензин, и варьируется в пределах 890-990 кг/м³.
Процесс сгорания жидких топлив
Для осуществления процесса сгорания жидкие топлива вначале испаряются, а затем сгорают в газообразном состоянии. Для повышения скорости испарения и реакции сгорания эти топлива распыляются в виде мелких капель, что увеличивает контактную поверхность с воздухом и способствует более эффективному теплообмену. Для распыления жидких топлив используют три метода: распыление под давлением, распыление с помощью воздуха или пара и распыление с использованием ротационной чаши.
Чтобы узнать больше о сгорании сжиженного газа, рекомендуется прочитать статью «Сгорание сжиженного газа в промышленных горелках с принудительным воздухом«. Горелки Rаadman используют передовые технологии для достижения оптимальной и экологически чистой работы с жидкими топливами. Эти горелки обеспечивают полное и равномерное сгорание, минимизируя выбросы загрязняющих веществ.
Твердые топлива
Твердые топлива в целом состоят из органических (сгораемых) и неорганических (несгораемых) компонентов и могут быть в натуральной или сжиженной форме. К этим топливам относятся древесина, уголь, сухие сельскохозяйственные отходы и прессованные биотоплива. Давайте подробнее рассмотрим виды твердых топлив.
Уголь (Coal)
Один из видов твердых топлив — уголь. Данное топливо для промышленных горелок органическая горючая порода, состоящая преимущественно из углерода, водорода и кислорода. Уголь подразделяется на несколько типов, включая антрацит, битуминозный уголь, подбитуминозный уголь и лигнит. Разные виды угля имеют разные теплотворные способности, которые варьируются от 15 до 35 МДж/кг. Уголь остается одним из основных источников энергии для производства тепла и электроэнергии, а также для работы доменных печей в металлургии. Однако уголь вызывает экологические проблемы, такие как выбросы CO2, SO2, NOx и пепла, что является значительной проблемой при его широком использовании.
Древесина (Wood)и биотопливные пеллеты (Pellets)
Древесина — это одно из старейших топлив, использующихся человечеством. Влажность древесины — важный фактор, определяющий ее теплотворную способность и качество сгорания. Сухая древесина с влажностью 20-25% имеет большую теплотворную способность — примерно 15,4 МДж/кг. Древесина используется в биотопливных электростанциях и для отопления в сельской местности. Однако ее теплотворная способность ниже, чем у ископаемых видов топлива, а высокая влажность снижает эффективность сгорания.
Пеллеты, изготовленные из древесины, сельскохозяйственных отходов и других биологических материалов, также являются популярным видом твердых топлив. Они имеют влажность менее 10% и используются в котлах малого и среднего размера для отопления домов и промышленного производства энергии.
Кокс (Coke)
Кокс — это топливо для промышленных горелок, получаемое путем термического разложения угля или нефти в отсутствие воздуха. Это топливо для промышленных горелок вещество содержит высокую долю чистого углерода и широко используется в металлургической промышленности. Хотя кокс имеет высокую теплотворную способность и чистоту углерода, его производство дорогостоящее и требует специального оборудования.
Факторы, влияющие на выбор топлива
В различных отраслях выбор подходящего топлива играет решающую роль в эффективности процесса, операционных расходах и уровне загрязняющих выбросов. Выбор топлива зависит от доступности, цены, физических и химических характеристик, уровня загрязнения и существующих инфраструктур. Кроме того, соблюдение стандартов безопасности и экологических требований имеет важное значение.
Доступность и стоимость
Легкость доступа и стоимость топлива являются важнейшими факторами. Топливо, которое доступно в большом количестве в данном регионе, обычно дешевле и не требует сложной инфраструктуры для обеспечения и хранения.
Теплотворная способность
Топливо для промышленных горелок отличается по уровню вырабатываемой энергии. Чем выше теплотворная способность, тем меньшее количество топлива потребуется для получения определенного объема энергии.
Физико-химические свойства:
Свойства топлива, такие как плотность, вязкость, скорость пламени и химический состав, должны соответствовать процессу сгорания и оборудованию, чтобы обеспечить безопасность и оптимальную эффективность.
Загрязнение и экологические факторы
Важно учитывать уровень загрязняющих веществ, таких как угарный газ (CO), диоксид серы (SO2), оксиды азота (NOx) и твердые частицы (PM). Экологические законы могут ограничивать использование некоторых типов топлива или требовать установки оборудования для очистки выбросов..
В статье под названием «Механизм образования NOx при сгорании» представлены подробные объяснения о том, что такое NOx, как топливо для промышленных горелок влияет на окружающую среду и методы снижения его загрязнения. Рекомендуем ознакомиться с этим материалом.
Тип применения и оборудование для сгорания
Топливо для промышленных горелок и его выбор зависит от типа сжигающего оборудования, такого как печи, котлы, турбины или двигатели. Оборудование для сжигания обычно разрабатывается для работы с определенными видами топлива, и смена топлива может потребовать значительных изменений или замены комплектующих.
Условия безопасности и хранения
Безопасность хранения, риск возгорания или взрыва, а также необходимость контроля утечек или предварительного прогрева — все это важные факторы при выборе топлива (для горелки). Тяжелые жидкие топлива и твердые вещества часто требуют особых условий хранения, в то время как некоторые газовые топлива требуют наличия трубопроводной инфраструктуры и резервуаров под давлением.
Устойчивость поставок и политические вопросы
В ряде случаев устойчивость поставок энергии и меньшая зависимость от импорта или изменений на мировом рынке топлива оказывают влияние на выбор типа топлива. Многие страны, ради обеспечения энергетической безопасности, предпочитают использовать топливо, которое доступно на их территории.
Наличие инфраструктуры
Наличие трубопроводных сетей, газовых рамп для передачи, терминалов для хранения и специализированных перерабатывающих или поставляющих единиц может повлиять на стоимость и доступность различных видов топлива.
Полное руководство по типам топлива для горелок
Несмотря на рост использования возобновляемых источников энергии, различные виды топлива все еще остаются основным источником энергии для промышленных процессов, отопления зданий и транспортировки. Одним из ключевых критериев классификации видов топлива является их физическое состояние, которое делится на газообразное, жидкое и твердое. Каждое из этих топлив имеет свои преимущества и ограничения.
Газообразные топлива популярны благодаря чистоте сгорания и простоте контроля за процессом. Жидкие топлива, несмотря на высокую теплотворную способность, производят больше загрязняющих веществ, чем газовые, и требуют специального оборудования, такого как атомайзер, а порой и предварительный прогрев. Твердые топлива, хотя и остаются распространенными в некоторых отраслях и регионах, обычно имеют более высокие уровни загрязнения, особенно уголь.
Для получения дополнительной информации о газовых горелках, вы можете ознакомиться со статьей «Что такое газовая горелка?»
При выборе топлива важными факторами являются доступность, теплотворная способность, инфраструктура, экологические требования и стоимость. Сочетание новых технологий с подходящими видами топлива может одновременно удовлетворять промышленные и экологические потребности, предлагая эффективное решение для современных вызовов.
Горелки Raаdman — это один из продуктов, который, помимо использования современных технологий для контроля и оптимизации сгорания, способен работать как с газовыми, так и с жидкими топливами, такими как дизель и мазут. Это охватывает широкий спектр промышленных применений.
