Сегодня, с увеличением потребности в энергии, оптимизация методов сжигания и горелки (Pre-mixed) предварительного смешивания приобретают огромное значение. В этом контексте горелки предварительного смешенивания (Pre-mixed Burners) выступают как инновационное решение, играя важную роль в повышении эффективности и снижении выбросов загрязняющих веществ. Горелки (Pre-mixed) предварительного смешивания разработаны так, чтобы топливо и воздух смешивались равномерно до попадания в камеру сгорания. Этот процесс приводит к более полному и эффективному сгоранию, что способствует снижению потребления топлива и выбросов вредных газов. В этой статье рассматриваются структура, функционирование, преимущества и области применения этих горелок, а также их влияние на различные отрасли.
Сгорание
Процесс сгорания с научной и технологической точки зрения делится на три типа:
- Смешивание перед сгоранием горелки (Pre-mixed) предварительного смешивания: при этом методе топливо и воздух смешиваются до формирования пламени, и химическая реакция между ними происходит в месте образования пламени. В горелках Premixed используется именно эта технология.
- Сгорание с перемешиванием в форсунке (Nozzle-Mixed): при этом методе топливо и воздух остаются полностью разделёнными до образования пламени и контактируют друг с другом в месте пламени, вызывая реакцию. Такое пламя также называется диффузионным. В горелках с предварительным смешением в форсунке используется этот метод для сжигания топлива.
- Частично сгорание с перемешиванием (Partially-Premixed): метод, сочетающий обе предыдущие технологии, при котором часть сгорания происходит как сгорание с перемешиванием, а часть — как не сгорание с перемешиванием.
Преимущества и недостатки сгорания с перемешиванием
Одной из относительно новых технологий сжигания является обеднённое сгорание с перемешиванием (Lean Premixed Combustion), основным преимуществом которого является снижение выбросов опасных загрязняющих веществ, таких как NOx и CO. Этот метод используется в газовых турбинах и горелках Premixed. Термин «обеднённое» указывает на то, что в данном методе соотношение воздуха и топлива превышает стехиометрическое соотношение. Это обеспечивает более полное сгорание, снижает температуру пламени и, соответственно, уменьшает выбросы NOx.
К основным недостаткам сгорания с перемешиванием относится повышенный риск нестабильности пламени, что может представлять опасность для безопасности и приводить к увеличению выбросов загрязняющих веществ. Одним из наиболее значимых явлений нестабильности, характерных для сгорания с перемешиванием, является обратное распространение пламени или «флэшбек» (Flashback). Поскольку при сгорании с перемешиванием сгорании топливо и воздух смешиваются до образования пламени, существует риск возгорания смеси до камеры сгорания и возврата пламени в горелку. Этот феномен происходит, когда скорость продвижения пламени превышает скорость потока смеси топлива и воздуха.
Горелки (Pre-mixed) предварительного смешивания компании «Packman»
Все горелки (Pre-mixed) предварительного смешивания компании «Пакман» относятся к категории горелок с металлическим волокном и подразделяются на две серии:
- Горелки (Pre-mixed) предварительного смешивания (серия PE)
- Горелки Postmixed (серия PM)
Следует отметить, что такое разделение сделано только для различения двух типов горелок компании «Packman», и обе группы относятся к горелкам предварительного смешиванияс металлическим волокном. Различие между ними заключается в месте и способе смешивания топлива и воздуха, что схематически представлено на изображении ниже. В следующих разделах будут представлены точные характеристики каждой из этих двух серий горелок.
Металловолоконные горелки обычно имеют одну серию для сгорания, как показано на изображении ниже. Эта серия сгорания состоит из металлического цилиндра, на боковой поверхности которого находятся многочисленные, но очень маленькие отверстия. Боковая поверхность также покрыта слоем металлического волокна.
Данная особая конструкция способствует равномерному распределению смеси топлива и воздуха по всей серии для сгорания и почти равномерному выходу через отверстия на трубке. Кроме того, металлический волоконный слой помогает распределять тепло по серии горелки и усиливает передачу теплового излучения от пламени к котлу. Это понижает температуру пламени и, соответственно, значительно уменьшает выбросы NOx в горелке.
Одним из ограничений этих горелок является то, что входящий воздух должен быть практически полностью очищен от пыли, так как пыль может закупорить отверстия серии для сгорания и нарушить работу горелки. Поэтому входящий воздух для этих горелок должен проходить через фильтр, чтобы удалить частицы пыли из потока воздуха перед попаданием в горелку. Кроме того, использование жидкого топлива в этих горелках невозможно.
Горелки предварительного смешивания «Packman» (серия PE)
В горелках Premixed «Packman», топливо вводится через вентури, установленное на входе вентилятора. Вентури помогает всасывать топливо в поток воздуха. Таким образом, топливо и воздух вместе поступают в вентилятор и хорошо смешиваются при прохождении через его крыльчатку. В этих горелках явление обратного распространения пламени (флэшбек) является особенно опасным, так как может повредить вентилятор и электродвигатель, а также привести к выходу пламени за пределы камеры сгорания, что представляет угрозу для жизни.
Для предотвращения непреднамеренного воспламенения смеси топлива и воздуха вентилятор этих горелок выполнен из искробезопасных материалов, а также оснащён бесщеточным двигателем. На изображении ниже показана премиксная горелка компании «Packman» и её различные компоненты.
2— ГорелкиPostmixed «Packman» (серия PM)
Горелка Postmixed также является разновидностью Premixed горелок компании «Пакман», и основное отличие её от горелки Premixed «Пакман» заключается в месте и механизме смешивания топлива и воздуха. В горелках Postmixed выходящий из вентилятора воздух сначала проходит через топливно-воздушный миксер, и затем смесь топлива и воздуха поступает в серию для сгорания. В миксере газообразное топливо вводится в воздушный поток, где происходит их смешивание. Таким образом, процесс смешивания топлива и воздуха осуществляется после вентилятора.
Благодаря этому устраняется риск возгорания смеси внутри вентилятора, что позволяет использовать обычные вентиляторы. Однако в этом случае топливо и воздух имеют меньше времени для полного и равномерного смешивания, поэтому конструкция миксера приобретает особое значение.
Неправильная конструкция смесителя топлива и воздуха снижает качество их смешивания. В результате, горение происходит локально, с чрезмерно обеднённой или обогащённой смесью в отдельных зонах. Данный приводит к формированию участков с высокими и низкими температурами на фронте горения.
В таких локальных зонах могут образовываться загрязняющие вещества, такие как NOx и CO, а также возможно возникновение обратного зажигания пламени, что создаёт множество рисков. Таким образом, недостаточная эффективность работы смесителя может свести на нет преимущества использования технологии предварительного смешивания и горелок с металлическим волокном.
Смесители горелок серии PM компании «Раaдман» разработаны таким образом, чтобы обеспечить оптимальное смешивание топлива и воздуха. Это позволяет формировать стабильное пламя с чрезвычайно низким уровнем выбросов загрязняющих веществ.
Вспомогательные компоненты горелок Postmixed и Premixed «Пакман»
В предыдущих разделах были описаны основные компоненты премиксных и постмиксных горелок «Packman», к которым относятся:
- Металловолоконная серия для сгорания
- Вентилятор
- Электродвигатель
- Топливно-воздушный миксер в горелках Postmixed
- Вентури для подачи газа в премиксных горелках
Эти горелки также включают и другие компоненты, краткие описания которых представлены ниже:
Газовая линия: в премиксных горелках используется специальная мультиблочная газовая линия с регулятором типа «ноль-губернатор». В этих клапанах для регулировки максимального расхода газа в соответствии с максимальной мощностью горелки используется заслонка под названием «Shutter», а для регулировки минимальной мощности горелки используется винт под названием «Offset». В постмиксных горелках газовая линия аналогична линиям для горелок с перемешиванием в форсунке.
Датчик пламени: в горелках Postmixed и Premixed для подтверждения образования пламени используется система ионизационного обнаружения пламени.
Воздушный фильтр: на входе воздуха в постмиксных горелках установлен фильтр для предотвращения попадания пыли. В горелках предварительного смешивания фильтра на входе вентилятора нет, поэтому воздух должен быть очищен на входе в камеру установки горелки.
Применение горелок предварительного смешивания
Сегодня технология премиксного сгорания используется в различных сферах, включая газовые турбины, двигатели внутреннего сгорания и премиксные горелки. Среди них основное применение металловолоконных горелок, таких как премиксные и постмиксные горелки компании «Пакман», с мощностью от 500 до 4000 кВт — это конденсационные котлы. Эти котлы имеют относительно небольшую камеру сгорания, что делает невозможным использование горелок Premixed с в форсунке и большим пламенем.
Поэтому в них используются металловолоконные горелки (Pre-mixed) предварительного смешивания с ограниченным пламенем, которое остается в пределах серии для сгорания. С другой стороны, конденсационные котлы максимально используют энергию, высвобождаемую в процессе сгорания, поэтому их комбинация с горелками Postmixed и Premixed может создать высокоэффективную, экологически чистую и оптимизированную систему отопления.
Сравнение, горелки предварительного смешивания и промышленные горелки
В таблице ниже приведены характеристики Postmixed, Premixed и обычных горелок, что позволяет сравнить их друг с другом.
Ограничения горелок с металлическим волокном
Горелки (Pre-mixed) предварительного смешивания с металлическим волокном, несмотря на их многочисленные достоинства, обладают рядом ограничений, которые следует учитывать:
Обратный удар пламени: возможность возникновения обратного удара пламени требует особого внимания при проектировании горелки и подборе её компонентов. Это явление может привести к серьёзным последствиям, если не предусмотреть соответствующие меры безопасности.
Чувствительность к пыли в воздухе: горелки (Pre-mixed) предварительного смешивания с металлическим волокном крайне чувствительны к наличию пыли в воздушной смеси. Это обуславливает необходимость установки фильтров на входе воздуха, а также регулярного контроля и обслуживания воздушных и газовых фильтров для обеспечения стабильной работы оборудования.
Ограничение по мощности: горелки (Pre-mixed) предварительного смешивания данного типа ориентированы на средние мощности, что делает их непригодными для использования в крупных котлах или на объектах с высокими требованиями к производительности, таких как электростанции и промышленные комплексы.
Ограничение по виду топлива: данные горелки (Pre-mixed) предварительного смешивания предназначены исключительно для работы на газообразном топливе, таком как природный газ или сжиженный углеводородный газ (LPG), и не могут использоваться с жидким топливом.
Оптимизация расхода топлива и снижение выбросов загрязняющих веществ с помощью премиксных горелок
горелки (Pre-mixed) предварительного смешивания — это категория промышленных горелок, в которых топливо и воздух смешиваются друг с другом до поступления в серию для сгорания, где и происходит химический процесс горения. Преимущества этих горелок — высокая эффективность и крайне низкий уровень выбросов CO и NOx. горелки (Pre-mixed) предварительного смешивания (серия PE) и Postmixed (серия PM) горелки из металловолокна компании «Packman» производятся в диапазоне мощности от 500 до 4000 кВт и используются преимущественно в конденсационных котлах.
Ключевые слова: горелки (Pre-mixed) предварительного смешивания
Мета-описание: горелки (Pre-mixed) предварительного смешивания, объединяющие топливо и воздух перед горением, снижают расход топлива и выбросы загрязняющих веществ. Горелки (Pre-mixed) предварительного смешивания применяются в конденсационных котлах и различных отраслях.
