Промышленные горелки играют жизненно важную роль в различных промышленных процессах, и правильный выбор горелки может существенно повлиять на эффективность и снижение загрязнения окружающей среды. Понимание характеристик и функционирования горелок имеет большое значение для пользователей. Одним из ключевых аспектов выбора промышленных горелок является тип производственного процесса, допустимые уровни выбросов загрязняющих веществ и особенности пламени, на которые необходимо обратить внимание. В большинстве отраслей используются горелки с насадкой смешивания. Поэтому знакомство с горелками этого типа, а также с их компонентами и структурой, применяемыми в различных отраслях, поможет пользователю сделать более обоснованный выбор. В этой статье кратко рассматриваются определение горелки с насадкой смешивания, её компоненты, загрязнения и тип пламени.
Что такое горелка с насадкой смешивания?
Горелки делятся на два типа в зависимости от способа смешивания топлива и воздуха: горелки с насадкой смешивания и предсмешанные горелки.
- Горелка с насадкой смешивания: В этом типе горелки топливо и воздух движутся раздельно до выхода из насадки. Воздух и свежий топливо смешиваются, когда они достигают сечения насадки или сразу после него, и происходит процесс сгорания
- Предсмешанная горелка: В этом типе горелки воздух и топливо смешиваются до достижения насадки и затем направляются к пламени.
Проще говоря, основное различие между этими двумя типами горелок заключается в том, что в горелке с насадкой смешивания воздух и топливо комбинируются в момент сгорания, тогда как в предсмешанной горелке это происходит до выхода из насадки.
В горелках с насадкой смешивания топливо подается через топливные насадки, а воздух — отдельно с помощью вентиляторов. Смешивание топлива и воздуха осуществляется путем создания турбулентности и вращения в потоке. Эта турбулентность создается с помощью таких устройств, как диффузоры и вращающиеся лопасти в потоке.
Для снижения выбросов загрязняющих веществ и повышения эффективности топливо и воздух должны равномерно смешиваться в пламени в правильной пропорции. Форсунки проектируются так, чтобы скорость и угол подачи газа были синхронизированы с воздушным потоком, что способствует оптимальному сгоранию и снижению загрязнений. Несогласованность в скорости или угле подачи приводит к неправильному смешиванию, неполному сгоранию и образованию токсичных газов, таких как CO.
Выбросы загрязняющих веществ в горелках с насадкой смешивания
Экологические загрязнители, выделяемые горелками с насадкой смешивания, зависят от типа топлива и включают монооксид углерода (CO), оксиды азота (NOx) и оксиды серы (SOx). Для снижения выбросов монооксида углерода необходимо обеспечить полное смешивание топлива и воздуха в горелке. Для сокращения выбросов NOx применяются технологии, такие как горелки Low-NOx, рециркуляция продуктов сгорания и поэтапная подача топлива или воздуха. В процессе сгорания жидких видов топлива выделение оксидов серы неизбежно из-за наличия серы в составе топлива. Чтобы уменьшить выбросы оксидов серы, необходимо очистить топливо от серы.
Уровень выбросов в горелках с насадкой смешивания в значительной степени зависит от конструкции горелки. Горелки Raadman разработаны и изготовлены в соответствии со стандартами BS EN 676 и BS EN 267 и могут соответствовать требованиям выбросов до 3-го класса NOx. Дополнительно в горелках Raadman предусмотрена возможность снижения выбросов NOx благодаря внедрению системы рециркуляции выхлопных газов (FGR).
Применение горелок с насадкой смешивания
Горелки являются ключевым элементом в процессах промышленного сжигания. Для эффективного проектирования горелки необходимо полное понимание процесса, в котором она будет использоваться. В различных отраслях промышленности, в зависимости от типа процесса, требуемой температуры в печи, её геометрии и других параметров, применяются горелки с обычными форсунками разной конструкции. В этом разделе кратко представлены наиболее распространенные области применения горелок в различных отраслях промышленности.
1- Котлы для производства горячей воды или пара: Котлы используются для различных целей, таких как нагрев воды для отопительных нужд, производство пара для использования в промышленных приводах или для стерилизации материалов в промышленности, а также для получения горячего воздуха. Область применения горелок в котлах охватывает широкий спектр — от однофорсуночных котлов, применяемых в больницах, школах и небольших предприятиях, до многофорсуночных котлов, используемых на электростанциях.
Горелка, подключенная к котлу
2- Производство металлов: В процессе производства магнитных металлов, таких как железо, или немагнитных, таких как алюминий, горелки используются как источник тепла на всех этапах — от плавления до формовки. В этих отраслях применяются высокоскоростные горелки, рекуперативные горелки и трубчатые радиационные горелки.
Производство металлов с использованием горелок с насадкой смешивания
3- Производство минеральных материалов: К наиболее распространенным процессам производства минеральных материалов относятся производство стекла, цемента, кирпича, огнеупоров и керамики. Эти процессы обычно требуют высокотемпературного нагрева для плавления. В таких отраслях используются высокоскоростные горелки, безпламенные горелки, кислородные горелки и горелки вращающихся печей.
4- Химическая промышленность: В этой отрасли используются разнообразные топливные соединения для сжигания в котлах и печах, что делает их значительно более многообразными по сравнению с другими отраслями. Чаще всего применяются газообразные топлива, состоящие из определенных количеств водорода, метана и пропана. Кроме того, в этих топливах присутствуют азот и углекислый газ. Один котел или печь может потребовать сжигания нескольких видов топлива, что подчеркивает важность наличия многофункциональных горелок.
Еще одной уникальной особенностью в этой отрасли является использование горелок с естественной подачей. Эти горелки не требуют вентилятора для обеспечения воздуха для сгорания и более чувствительны к изменениям окружающей среды, таким как температура, влажность и скорость ветра.
Зажигание горелки
5- Отрасль сжигания отходов: Хотя отходы обладают низкой теплотворной способностью и не могут использоваться в качестве единственного источника топлива, их продукты могут быть использованы для генерации тепла.
Применение горелок и котлов в отрасли сжигания отходов
Компоненты горелки с насадкой смешивани
Основные компоненты горелок с обычными форсунками включают в себя систему подачи воздуха, систему подачи топлива, сжигающую насадку и электрическую систему, которая состоит из силовой цепи и управляющей цепи. Далее приведены примеры компонентов горелки, используемой в котле. В целом, все горелки используют эти компоненты, хотя их дизайн и геометрия могут варьироваться в зависимости от типа применения и рабочих условий.
Компоненты горелки с насадкой смешивани
1- Система подачи воздуха для горелки
Система подачи воздуха для горелки включает в себя заслонку для входящего воздуха, глушитель, вентилятор и электродвигатель, которые обеспечивают подачу воздуха для сгорания и регулируют его поток.
2- Пламенная труба горелки с насадкой смешивания
Пламенная труба горелки с насадкой смешивания включает в себя трубы для транспортировки топлива внутри горелки, форсунки для газообразного или жидкого топлива, диффузор или спираль, стабилизатор пламени и искровой элемент. Основная задача сжигающей насадки — обеспечить соответствующее смешивание топлива и воздуха для создания стабильного пламени с минимальными выбросами загрязняющих веществ (NOx и монооксида углерода).
3- Внешняя пламенная труба
Внешняя пламенная труба горелки играет важную роль в форме и скорости пламени. Регулировка скорости пламени помогает предотвратить его возврат в горелку. Внешняя труба может иметь различные формы в зависимости от назначения горелки. На рисунке ниже приведен пример таких труб.
4- Система подачи топлива
Система подачи топлива включает все необходимые компоненты для обеспечения и транспортировки жидкого или газообразного топлива к горелкам. Дизайн этих систем разрабатывается в соответствии с определенными стандартами для достижения оптимальной производительности и высокой безопасности. Для газового топлива эта система включает фильтр, регулятор, предохранительные и основные клапаны, манометры, предохранительные клапаны и другие устройства. Для жидкого топлива система состоит из насоса и электродвигателя, регулятора, сопла, предохранительных клапанов и системы трубопроводов для подачи топлива.
5- Система безопасности
Система безопасности горелки включает в себя датчик пламени и переключатели минимального и максимального давления воздуха. Датчик пламени обеспечивает безопасность котла, обнаруживая наличие или отсутствие пламени. В случае отсутствия пламени он отключает горелку, предотвращая возможность взрыва. Существуют различные типы датчиков, такие как ультрафиолетовые, инфракрасные и частотные датчики.
Кнопка минимального давления обнаруживает снижение давления воздуха и подает сигнал на отключение горелки. Кнопка максимального давления, в свою очередь, предотвращает обратное движение пламени и газа в горелку в случае повышения давления в камере сгорания (например, из-за засорения дымохода).
6- Система управления горелкой
Система управления горелкой, в зависимости от ее работы, включает в себя актуаторы, установленные в системе подачи воздуха и линии газа или жидкого топлива, центральный процессор, систему управления нагрузкой и пользовательский интерфейс
7- Электрическая система горелки
Эта система включает в себя управляющую цепь, силовую цепь, проводку и защитные устройства электрической системы горелки. Силовая цепь отвечает за запуск электродвигателей горелки (вентилятора и насоса жидкого топлива).
Пламя горелок с насадкой смешивания
В горелках с обычными форсунками топливо и окислитель подаются в горелку отдельно и смешиваются в сжигающей насадке. Затем эта смесь направляется в камеру сгорания. При попадании смеси топлива и воздуха в камеру начинается сгорание с одновременным взаимодействием молекул топлива с окислителем. Интенсивность сгорания в таких горелках зависит от степени смешивания топлива и окислителя. Реакция сгорания в проникающих пламени начинается с верхнего предела воспламеняемости топлива и продолжается до нижнего предела.
Такой тип пламени имеет большое значение из-за его промышленных приложений, и многие промышленные печи и тепловые системы используют именно этот вид пламени. Поэтому контроль параметров проникающего пламени, таких как уровень производства NOx, размеры пламени, его стабильность и т. д., является важной задачей. В этой связи применяются различные методы контроля пламени, такие как скорость потока, разрежение, предварительный подогрев, геометрия горелки, давление и гравитация.
Тепловые системы должны иметь специализированные горелки в зависимости от типа процесса, геометрии камеры сгорания, температуры процесса, содержания кислорода в камере сгорания, экологических требований и других условий. Например, если печь нуждается в равномерном температурном режиме, необходимо, чтобы продукты сгорания подавались в печь с высокой скоростью, поэтому рекомендуется использовать высокоскоростные горелки для таких печей.
В котлах с дымовой трубой необходимо использовать горелки с вытянутым пламем и небольшим диаметром; в таких горелках обычно используется диффузор в сжигающей насадке. В то время как в водотрубных котлах из-за конструкции камеры сгорания необходимо использовать горелки с коротким и широким пламенем, в которых обычно применяется спираль в сжигающей насадке для преобразования осевой скорости в радиальную и тангенциальную. Это позволяет уменьшить длину пламени и увеличить его диаметр. Далее представлены различные типы пламени для распространенных горелок, используемых в различных приложениях.
Преимущества и недостатки использования обычных горелок по сравнению с другими типами горелок
Обычные горелки обладают особенностями конструкции, которые предлагают как преимущества, так и недостатки, и их следует учитывать в зависимости от промышленных применений.
Преимущества горелок с обычным смешиванием
Стабильность пламени: В обычных горелках процесс смешивания топлива и воздуха происходит непосредственно в момент сгорания. Это обеспечивает стабильное и контролируемое пламя, что особенно важно в промышленных приложениях, таких как большие котлы и промышленные печи.
Гибкость в использовании топлива: Обычные горелки могут работать с различными видами топлива, как газообразного, так и жидкого, и подходят для разных промышленных условий. Эта гибкость делает их подходящими для разнообразных применений.
Отсутствие флашбека и риска взрыва: В обычных горелках отсутствует смешивание топлива и воздуха в горелке, что исключает возможность возникновения флашбека. Таким образом, вероятность взрыва минимальна, и эти горелки не требуют специального оборудования против искр, например, искрогасителей.
Применение в различных отраслях: Эти горелки широко используются в отраслях, где требуется высокая температура сгорания или особое проектирование, таких как производство пара и горячей воды, металлургическая, керамическая, горнодобывающая, химическая промышленности и сжигание отходов.
Недостатки горелок с обычным смешиванием
Обычные горелки имеют более высокие выбросы загрязняющих веществ.
Высокие выбросы загрязняющих веществ: В сравнении с предсмешанными горелками.
Чувствительность к условиям окружающей среды: Производительность этих горелок может зависеть от изменений давления, температуры или качества топлива. Поэтому они требуют внимательного мониторинга и обслуживания.
Высокие затраты на ремонт и обслуживание: Из-за сложной конструкции и использования высококачественных компонентов, таких как диффузоры и специальные насадки, затраты на ремонт и обслуживание этих горелок могут быть выше, чем у некоторых других типов.
Инновации в сгорании: снижение загрязнений с помощью горелок насадкой смешивания
Горелки с обычными форсунками создают стабильное пламя и обеспечивают низкий уровень загрязнений за счет одновременного смешивания топлива и воздуха. Они находят применение в таких отраслях, как котлы, производство металлов и сжигание отходов. Эти горелки способствуют снижению выбросов загрязняющих веществ, таких как CO, NOx и SOx, а также повышению энергетической эффективности, что делает их отличным выбором для уменьшения воздействия на окружающую среду.
Компания Raadman с высоким уровнем технических знаний занимается проектированием и производством горелок с обычными форсунками в соответствии с национальными и международными стандартами. Горелки Raadman ориентированы на снижение выбросов загрязняющих веществ и оптимизацию потребления энергии, что позволяет им улучшать процессы сгорания в различных отраслях.
