Регенеративная горелка, являясь эффективным решением для оптимизации процессов горения, играет важную роль в снижении потребления энергии и выбросов загрязняющих веществ. Сегодня экологические ограничения, связанные с выбросами загрязняющих веществ и парниковых газов, требуют от отраслей дальнейшей оптимизации процессов горения и тепловых процессов. С другой стороны, в эпоху, когда мы наблюдаем рост цен на энергоносители и сокращение ресурсов ископаемого топлива, крайне важно уделять особое внимание оптимизации этих процессов. Одним из решений по повышению энергоэффективности систем сгорания является использование предварительно нагретого воздуха.
Повышение температуры воздуха, поступающего в горелку, значительно снижает расход топлива и выбросы углекислого газа за счет повышения эффективности. Для предварительного нагрева воздуха могут использоваться различные методы, одним из наиболее эффективных из которых является регенеративная горелка. В данной статье рассматриваются регенеративная горелка, принцип работы и их применение в промышленности.
Что такое регенеративная горелка?
Регенеративная горелка — это тип системы сжигания топлива, которая с очень высокой эффективностью рекуперирует отработанное тепло в промышленных печах. Благодаря своему значительному влиянию на снижение расхода топлива, регенеративная горелка используется как эффективное решение для экономии затрат, оптимизации потребления энергии и сокращения выбросов углекислого газа (CO2). Эта технология нашла широкое применение, особенно в высокотемпературных промышленных печах, таких как прокатные, кузнечные, термические, плавильные, обжиговые и другие подобные печи.
Чтобы узнать больше о типах горелок и их использовании в промышленных печах, рекомендуем Вам прочитать статью «Что такое горелка для промышленной печи?».
Принцип работы регенеративной горелки
Регенеративная горелка обычно состоит из двух горелок: одна в активном режиме, а другая в режиме рекуперации, работающих попеременно с интервалом в несколько секунд. В этой системе, при работе одной из горелок, горячие газы, образующиеся при ее сгорании, после теплообмена в топке отводятся через вторую горелку. Эти газы нагревают тепловой резервуар второй горелки, и в нем сохраняется тепловая энергия.
Затем первая горелка выключается и включается вторая горелка. В этом случае воздух для горения проходит через предварительно нагретый тепловой резервуар второй горелки и поглощает накопленное в нем тепло. Этот процесс позволяет рекуперировать тепло из выхлопных газов, которое обычно теряется, создавая высокоэффективную систему.
Тепловой резервуар регенеративной горелки обычно является пористая среда из керамического материала, способная выдерживать высокие температуры и быструю теплопередачу. Типичным примером таких резервуаров являются камеры, заполненные алюминиевыми шариками. Горячие газы, образующиеся при сгорании, проходят через алюминиевые шарики, теряют тепло и затем направляются в дымоход.
Выходящие газы при температуре 1200°C способны предварительно нагреть воздух для горения как минимум до 1000°C. Этот процесс обеспечивает значительную экономию энергии, снижая потребление энергии и топлива до 50% по сравнению с обычными горелками.
Характеристики регенеративной горелки
Несмотря на относительно высокую первоначальную стоимость, регенеративная горелка является весьма подходящим вариантом для использования в печах во многих отраслях промышленности благодаря своим выдающимся характеристикам и преимуществам. Ниже мы обсудим некоторые наиболее важные характеристика этих горелок.
Экономия энергии и топлива
Регенеративная горелка способна экономить от 35 до 50 процентов потребления энергии и, следовательно, топлива. Конечно, величина этой экономии также зависит от таких факторов, как температура печи, соотношение воздуха и режимы работы установленного агрегата. Следует отметить, что снижение расхода топлива также означает снижение затрат, и в долгосрочной перспективе это может обеспечить значительную экономию средств для промышленных предприятий.
Сокращение выбросов CO2
За счет повышения эффективности и снижения расхода топлива, выбросы CO2 также значительно сокращаются. Выбросы CO2 можно сократить еще больше, заменив жидкое топливо, такое как мазут или дизельное топливо, природным газом. Эти особенности стали особенно важными в современном мире, где различные страны стремятся сократить углеродный след промышленных процессов в целях борьбы с глобальным потеплением и ухудшением состояния окружающей среды.
Помимо сокращения выбросов CO2, важно также обращать внимание на другие загрязняющие вещества, образующиеся в результате сгорания, такие как оксиды азота (NOx). Информацию о том, как образуются эти газы и как сократить их выбросы, можно найти в статье «Механизм образования NOx при сгорании».
Равномерное распределение температуры в печи
Равномерное распределение температуры в печи достигается за счет эффекта равномерного пламени, возникающего в результате сгорания предварительно нагретого воздуха при высокой температуре, а также эффекта перемешивания воздуха печи при прерывистом горении. Этот процесс улучшает качество продукции, а также экономит время и энергию.
Поддержание постоянной температуры
Еще одним преимуществом регенеративных горелок является их способность обеспечивать постоянный нагрев. Система аккумулирования тепла обеспечивает непрерывный предварительный подогрев поступающего воздуха для горения, что позволяет поддерживать постоянную температуру в процессе нагрева. Эта функция очень важна для отраслей, где требуется точный контроль температуры, таких как производство стекла и полупроводников.
Моменты по проектированию регенеративной горелки
В связи с различной производительностью регенеративных горелок при их проектировании следует учитывать некоторые моменты, которые указаны в настоящем разделе:
Проектирование регенеративной горелки методом снижения выбросов NOx (Low Nox)
Из-за использования предварительно нагретого воздуха при сгорании в регенеративных горелках и связанного с этим повышения температуры пламени вероятность образования оксидов азота в этих горелках выше, чем в горелках, использующих окружающий воздух. Поэтому при их проектировании необходимо использовать методы снижения выбросов NOx, чтобы удерживать выбросы этого загрязняющего вещества в пределах нормативов. Наиболее распространенными методами снижения выбросов NOx в регенеративной горелке являются два метода: внутренняя рециркуляция дымовых газов (ВРДГ) и ступенчатое горение, которые обеспечивают низкие выбросы NOx при использовании предварительно нагретого воздуха.
Тепловой резервуар (Heat Reservoir)
Как упоминалось в предыдущих разделах, тепловой резервуар обычно имеет пористую среду, изготовленную из керамических материалов, устойчивых к высоким температурам и коррозии. Эти резервуары должны обладать способностью поглощать и отводить тепло с соответствующей скоростью, а также иметь достаточную вместимость и низкий перепад давления.
Система управления
Для достижения оптимальной и правильной работы системы горелок в этих системах большое значение имеет точное управление процессом сгорания и циклом включения-выключения горелки. Кроме того, параметры управления должны быть настроены точно и в соответствии с условиями печи, чтобы регенеративная горелка работала с максимальной эффективностью.
Применение регенеративных горелок
Регенеративные горелки используются в широком спектре промышленных систем отопления. Эти горелки особенно популярны в стекольной промышленности и используются для плавки стекла и поддержания постоянной температуры в процессе плавки. Они также используются в таких отраслях, как пищевая промышленность, производство керамики и металлообработка.
Регенеративная горелка, решение для повышения эффективности
Регенеративные горелки известны как одно из инновационных решений для оптимизации энергопотребления и сокращения выбросов парниковых газов в процессах промышленного нагрева. Используя предварительно нагретый воздух и рекуперацию тепла, эта технология не только снижает расход топлива на 50%, но и значительно снижает выбросы углекислого газа и повышает производительность промышленных печей. Таким образом, эти системы признаны привлекательным вариантом для печей в таких отраслях, как стекольная, металлургическая и керамическая промышленность, поскольку они могут улучшить промышленные процессы и качество продукции, а также повысить энергоэффективность.
