Wybór palnika do przemysłowego pieca grzewczego: rodzaje, wydajność i konstrukcje o niskiej emisji NOx

Weźmy pod uwagę kuźnię we wschodnich Chinach, która wymieniła swój starzejący się palnik do pieca grzewczego na najtańszą dostępną jednostkę z importu. W ciągu trzech miesięcy operatorzy co tydzień zdrapywali węgiel z dyszy i zespołu elektrod, piec potrzebował dodatkowych dwudziestu minut, aby osiągnąć temperaturę wygrzewania, a zużycie gazu ziemnego wzrosło o 11 procent. Palnik nie był uszkodzony. To był po prostu niewłaściwy palnik do tego pieca.

Ten wzór powtarza się w roślinach każdej wielkości. Wybór palnika pieca grzewczego jest decyzją inżynierii procesowej, a nie zakupem części zamiennych. Palnik kontroluje przepływ paliwa, kształt płomienia i dystrybucję ciepła wewnątrz pieca, a te trzy zmienne wyznaczają górną granicę jakości produktu i zużycia paliwa. W tym przewodniku opisano działanie palników przemysłowych pieców grzewczych, sposób ich dopasowania do pieca, rodzaje awarii będące przyczyną większości wezwań serwisowych oraz wzrost wydajności możliwy dzięki nowoczesnym projektom niskoemisyjnym i wielopaliwowym.

Przemysłowy piec grzewczy do obróbki metali na gorąco Palnik ten stanowi część kompletnego systemu pieca grzewczego ze spalaniem o niskiej zawartości NOx i odzyskiem ciepła odpadowego, co umożliwia jednolitą kontrolę temperatury w procesach kucia i obróbki cieplnej. Zobacz produkt →

Jak działa palnik pieca grzewczego

Palnik w piecu grzewczym ma cztery zadania: dozować paliwo, dostarczać powietrze do spalania w odpowiednich proporcjach, zapalać mieszankę i stabilizować płomień w całym zakresie spalania. W palniku gazowym paliwo dostaje się przez przewód gazowy i miesza się z powietrzem wewnątrz korpusu palnika lub na czole płomienia. W palniku na paliwo ciekłe paliwo należy najpierw rozpylić na drobne kropelki, tak aby każda kropelka odparowała i szybko się spalił. Palniki na paliwo stałe przenoszą pył węglowy lub biomasę w strumieniu powietrza i zawieszają cząstki w strefie płomienia.

Kształt płomienia ma znaczenie tak samo jak temperatura płomienia. Krótki, krzaczasty płomień emituje ciepło blisko ściany; długi, leniwy płomień przenosi ciepło w głąb komory. Jeśli płomień zetknie się z ładunkiem, nastąpi miejscowe przegrzanie, zgorzelina i wady powierzchni. Jeśli płomień uniesie się z palnika, wystąpią pulsacje, skoki CO i marnowanie paliwa. Dlatego ten sam model palnika może inaczej pracować w komorze trzymetrowej i dziewięciometrowej.

Nowoczesne palniki przemysłowe są również wyposażone w funkcję nadzoru płomienia, elektrody zapłonowe i wentylatory powietrza do spalania, a także łączą się z systemem zarządzania palnikiem (BMS) w celu ustalania kolejności rozruchu i logiki wyłączania. Gdy palnik jest częścią większej linii technologicznej, elementy sterujące stają się równie ważne jak samo spalanie.

Rodzaje palników w skrócie

Praktyczny wybór pieca grzewczego zwykle sprowadza się do gazu, paliwa ciekłego, paliwa stałego lub kombinacji dwóch lub więcej. Każda rodzina ma inny sprzęt do obsługi paliwa i charakterystykę płomienia.

Palniki gazowe dominują w obróbce cieplnej i kuciu, ponieważ spalanie jest czyste, a zakres regulacji jest duży. Palniki na paliwo ciekłe pojawiają się tam, gdzie występują przerwy w dostawie gazu lub gdzie zakłady skupują ciężki olej po cenie. Palniki na paliwo stałe są ograniczone do dużych pieców i suszarek, które mają już przygotowane paliwo. Palniki wielopaliwowe stają się coraz powszechniejsze w zakładach, które zmieniają paliwa, aby dostosować się do cen energii lub umownej dostępności gazu.

Kryteria wyboru, które mają znaczenie

Zacznij od procesu, a nie od palnika. Zanotuj zakres szybkości opalania pieca, cykl pracy (wsadowy lub ciągły), dostępne paliwo i lokalny limit emisji. Następnie oceń oferty palników pod kątem sześciu kryteriów:

1. Rodzaj paliwa i tolerancja jakości paliwa. Jakość gazu różni się w zależności od składu rurociągu; jakość oleju zależy od zawartości siarki i lepkości. Palnik tolerujący zmiany paliwa pozwala zaoszczędzić przestoje.
2. Współczynnik ścielenia. Piece okresowe pozostają bezczynne pomiędzy obciążeniami i wymagają regulacji co najmniej 10:1. Piec ciągły może pracować w trybie 4:1 lub 5:1.
3. Geometria płomienia. Długość i szerokość płomienia muszą pasować do komory, tak aby płomień nie szorował dachu ani nie uderzał w ładunek.
4. Kontrola proporcji powietrza. Połączenie mechaniczne jest proste, ale dryfuje; regulacja tlenu utrzymuje nastawę i zwraca się w postaci oszczędności paliwa.
5. Zgodność z NOx i CO. Sprawdź, czy lokalne pozwolenie wymaga projektu o niskiej emisji NOx, a nie tylko dzisiejszego limitu, ale prawdopodobnego przyszłego limitu.
6. Dostęp serwisowy i części zamienne. Dysze, elektrody i skanery płomieni zużywają się. Jeśli palnik zmusza do rozebrania kanału powietrznego, aby do nich dotrzeć, koszty konserwacji szybko rosną.

Uzyskanie tych sześciu danych wejściowych na samym początku jest tańsze niż późniejsze dostrojenie niewłaściwego palnika. Modernizacja systemu na inną długość płomienia lub stosunek powietrza zwykle oznacza nowy materiał ogniotrwały, nowe rurociągi i tygodnie zakłóceń w procesie.

Dlaczego palniki pieca grzewczego nie działają

Większość awarii palników nie jest nagła. Są one stopniowe i objawiają się wzrostem zużycia paliwa, problemami z sadzą lub zapłonem. Większość zgłoszeń serwisowych wynika z trzech trybów awarii.

Zanieczyszczenie węglem dyszy i zespołu elektrody. To klasyczna awaria palników na paliwo ciekłe. Dzieje się tak, gdy spada jakość atomizacji, zwykle wskutek zbyt niskiej temperatury paliwa, rozmiaru dyszy zbyt dużej w stosunku do rzeczywistej mocy spalania lub spadku dopływu powietrza do spalania. Rozwiązaniem nie jest częstsze czyszczenie; koryguje ustawienia atomizacji i powietrza, aby węgiel przestał się tworzyć.

Zapłon przerywany. Palnik, który zapala się dopiero po stuknięciu lub wielokrotnych próbach, informuje o zabrudzeniu czujnika płomienia, przesunięciu odstępu między elektrodami lub transformatorze zapłonowym jest słaby. Są to pięciominutowe diagnozy przy użyciu odpowiedniego zestawu testowego, ale stają się kosztowne, gdy traktuje się je jako usterkę palnika i wymienia całe urządzenie.

Rdza i korozja korpusu palnika. Winowajcą jest zwykle wilgoć: wycieki z uszczelek drzwiczek pieca, kondensacja w kanale powietrza do spalania lub ominięty spust w układzie paliwowym. Rdza wewnątrz palnika zniekształca kanały powietrzne i zmienia kształt płomienia na długo przed uszkodzeniem metalu. Każdy z tych trybów awarii i sekwencję diagnostyczną wyjaśniamy bardziej szczegółowo w naszym artykule na temat dlaczego palniki pieca grzewczego zawodzą .

Wydajność, emisja i konstrukcja o niskiej emisji NOx

Nadmiar powietrza jest największą dźwignią efektywności dostępną dla operatora pieca. Każda cząsteczka nadmiaru powietrza, która dostaje się do pieca, opuszcza komin, niosąc ze sobą ciepło. Przy 50-procentowym nadmiarze powietrza utrata gazów spalinowych z pieca pracującego w temperaturze bliskiej 900°C może być w przybliżeniu dwukrotnie większa niż przy 10-procentowym nadmiarze powietrza. Przeciwwagą jest niepełne spalanie: zbyt mało powietrza wytwarza CO, sadzę i niespalone paliwo. Okno operacyjne jest wąskie, dlatego też regulacja zawartości tlenu w spalinach stanowi standardowe udoskonalenie palników przemysłowych pieców grzewczych. Kompletny plan wydajności musi obejmować ustawienie palnika, kontrolę ciśnienia w piecu i planowanie ładowania. W tym artykule zebraliśmy praktyczne kroki przewodnik po wydajności palnika pieca grzewczego .

NOx to drugie ograniczenie. W większości przemysłowych pieców grzewczych NOx powstaje z azotu zawartego w powietrzu do spalania, reagując z wysoką temperaturą płomienia. Dwie rozwiązania projektowe to stopniowanie, które opóźnia dopływ części powietrza do spalania, w związku z czym spada szczytowa temperatura płomienia, oraz recyrkulacja gazów spalinowych, która powoduje rozrzedzenie płomienia. Obydwa redukują NOx bez utraty wydzielania ciepła. W przypadku zakładów objętych limitem emisji wybór palnika o niskiej emisji NOx na początku jest znacznie tańszy niż późniejsze dodanie selektywnej redukcji katalitycznej lub niekatalitycznej, ponieważ urządzenia poprzedzające i przewody są już dobrane odpowiednio do płomienia.

Palnik niskoemisyjny z recyrkulacją spalin Palnik ten, zaprojektowany tak, aby utrzymać emisję NOx na poziomie poniżej 30 mg/m3 przy zastosowaniu spalania etapowego i FGR, jest odpowiedni dla branż objętych regulacją emisji, zapewniając jednocześnie wysoką wydajność i inteligentne monitorowanie PLC. Zobacz produkt →

Dopasowanie palnika do Twojego procesu

Profil pracy pieca określa, które cechy palnika mają największe znaczenie.

Piece do obróbki cieplnej obsługują długie partie i są bezczynne pomiędzy nimi. Wymagają szerokiego zakresu regulacji, ścisłej równomierności temperatury i czystego płomienia, który nie plami pracy. Standardowym rozwiązaniem jest palnik na paliwo gazowe z regulacją dozowania powietrza i długim płomieniem. Z kolei piece kuźnicze uwalniają dużą ilość ciepła do małej komory i wymagają zwartego płomienia o dużej intensywności, który szybko się nagrzewa bez uderzania w kęs. Piece do topienia aluminium wymagają spalania o niskiej prędkości, aby ograniczyć utlenianie metalu i utratę stopu.

Palnik gazowy o długim płomieniu z dyszą Lavala Palnik gazowy z regulowaną dyszą Lavala i systemem wirowym do szerokiego kształtowania płomienia, przeznaczony do zastosowań w piecach obrotowych o długim płomieniu, takich jak produkcja akumulatorów niklowo-żelazowych i litowych. Zobacz produkt →

Elastyczność paliwowa staje się również wymogiem komercyjnym. Zakłady korzystające z taryf na gaz przerywany lub te, które mają dostęp do gazu z biomasy na potrzeby własne, często wybierają palniki wielopaliwowe, dzięki czemu na linii produkcyjnej stale występują skoki cen. Firmy korzystające ze standardowego palnika w piecu grzewczym zasilanego gazem ziemnym mogą przejść na olej lub kombinację oleju napędowego z olejem napędowym w konstrukcji wielopaliwowej, zwiększając bezpieczeństwo dostaw bez obniżania parametrów pieca.

Niezależnie od tego, którą rodzinę produktów oceniasz, metoda wyboru jest taka sama: najpierw zdefiniuj geometrię pieca, zasięg spalania, paliwo i limit emisji, a następnie pozwól inżynierom palników dopasować płomień do procesu. Wprowadź te dane prawidłowo, a palnik pieca grzewczego stanie się niezawodnym narzędziem roboczym, takim, który będzie ignorowany przez lata, ponieważ nigdy nie będzie miał powodu do wezwania.