Улучшение эффективности системы сжигания
Следующие указатели для максимизации производительности печей и горелок.
Промышленные печи и котлы потребляют большое количество топлива. Любое повышение эффективности приводит к снижению спроса на энергию и, в конечном счете, денежных средств.
Эта статья содержит рекомендации по улучшению функционирования систем сжигания топлива. Она объясняет, как надлежащее горючей смеси позволяет экономить энергию, кратко описывается, как настроить горелки для экономии топлива, а также приводятся рекомендации для повышения производительности системы. Хотя основное внимание уделяется природных газовых печей, многие из вопросов, которые обсуждались также применяться к другим газа и жидких видов топлива в котлах системы сгорания, а также.
Понимание важности горючей смеси
Горючей смеси является объемное соотношение воздуха к природному газу. Стехиометрическом соотношении, которое определяется химии реакции горения, является соотношение воздуха на природный газ (как правило, 10 к 1), необходимое для полного сгорания без каких-либо избыточного воздуха. Избытка воздуха (иногда сокращается до XSA) это сумма, за стехиометрическое кормили к горелкам. Для природного газа, рассчитывается следующим образом:
XSA = (V ^ ^ к югу воздуха - 1) / (V ^ ^ к югу газа
где XSA это процент избытка воздуха и V ^ ^ к югу воздуха и V ^ ^ к югу газа объемный Расходы, приведенные воздуха и природного газа в FT3 в единицу времени, соответственно.
Избытка воздуха были использованы для обеспечения полного сгорания угарных газов в старых горелок с низким перемешивания. Позже, когда улучшение конструкции горелки обеспечивают более низкий тираж и горячей сочетание температуры (например, теоретические средняя температура все продукты сгорания топлива с воздухом, в том числе излишки воздуха), избытка воздуха используется для обеспечения хорошей равномерности температуры в печи .
Превышение воздуха, проходящего через горелки требует дополнительного топлива, чтобы поднять его температуру, как показано на рисунке 1.
Заметим, что не все тепловые процессы могут работать вблизи стехиометрического горючей смеси. Некоторые процессы требуют особой атмосфере горения в контакт с продуктом, при нагревании. Сокращение (топливно-богатые) минимизирует атмосферу оксида во время ковки или термообработки некоторых металлов. Окислительной (тощий) атмосфера часто помогает в стрельбе из керамических продуктов путем обжига углерода и серы из глины. Даже в таких приложениях, сокращение избыточного воздуха, когда это целесообразно может дать экономию топлива.
Незначительные изменения в горючей смеси может часто дают экономию топлива в диапазоне от 1% до 3% без крупных капиталовложений. Таблица 1 показывает, экономия топлива (в процентах), которое может быть достигнуто за счет уменьшения количества избыточного воздуха до 10%. Например, снижение избыточного воздуха от 15% до 10% приведет к 2,5% экономии топлива при температуре fluegas выхода 1500 ° F, 4,4% экономии топлива на 2000 ° F, а 7,7% экономии топлива при 2500 ° F.
Пример 1: для термообработки печи. Пусть 2320-м ^ ^ SUP 3 / ч Средний расход природного газа, 40% избытка воздуха. и 1, 400 ° F fluegas выхода температуры. Операция 24 / г, 5 г в неделю, 50 недель в год (6000 ч / год). Сокращение избыточного воздуха от 40% до 10% даст 12,3% экономии топлива, или 1712000 м ^ ^ SUP 3 газа в год. На $ 6 / 1, 000 м ^ 3 ^ SUP, то годовая экономия газа составит $ 10272.
Пример 2: печи сталь разогреть. Допустим, тепловая мощность 60 мм Btu / ч, 20% избытка воздуха, 1800 ° F стека температуры и 7400 ч / год эксплуатации. Сокращение избыточного воздуха от 20% до 1% 0 представляет собой экономию топлива на 7% - 3 1, 080000 м ^ ^ SUP 3 газа в год, а $! 86 480 в год.
Высшее рабочих температур и выше затраты тепла (БТЕ / ч) даст еще больше экономии энергии.
Срок выделения тепла ссылается на то, что является доступным для печи и его работы. Она равна валовой приток тепла за вычетом всех fluegas потерь (рис. 2), и выражается в процентах от валового притока тепла. Доступные тепла полезной концепцией, для расчета эффективности и экономия топлива. Он представляет собой наилучший эффективности печи без каких-либо потерь тепла через стены, проемы, конвейеров и т.д.
Выше процесс (fluegas) температура, тем меньше доступных тепло - и тем важнее для поддержания горения печи и системы на (или вблизи практических) с оптимальной эффективностью. Таблица 2 показывает процент выделения тепла при различных температурах fluegas и избытка воздуха уровнях, и может быть использована для оценки экономии топлива, что может быть достигнуто за счет сокращения избыточного потока воздуха.
Рисунок 3 представляет собой типичную кривую эффективности сгорания. Если горючей смеси остается на худой стороны этой кривой (обычно 10% избытка воздуха), горючих (например, CO и т.д.) были сведены к минимуму.
Регулировка горелки для экономии топлива
Регулировка горелки для достижения оптимального воздушного соотношении топлива и уменьшить избыток воздуха может экономить энергию. Установка датчиков давления, манометры и fluegas анализатор может обеспечить быструю окупаемость в области энергосбережения. (Обратите внимание, что корректировка методов обсуждали здесь, не применяются к открытому горелки или вдохновителей из-за неконтролируемого потока воздуха).
Для регулировки одной горелки, использование кислорода горючих анализатор образца fluegas и измерения O2, и горючего. Отрегулируйте подачу газа в горелку до минимального O2 процент и минимальный процент горючих были достигнуты. Это позволит достичь лучших эффективности и экономии топлива. Кроме того, процедуры, описанной ниже, для нескольких горелок может быть применен к одной горелки.
Для нескольких горелки, установки отдельных измерений отверстия в газопроводе на каждой горелки для измерения давления газа капли, и использовать его для расчета расхода газа. Мера статического давления воздуха на каждой горелке и использования потока горелки производителя / давления данные для определения воздушного потока. Для более точной корректировки, устанавливать отдельные измерительные отверстия в воздушной линии на каждой горелки для измерения падения давления воздуха и скорости потока.
Измерение отверстий, в зависимости от типа конструкции и нажмите месте, могут иметь 1-3% потока ошибок. Кроме того, переменная природного газа и горения температуры воздуха влияет на поток массы и теплотворной способности природного газа, в среднем, а не фиксированную стоимость. Таким образом, при использовании измерения отверстий, общая рекомендация заключается в корректировке горючей смеси в размере не менее 10% избытка воздуха, не стехиометрических горючей смеси. Вариации в воздухе и температуры газа, учета расхода ошибку, и переменной теплотворной повлияет на состав горючей смеси: путем создания 10% избыток настройки воздуха, соотношение остается на худой стороны воздух / топливо кривой.
Расход пропорциональна квадратному корню из перепада давления. Чтобы преобразовать воздуха и газа pressuredrop чтения на Расходы, приведенные:
V ^ к югу 2 = V ^ ^ 1 SUP (DP ^ к югу 2 ^ / ^ к югу
где: V ^ 2 ^ к югу является горелки расход, м ^ ^ SUP 3 / ч; / давления диаграммы для отверстия, м ^ ^ SUP 3 / ч, а к югу
Обновление горючей смеси контроля
Механические связанных клапан управления (рис. 4). Эта логика firstgeneration контроль может быть реализован в качестве топлива только конфигурации, или воздушных и топливных клапанов могут быть связаны между собой механически. Очень трудно для такого рода контроля для поддержания постоянной горючей смеси в течение всего lowfiring в области высоких стрельбы. Этот механизм также трудно регулировать и настраивать.
Давление сбалансированного контроля регулятора (рис. 5). В этой логике управления второго поколения, также известный как crossconnected системы, регулятор температуры дисков моторизованных воздушный клапан, и воздух нагрузкой импульсной линии, которая связана с соотношением регулятора, пропорционально следующим воздушного потока, соответствующие воздуха и газа давлениях. Это соглашение позволит скорректировать состав горючей смеси в вестись в течение всего полигоне. Регулировка и настройка, также быстро и просто.
Кросс-связанной системы контроля соотношение может быть точной, повторяемые и экономически эффективным способом контроля отношение.
Предвзятое отношение регулятора особый тип pressurebalanced регулятором, который обеспечивает дополнительную гибкость системы управления. Как воздух расхода выключается к lowfire, расхода газа капель быстрее, поэтому доля избыточного воздуха увеличивается. Эти регуляторы позволяют печи работают на отношение - то есть, на должном горючей смеси, как правило, 10 частей воздуха на 1 часть топлива - на высокий уровень стрельбы, а затем стал постепенно компактный (меньше топлива, более избытка воздуха), а Система следит за более низкой скорости стрельбы.
Эти разнообразные регуляторы отношение содействовать достижению единообразия температуры при использовании минимального количества избыточного воздуха, улучшение топливной экономичности. Конкретные требования процесса печи обычно диктуют ли такого рода меры необходимы. Например, в зависимости от продукта, некоторые печи может потребовать окислительной атмосфере (избыток воздуха), другие могут потребовать восстановительной атмосфере (избыток топлива), а третьи могут потребовать сочетание избыточного воздуха, на отношение, и / или сокращения атмосфер продукт подвергается до различных температур при обжиге цикла.
Электронные массового управления потоком (рис. 6), является наиболее точным типа соотношение контроля. Она может измерять и контролировать воздуха и газа Расходы, приведенные, компенсировать температур наружного воздуха (или нагретого воздуха горения) и изменения давления топлива и температуры, контроль давления в печи. Эти микропроцессорных многих цикла системы точно и быстро, и многие могут обеспечить регистрации данных.
Электронное управление массового расхода система не является недорогой и тщательной проверки должны проводиться, пока не выбран. Потенциал для экономии топлива и улучшения качества продукта, а также возможность более пристально следить-это сложный процесс, может оправдать выбор такого подхода.
Преобразование от косвенных к прямым стрельбы
Если конкретный контролируемой атмосферы в печи не требуется, рассмотреть вопрос о выборе прямого сжигания горелки, когда пламя и продукты горения в печи с продуктом. С косвенной топливе горелки, пламя и продукты горения в отдельной камере, и не вступают в контакт с продуктом. Это приводит к снижению общей эффективности сгорания, так как тепло должно передаваться через посредника поверхности.
С прямым топливе горелки, пламя формы, скорости и размещения может повысить эффективность за счет лучшей теплопередачи, более-равномерной температуры в печи, снизить fluegas температуры, и даже сведена печи обслуживания.
Дымовых месте
Адекватного размера дымовых (или несколько дымоходов) в правильном положении внутри печи помощи в поддержании равномерность температуры, что приводит к улучшению качества продукции и эффективности печи. Дымовых размер определяется объем продуктов сгорания, проходящей через печь. Правильное положение дымовых зависит от типа печи, форма печи, форма изделия (нагрузки), и является ли прямой или косвенной выстрелил топливе горелки используется. Дымовых размеров и размещения лучше оставить для специалистов в системе сжигания и конструкции печи. Цель состоит в том, чтобы нагретых газов печи путешествия длинную дистанцию и освободить столько тепла, сколько возможно, до выхода из печи.
Автоматическая против ручного управления
Если печь с ручным управлением, нескольких операторов и отсутствие единых подготовка может отрицательно сказаться на равномерности печи операций. Установка автоматической системы контроля температуры и держать его хорошо налаженный будет ликвидировать или уменьшить несоответствия.
Контроль давления печи
Когда печь работает под высоким положительным давлением, горячее fluegases могут быть вытеснены вокруг дверных уплотнений и других пробелов печи. Это приводит к повреждению уплотнения двери, огнеупорные, и окружающие печи структуры.
И наоборот, печи, работающих на топливе существенные отрицательные отходов давления как увлекает холодного воздуха через дверные уплотнители и другие пробелы. Рисунок 7 иллюстрирует отношения между отрицательного давления холодной печи и инфильтрации воздуха. Рисунок 8 означает отрицательное давление в печи дополнительные расходы, связанные с инфильтрации воздуха (на основе стоимости топлива S4/MM БТЕ).
Контроль давления в печи может быть выполнена с использованием либо автоматизированной механической заслонки или воздушных струй, в сочетании со специальной логику управления, что для поддержания необходимого нейтральной или слегка положительный давление, измеряемое на уровне очага печи.
При рассмотрении вопроса об установке заслонки печи давления и контроллер, несколько факторов, должны быть оценены для определения существенной экономии энергии может быть достигнута. К ним относятся: температура эксплуатации печи, печи размер, расход топлива, общее количество часов, работающих на отрицательное давление, и состояние уплотнения дверей (ы). Печать условие может быть проверена путем проведения дымный тряпку или кусок дерева рядом с печатью и наблюдения любое движение дыма - если печь находится под положительным давлением, дым будет удар от двери печать, а если печи при отрицательном давление, дым будут втянуты в дверном замке.
В высокотемпературных печах, стоимость холодной инфильтрации воздуха в результате отрицательного давления печи (т.е. расходы на тепло воздуха), как правило, выше, чем стоимость горячего газа, выходящего в результате несколько положительных печи давления.
Рекуперации тепла
Для больших печей, рекуператоров рассмотреть для подогрева воздуха для горения и регенеративной горелки. Оба эти модернизации можно сэкономить большое количество энергии. Тем не менее, они также являются дорогими, и требуют тщательной оценки печи эксплуатационные расходы, возраст, продуктивность, точки росы кислоты конденсации, загрязнения и т.д., до установки.
Отходящего тепла может быть использована для подогрева нагрузки печи или воздуха в камеру сгорания, для отопления помещений или для нагревания воды или выработки пара, все из которых могут экономить энергию. В таблице 3 приведены отходов тепла возможности и типичные теплообмена коэффициент, связанный с каждым. Задача состоит в том, чтобы соответствовать выделения тепла отходов, либо существующие или новые нагрузки.
Котлы, как крупных потребителей энергии
Даже небольшой промышленный котел работает 24 / 7 может быть крупным потребителем топлива. Улучшение горючей смеси путем всего лишь на несколько процентных пунктов может дать значительную экономию энергии. Правильная эксплуатация котла держать у камина и водной поверхности чистого также поможет улучшить теплообмен.
Если горелки котла более чем о 10 лет, считают экономические выгоды от модернизации ее новой замены (конверсия) горелки, с учетом часов горелки работы, температура эксплуатации и техническому обслуживанию истории. Экологические проблемы, такие, как сокращение выбросов NO x в соответствии с нормативными требованиями, могут также необходимость модернизации горелки.
При замене горелки, выбрать ту, которая регулирует скорость тепла, чем езда на велосипеде и выключается. Каждый выключения / перезапуска требует чистки котла, который отходов тепла.
Если объект опытом широкие колебания в паре нагрузок. несколько более мелких упакованных котлов может быть более экономически эффективным, чем один большой блок, который, как правило, работают неэффективно при минимальной нагрузке пара в течение многих часов каждый день. С несколькими котлами, один может функционировать в качестве базисной единицы с другими заседании сезонные или другие различные нагрузки требования. Установка меньше упакованные котлы в нескольких местах по всей большое место для размещения завода может свести к минимуму тепла и конденсата, потери, сохраняя трубы бежит к минимуму.
Паровая система трубопроводов
Создание 1 кг пара на 2120F требует 1,1 12 Blu. В случае невозвращения 1 8O0F конденсата в котел отходов HOBtu / lbofsteam.
Правильно изолированных труб позволяет экономить энергию. Один линейных подножия хорошо изолированный 3-дюйма средах. паропровод проведения 350DF пара потеряет 51 БТЕ / ч, тогда же труба, если неизолированные, потерял бы ошеломляющие 1,190 Btu / h.
Паровая утечки также отходы энергии. Например, утечка 100 фунтов на квадратный дюйм пара через 0,5 в. отверстие будет тратить 835 тысяч фунтов пара в месяц.
Лучшие практики для горелки трубопровода
1. Использование черного железа (не оцинкованные) трубы с ковкой железа фитинги для систем сжигания топлива.
2. Установить капельное ноги газопроводов в ловушку грязи и влаги и предотвращения загрязнения регуляторы, клапаны, горелки, ОВОС.
3. Утечка испытаний всех трубопроводов связи с мыльным раствором.
4. Когда давление-тестирование нового оборудования, быть осторожными и не превышать допустимый максимум давления для включены компоненты.
5. Где это возможно, избежать сокращения втулки и улицы эль фитинги (например, 45-град. Или 90-град. Фитингов с резьбой трубы на одном конце и резьбой трубы на других), которые являются более строгими, чем обычные фитинги. Потери давления через гофрированные гибкие соединения труб в такой же степени, как пять раз потеря давления в обычных труб. Следуйте инструкциям производителя при помощи трубопроводов линий, импульсных линий, вентиляционные каналы и т.д.
6. Всегда предоставлять гибкие соединения для горелки и пилот. Не используйте план, так как трубы поддержки. Включить союзов и фланцев для удобного доступа и удаления.
7. Использование качественных против захвата совместного соединения на трубных соединений, которые будут подвержены воздействию повышенных температур. Не используйте паяных соединений в топливной линии.
8. "Центр-кормили многообразий с постоянным диаметром предпочтительнее конце кормили или decreasi нг диаметра конфигураций,
9. Проверить с производителем оборудования о необходимости длины прямой трубе бежит вверх и вниз по течению от регуляторов, клапанов, отверстий и т.д., чтобы обеспечить хороший контроль и точное отслеживание.
10. Если система сгорания будет модулирования, выбрать вентилятор воздуха горения с относительно плоской кривой давление в течение всего рабочего диапазона.
11. Установить фильтр вентилятора входе, чтобы помочь сохранить и воздуха горелки, а также проходов летчик чистой и грязи бесплатно. Фильтр средства массовой информации могут быть одноразовыми или стирка. Вентилятор шума глушителями или комбинированный фильтр / глушители также доступны.
Дополнительная литература
Рид, RJ, "Северо-американскую Справочник горения". Vol. 1 и 2, североамериканские Производство компания (ныне Fives североамериканских горения, Inc), Кливленд, Огайо, <a target="_blank" href="http://www.namfg.com" rel="nofollow"> www.namfg.com </ A> (1997).
БЛАГОДАРНОСТЬ
Автор выражает благодарность Том МакГоуэн, президент TMTS Associates, Inc и Fives североамериканских горения за их вклад в эту статью.
Билл AXON
TMTS Associates, Inc
BILLAXON является консультантом TMTS Associates, Inc (399 павильон ул Атланте, штат Джорджия. 30315, телефон: (404) 627-4722, E: почта: axonw @ BellSouth. Сеть, Интернет-сайт: <A HREF = "HTTP: / / tmtsassociates.home.mindspring.com "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "> http://tmtsassociates.home.mindspring.com </ A>), инженерно-консультационная фирма, специализирующаяся на горение, борьбы с загрязнением воздуха, термодесорбция, обработка и твердых тел. До joiningTMTS три года назад он провел почти 40 лет проработал в Северной Америки и Ко Производство в REW насыщает, где он принимал участие в приложение / процесс пересмотра, разработки системы горения и отбор, контроль поля установки, запуска и оптимизации. Он имеет опыт работы в машиностроении и применения систем сжигания топлива используется природный газ, пропан, всех сортов топлива, а также различных жидких отходов; систем, используемых в сталь, алюминий, нефтехимии, твердые и газообразные сжигания, стекло, воздушного отопления, керамика, котлы, тепловые обогреватели жидкости, пищевые отходы, бумага, медь, а также систем с производительностью от 0,5 мм Btu / ч до 75 мм Btu / ч в горелки с температурой от 60 ° F до 3000 ° F.
Axon присутствовали Пердью университет, Case Western Reserve университет, Каиахога Community College, а в Индиане Унив.-Пердью Univ. Индианаполис (IUPUI) ..
