การเลือกหัวเผาเตาให้ความร้อนอุตสาหกรรม: ประเภท ประสิทธิภาพ และการออกแบบที่มี NOx ต่ำ

พิจารณาร้านตีเหล็กในจีนตะวันออกที่เปลี่ยนเตาให้ความร้อนที่เก่าแล้วด้วยหน่วยนำเข้าที่ถูกที่สุดที่มีอยู่ ภายในสามเดือน ผู้ปฏิบัติงานขูดคาร์บอนออกจากหัวฉีดและชุดอิเล็กโทรดทุกสัปดาห์ เตาต้องใช้เวลาเพิ่มอีกยี่สิบนาทีเพื่อให้ได้อุณหภูมิแช่ และปริมาณการใช้ก๊าซธรรมชาติก็เพิ่มขึ้น 11 เปอร์เซ็นต์ หัวเผาไม่ได้ชำรุด มันเป็นเพียงเตาที่ผิดสำหรับเตานั้น

รูปแบบดังกล่าวเกิดซ้ำในพืชทุกขนาด การเลือกหัวเผาเตาทำความร้อนเป็นการตัดสินใจทางวิศวกรรมกระบวนการ ไม่ใช่การซื้อชิ้นส่วนอะไหล่ หัวเผาจะควบคุมการไหลของเชื้อเพลิง รูปร่างของเปลวไฟ และการกระจายความร้อนภายในเตาเผา และตัวแปรทั้งสามนี้กำหนดเพดานสำหรับคุณภาพของผลิตภัณฑ์และการประหยัดเชื้อเพลิง คู่มือนี้ครอบคลุมถึงวิธีการทำงานของหัวเผาให้ความร้อนทางอุตสาหกรรม วิธีจับคู่หัวเผากับเตาเผา โหมดความล้มเหลวที่กระตุ้นการเรียกใช้บริการส่วนใหญ่ และประสิทธิภาพที่ได้รับจากการออกแบบ NOx ต่ำและเชื้อเพลิงหลายชนิดที่ทันสมัย

เตาทำความร้อนอุตสาหกรรมสำหรับงานโลหะร้อน หัวเผานี้เป็นส่วนหนึ่งของระบบเตาเผาความร้อนแบบสมบูรณ์ที่มีการเผาไหม้แบบ NOx ต่ำและการนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่ ซึ่งสนับสนุนการควบคุมอุณหภูมิที่สม่ำเสมอสำหรับกระบวนการตีขึ้นรูปและการบำบัดความร้อน ดูผลิตภัณฑ์ →

เตาทำความร้อนทำงานอย่างไร

เครื่องทำความร้อนจากเตาเผามีงานสี่อย่าง: สูบน้ำมันเชื้อเพลิง จ่ายอากาศที่เผาไหม้ในอัตราส่วนที่ถูกต้อง จุดไฟที่ส่วนผสม และทำให้เปลวไฟคงที่ตลอดระยะการยิงเต็มระยะ ในหัวเผาแก๊ส เชื้อเพลิงจะเข้าสู่รางแก๊สและผสมกับอากาศภายในตัวหัวเผาหรือที่หน้าเปลวไฟ ในหัวเผาเชื้อเพลิงเหลว เชื้อเพลิงจะต้องถูกทำให้เป็นละอองละเอียดก่อน เพื่อให้แต่ละหยดระเหยและเผาไหม้อย่างรวดเร็ว หัวเผาเชื้อเพลิงแข็งจะลำเลียงถ่านหินที่แหลกลาญหรือชีวมวลไปในกระแสลมและระงับอนุภาคในบริเวณเปลวไฟ

รูปร่างของเปลวไฟมีความสำคัญพอๆ กับอุณหภูมิของเปลวไฟ เปลวไฟสั้นๆ เป็นพวงแผ่ความร้อนไปใกล้ผนัง เปลวไฟขี้เกียจยาวนำพาความร้อนลึกเข้าไปในห้อง หากเปลวไฟกระทบกับประจุ คุณจะพบข้อบกพร่องด้านความร้อนสูงเกินไป ตะกรัน และพื้นผิวเฉพาะจุด หากเปลวไฟยกออกจากเตา คุณจะเกิดการเต้นเป็นจังหวะ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์พุ่งสูงขึ้น และสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิง นั่นคือเหตุผลว่าทำไมหัวเผารุ่นเดียวกันจึงสามารถทำงานได้แตกต่างกันในห้องขนาด 3 เมตรและห้องขนาด 9 เมตร

หัวเผาอุตสาหกรรมสมัยใหม่ยังรวมถึงการควบคุมเปลวไฟ อิเล็กโทรดจุดระเบิด และพัดลมอากาศที่เผาไหม้ และพวกมันเชื่อมต่อกับระบบการจัดการหัวเผา (BMS) สำหรับลำดับการเริ่มต้นและลอจิกการเดินทาง เมื่อหัวเผาเป็นส่วนหนึ่งของสายการผลิตที่ใหญ่ขึ้น การควบคุมเหล่านี้จะมีความสำคัญพอๆ กับการเผาไหม้นั่นเอง

ประเภทของหัวเผาโดยสรุป

ตัวเลือกที่เป็นประโยชน์สำหรับเตาให้ความร้อนมักจะขึ้นอยู่กับแก๊ส เชื้อเพลิงเหลว เชื้อเพลิงแข็ง หรือทั้งสองอย่างหรือมากกว่านั้นรวมกัน แต่ละตระกูลมีฮาร์ดแวร์การจัดการเชื้อเพลิงและคุณลักษณะเปลวไฟที่แตกต่างกัน

หัวเผาแก๊สมีบทบาทสำคัญในการบำบัดความร้อนและการตีขึ้นรูปเนื่องจากการเผาไหม้สะอาดและการพลิกกลับก็เพียงพอ หัวเผาเชื้อเพลิงเหลวจะปรากฏในบริเวณที่การจ่ายก๊าซหยุดชะงัก หรือบริเวณที่พืชซื้อน้ำมันหนักตามราคา หัวเผาเชื้อเพลิงแข็งจำกัดเฉพาะเตาเผาขนาดใหญ่และเครื่องอบแห้งที่มีการเตรียมเชื้อเพลิงอยู่แล้ว หัวเผาเชื้อเพลิงหลายชนิดกำลังกลายเป็นเรื่องปกติในโรงงานที่เปลี่ยนเชื้อเพลิงตามราคาพลังงานหรือความพร้อมจ่ายก๊าซตามสัญญา

เกณฑ์การคัดเลือกที่สำคัญ

เริ่มต้นด้วยกระบวนการ ไม่ใช่เครื่องเขียน บันทึกช่วงอัตราการยิงของเตาเผา รอบการทำงาน (เป็นชุดหรือต่อเนื่อง) เชื้อเพลิงที่มีอยู่ และขีดจำกัดการปล่อยก๊าซในท้องถิ่น จากนั้นประเมินข้อเสนอเครื่องเขียนตามเกณฑ์หกข้อเหล่านี้:

1. ประเภทของเชื้อเพลิงและความทนทานต่อคุณภาพน้ำมันเชื้อเพลิง คุณภาพก๊าซจะแตกต่างกันไปตามองค์ประกอบของท่อ คุณภาพน้ำมันจะแตกต่างกันไปตามกำมะถันและความหนืด หัวเผาที่ทนต่อการเปลี่ยนแปลงของเชื้อเพลิงช่วยประหยัดเวลาหยุดทำงาน
2. อัตราส่วนการเปิดเตียง เตาเผาแบบแบตช์ไม่ได้ใช้งานระหว่างโหลดและต้องเปิดเครื่องอย่างน้อย 10:1 เตาต่อเนื่องสามารถทำงานได้ที่ 4:1 หรือ 5:1
3. เรขาคณิตของเปลวไฟ ความยาวและความกว้างของเปลวไฟจะต้องพอดีกับห้อง เพื่อไม่ให้เปลวไฟขัดหลังคาหรือกระทบกับประจุ
4. การควบคุมอัตราส่วนอากาศ การเชื่อมโยงทางกลนั้นง่ายแต่มีการเบี่ยงเบน การตัดแต่งด้วยออกซิเจนช่วยรักษาจุดที่ตั้งไว้และจ่ายให้กับตัวเองในการประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิง
5. การปฏิบัติตาม NOx และ CO ตรวจสอบว่าใบอนุญาตในท้องถิ่นจำเป็นต้องมีการออกแบบที่มี NOx ต่ำหรือไม่ ไม่ใช่แค่ขีดจำกัดในปัจจุบันเท่านั้น แต่ยังรวมถึงขีดจำกัดในอนาคตด้วย
6. การเข้าถึงบริการและอะไหล่ หัวฉีด อิเล็กโทรด และเครื่องสแกนเปลวไฟเสื่อมสภาพ หากหัวเผาบังคับให้คุณถอดท่ออากาศออกเพื่อเข้าถึง ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาก็จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

การรับอินพุตทั้งหกนี้ตั้งแต่เริ่มต้นมีราคาถูกกว่าการปรับจูนเบิร์นเนอร์ผิดในภายหลัง การติดตั้งระบบความยาวเปลวไฟหรืออัตราส่วนอากาศที่แตกต่างกันมักจะหมายถึงวัสดุทนไฟใหม่ ท่อใหม่ และการหยุดชะงักของกระบวนการหลายสัปดาห์

เหตุใดเครื่องทำความร้อนเตาหลอมจึงล้มเหลวในการให้บริการ

ความล้มเหลวของเตาส่วนใหญ่ไม่ได้เกิดขึ้นอย่างกะทันหัน พวกมันจะค่อยเป็นค่อยไป และพวกมันจะประกาศตัวเองผ่านการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิง เขม่า หรือปัญหาการจุดระเบิดที่เพิ่มขึ้น โหมดความล้มเหลวสามโหมดเป็นสาเหตุของการเรียกใช้บริการส่วนใหญ่

การเปรอะเปื้อนคาร์บอนของหัวฉีดและชุดอิเล็กโทรด นี่คือความล้มเหลวแบบคลาสสิกกับหัวเผาเชื้อเพลิงเหลว มันเกิดขึ้นเมื่อคุณภาพการทำให้เป็นละอองลดลง โดยปกติแล้วเป็นเพราะอุณหภูมิเชื้อเพลิงต่ำเกินไป หัวฉีดมีขนาดใหญ่เกินไปสำหรับอัตราการยิงจริง หรือปริมาณอากาศที่เผาไหม้ลดลง การแก้ไขไม่ใช่การทำความสะอาดบ่อยกว่านี้ เป็นการแก้ไขการตั้งค่าการทำให้เป็นละอองและอากาศ เพื่อให้คาร์บอนหยุดก่อตัว

การจุดระเบิดเป็นระยะ หัวเผาที่ติดไฟหลังจากการเคาะหรือลองซ้ำหลายครั้งเท่านั้น กำลังบอกคุณว่าเซ็นเซอร์เปลวไฟสกปรก ช่องว่างของอิเล็กโทรดลอย หรือหม้อแปลงจุดระเบิดอ่อน การวินิจฉัยเหล่านี้ใช้เวลาห้านาทีด้วยชุดทดสอบที่ถูกต้อง แต่จะมีราคาแพงเมื่อถือว่าเป็นข้อผิดพลาดของหัวเผาและเปลี่ยนทั้งชุด

สนิมและการกัดกร่อนของตัวหัวเผา ความชื้นมักเป็นสาเหตุ: การรั่วไหลจากซีลประตูเตาหลอม การควบแน่นในท่ออากาศที่เผาไหม้ หรือท่อระบายบายพาสในรางเชื้อเพลิง สนิมภายในหัวเผาทำให้ทางเดินอากาศบิดเบี้ยวและเปลี่ยนรูปร่างของเปลวไฟก่อนที่โลหะจะเสียหาย เราจะอธิบายโหมดความล้มเหลวแต่ละโหมดและลำดับการวินิจฉัยอย่างละเอียดในบทความของเราที่ เหตุใดเตาทำความร้อนจึงล้มเหลว .

ประสิทธิภาพ การปล่อยก๊าซเรือนกระจก และการออกแบบที่มี NOx ต่ำ

อากาศส่วนเกินเป็นกลไกที่มีประสิทธิภาพสูงสุดเพียงตัวเดียวสำหรับผู้ปฏิบัติงานเตาเผา ทุกโมเลกุลของอากาศส่วนเกินที่เข้าสู่เตาเผาจะไหลผ่านปล่องที่มีความร้อนไปด้วย ที่อากาศส่วนเกิน 50 เปอร์เซ็นต์ การสูญเสียก๊าซไอเสียจากเตาเผาที่ทำงานที่อุณหภูมิใกล้ 900°C สามารถเพิ่มการสูญเสียอากาศส่วนเกิน 10 เปอร์เซ็นต์ได้ประมาณสองเท่า น้ำหนักถ่วงคือการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์: อากาศน้อยเกินไปทำให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เขม่า และเชื้อเพลิงที่ไม่เผาไหม้ ระยะเวลาการทำงานแคบ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการตัดแต่งออกซิเจนจากก๊าซไอเสียจึงเป็นการอัพเกรดมาตรฐานสำหรับหัวเผาเตาทำความร้อนอุตสาหกรรม แผนประสิทธิภาพที่สมบูรณ์จะต้องรวมการตั้งค่าหัวเผา การควบคุมแรงดันของเตาหลอม และกำหนดเวลาการชาร์จเข้าด้วยกัน และเราได้รวบรวมขั้นตอนการปฏิบัติในเรื่องนี้ คู่มือประสิทธิภาพเตาเผาความร้อน .

NOx เป็นข้อจำกัดที่สอง ในเตาให้ความร้อนทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ NOx ก่อตัวจากไนโตรเจนในอากาศที่เผาไหม้ซึ่งทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิเปลวไฟสูง การตอบสนองการออกแบบทั้งสองแบบคือการจัดเตรียม ซึ่งจะช่วยชะลอส่วนหนึ่งของอากาศที่เผาไหม้เพื่อให้อุณหภูมิเปลวไฟสูงสุดลดลง และการหมุนเวียนของก๊าซไอเสีย ซึ่งจะทำให้เปลวไฟเจือจาง ทั้งลด NOx โดยไม่สูญเสียความร้อน สำหรับโรงงานที่อยู่ภายใต้ขีดจำกัดการปล่อยก๊าซ การเลือกหัวเผาที่มี NOx ต่ำที่ด้านหน้าจะมีราคาถูกกว่าการเพิ่มตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเลือกหรือการลดตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเลือกในภายหลังมาก เนื่องจากอุปกรณ์ต้นน้ำและท่อส่งลมมีขนาดสำหรับเปลวไฟอยู่แล้ว

หัวเผา NOx ต่ำพร้อมระบบหมุนเวียนก๊าซไอเสีย ออกแบบมาเพื่อรักษาระดับการปล่อย NOx ให้ต่ำกว่า 30 มก./ลบ.ม. โดยใช้การเผาไหม้ตามขั้นตอนและ FGR หัวเผานี้เหมาะกับอุตสาหกรรมที่ควบคุมการปล่อยมลพิษ ขณะเดียวกันก็มีประสิทธิภาพสูงและการตรวจสอบ PLC อัจฉริยะ ดูผลิตภัณฑ์ →

จับคู่เครื่องเขียนกับกระบวนการของคุณ

ลักษณะการทำงานของเตาเผาเป็นตัวกำหนดว่าคุณลักษณะของหัวเผาแบบใดที่สำคัญที่สุด

เตาบำบัดความร้อนทำงานเป็นชุดยาวและไม่ได้ใช้งานระหว่างเตาเหล่านั้น พวกเขาต้องการการพลิกกลับในวงกว้าง อุณหภูมิที่สม่ำเสมอสม่ำเสมอ และเปลวไฟที่สะอาดที่ไม่ทำให้เกิดรอยต่องาน หัวเผาเชื้อเพลิงแบบแก๊สที่มีการควบคุมอากาศตามสัดส่วนและเปลวไฟยาวคือคำตอบมาตรฐาน ในทางตรงกันข้าม เตาหลอมจะปล่อยความร้อนจำนวนมากเข้าไปในห้องขนาดเล็ก และต้องใช้เปลวไฟที่มีความเข้มสูงขนาดกะทัดรัดที่ให้ความร้อนได้เร็วโดยไม่กระทบกับแท่งเหล็ก เตาหลอมอะลูมิเนียมต้องการการเผาไหม้ที่ความเร็วต่ำเพื่อจำกัดการเกิดออกซิเดชันของโลหะและการสูญเสียการหลอม

เตาแก๊สเปลวไฟยาวพร้อมหัวฉีดลาวาล เตาแก๊สที่มีหัวฉีด Laval แบบปรับได้และระบบหมุนวนสำหรับการสร้างเปลวไฟกว้าง มุ่งเป้าไปที่การใช้งานเตาเผาแบบหมุนที่ใช้เปลวไฟยาว เช่น การผลิตเหล็กนิกเกิลและแบตเตอรี่ลิเธียม ดูผลิตภัณฑ์ →

ความยืดหยุ่นของเชื้อเพลิงกำลังกลายเป็นข้อกำหนดเชิงพาณิชย์เช่นกัน โรงงานที่เรียกเก็บภาษีก๊าซหยุดชะงักหรือโรงงานที่เข้าถึงก๊าซชีวมวลแบบกักขัง มักจะเลือกใช้หัวเผาแบบใช้เชื้อเพลิงหลายเชื้อเพลิง เพื่อให้สายการผลิตยังคงวิ่งผ่านราคาที่พุ่งสูงขึ้น บริษัทที่ใช้หัวเผาเตาให้ความร้อนแบบมาตรฐานที่ใช้ก๊าซธรรมชาติสามารถเปลี่ยนไปใช้น้ำมันหรือน้ำมันแก๊สผสมที่มีการออกแบบใช้เชื้อเพลิงหลายเชื้อเพลิง เพิ่มความปลอดภัยในการจัดหาโดยไม่ต้องลดระดับเตาเผา

ไม่ว่าคุณจะประเมินกลุ่มผลิตภัณฑ์ใด วิธีการเลือกจะเหมือนกัน: กำหนดรูปทรงของเตาเผา ระยะการยิง เชื้อเพลิง และขีดจำกัดการปล่อยมลพิษก่อน จากนั้นให้วิศวกรรมด้านหัวเผาจับคู่เปลวไฟกับกระบวนการ ใส่อินพุตเหล่านั้นให้ถูกต้องแล้วหัวเผาจากเตาให้ความร้อนจะกลายเป็นเครื่องมือที่เชื่อถือได้ ซึ่งเป็นชนิดที่ถูกละเลยมานานหลายปีเพราะมันไม่เคยทำให้ใครมีเหตุผลที่จะโทรมา