Teollisuuden nestemäisen polttoaineen polttimen opas: viskositeetti, päästöt ja luotettavuus

Kun kiertouuni yhtäkkiä menettää liekin vakauden, ei tavallinen syyllinen ole itse poltin, vaan sitä syöttävä nestemäinen polttoaine. Raskas polttoöljy, joka istuu lämmittämättömässä varastosäiliössä, diesel, jossa on vaihtuva lisäainepaketti, tai sekoitus jäteöljyjä, joiden viskositeetti on epätasainen, voivat kaikki muuttaa hyvin viritetyn polttojärjestelmän pulsaation, hiilen kertymisen ja suunnittelemattomien seisokkien lähteeksi. Sen ymmärtäminen, kuinka teollinen nestemäisen polttoaineen poltin itse asiassa käsittelee näitä haasteita, on ero laitteen määrittelyn ja luotettavan polttojärjestelmän rakentamisen välillä.

Mitä teollisen nestemäisen polttoaineen polttimen täytyy käsitellä

Nestemäisen polttoaineen poltin pyörivässä uunissa tai lämmitysuunissa ei ole yksinkertainen suutin-kipinäkokoonpano. Se on koordinoitu järjestelmä polttoaineen käsittelyyn, sumutukseen, liekin muotoiluun ja turvallisuuden valvontaan. Polttimen tulee muuttaa neste, joka ei halua palaa puhtaasti, hienoksi suihkeeksi, joka palaa. Tämä vaatii huomiota kolmeen tekijään: viskositeettiin, sumutuksen laatuun ja palamisilman sekoitukseen.

Viskositeetti on ensimmäinen este. Polttoöljy ei virtaa kuin vesi ympäristön lämpötilassa. Diesel nro 2 on suhteellisen kevyttä, mutta raskas polttoöljy, raakaöljystä saatu jäännösöljy ja monet jätteestä johdetut nestemäiset polttoaineet ovat riittävän paksuja aiheuttamaan pumpun kamppailun ja suuttimen tukkeutumisen. Polttimeen on liitettävä esilämmitysjärjestelmä, joka nostaa polttoaineen lämpötilaan, jossa sen viskositeetti putoaa alueelle, jolla sumutin voi toimia, tyypillisesti alle 20 senttistokea painesumutuksessa ja alle 10 senttistokia sifonissa tai kahden nesteen sumutuksessa.

Sumutuksen laatu vaikuttaa suoraan liekin muotoon ja palamistehokkuuteen. Huonosti sumutettu polttoainevirta tuottaa suuria pisaroita, jotka eivät pala kokonaan ennen kuin ne osuvat tulenkestävään seinämään. Tämä johtaa paikalliseen ylikuumenemiseen, hiilen laskeutumiseen ja lisääntyneisiin hiilimonoksidipäästöihin. Sumutin, joka hajottaa polttoaineen hienoksi sumuksi joko paineen, paineilman tai höyryn avulla, mahdollistaa polttoainehöyryn sekoittumisen palamisilmaan nopeasti ja vapauttaa lämpöään säädetyssä tilavuudessa.

Polttoaineen joustavuus on käytännön vaatimus

Monilla teollisuuden toimijoilla ei ole ylellisyyttä polttaa yhtä tasalaatuista polttoainetta ympäri vuoden. Nikkelisulatto saattaa toimia raskaalla polttoöljyllä yhdessä kuukaudessa ja siirtyä käyttämään kevyempää kierrätysliuotinta seuraavassa kuukaudessa. Sementtiuunissa voidaan polttaa nestemäistä jätettä yhdessä hiilen tai petkoksin kanssa. Nestemäisen polttoaineen polttimesta, joka käsittelee vain yhtä eritelmää, tulee rajoitus, ei ratkaisu.

Tarve käsitellä useita polttoainetyyppejä ilman polttimen uudelleen sulkemista tai suuttimien vaihtamista on ajanut monet valmistajat kohti monipolttoainemalleja. Hyvin suunniteltu nestemäisen polttoaineen poltin sisältää annostusventtiilin, jossa on laaja kiertosuhde, vaihdettavat sumutuskärjet ja polttoainesarja, joka sietää tiheyden ja leimahduspisteen vaihtelua. Tämä ei ole vain mukavuutta; se on suoja polttoaineen epävakautta ja krakatun polttoainefraktioiden nousevia hävityskustannuksia vastaan.

Liekin muotoilu ja tulenkestävä suoja

Liekin muoto on yhtä tärkeä kuin liekin lämpötila. Pyörivässä uunissa liekin tulee tuottaa säteilylämpöä materiaalipetiin osumatta tulenkestävään vuoraukseen. Pitkä, laiska liekki voi jättää sintrausvyöhykkeen alikuumennetuksi, kun taas lyhyt, tuuhea liekki voi ylikuumentaa nenärenkaan tai luoda alentavat olosuhteet, jotka heikentävät klinkkerin laatua tai metallin talteenottoa.

Nestemäisessä polttoaineessa liekin muotoa ohjaavat polttimen sisäinen ilmarekisteri ja sumutusväliaineen liikemäärä. Säädettävien siipien avulla käyttäjä voi muuttaa pyörteen voimakkuutta, mikä muuttaa liekin pituutta ja leviämistä. Jäykkä rakenne pakottaa polttoinsinöörin hyväksymään polttoaineen tuottaman liekin minkä tahansa liekin, mikä usein johtaa kompromissiin materiaalin laadun ja tulenkestävän keston välillä. Parempi lähestymistapa on poltin, joka mahdollistaa ilman nopeuden ja pyörteen säätämisen uunin ollessa toiminnassa, mikä vastaa syöttönopeuden, polttoaineen laadun tai vedon muutoksiin.

Poltettaessa nestemäisiä polttoaineita, joissa on korkea asfalteenipitoisuus tai raskasmetallijäämiä, epätäydellisen palamisen riski kasvaa. Liian lyhyt liekki sekoitusvyöhykkeellä jättää palamattomia hiilihiukkasia, jotka kerääntyvät ketjujärjestelmiin tai esilämmitinsykloneihin. Teollisen nestemäisen polttoaineen polttimen on siksi luotava suuritehoinen sekoitusvyöhyke suuttimen lähelle ja annettava sitten liekin laajentua vähitellen uunin onteloon. Tässä polttimen sisäisellä rakenteella on merkitystä: metallirunko, jossa on lämpöstabiili kvartsi ja vakaa liekin kiinnityskohta, takaavat, että pyörteet ovat ennakoitavissa.

Palamisen valvonta, turvallisuus ja laitteiston rajat

Mikään poltin ei ole omavarainen. Laitteistot on yhdistettävä palamisen hallintajärjestelmään, joka valvoo liekin läsnäoloa, polttoaineen painetta, sumutusaineen painetta ja palamisilman virtausta. Nestemäisten polttoaineiden kohdalla liekin sammutuksen jälkeen uuniin kertyvän palamattoman polttoaineen riski on vakava, joten turvallisuuslogiikka on reagoitava nopeammin kuin kaasupoltto. Nykyaikaisissa järjestelmissä käytetään ultravioletti- tai infrapuna-liekkiilmaisimia ja ohjelmoitavia logiikkaohjaimia, jotka säätävät polttoainetta ja ilmaa reaaliajassa sen sijaan, että luottaisivat pelkästään mekaaniseen kytkentään.

Yksi usein huomiotta jäävä näkökohta on itse polttoainesarja: suodattimet, siivilät, sulkuventtiilit ja paineensäätimet on valittava tietylle polttoaineelle. Runsaasti jäämiä sisältävä nestemäinen polttoaine voi tukkia tavallisen kaasujunan suodattimen muutamassa tunnissa. Nestemäisen polttoaineen polttimen ostaneet, mutta polttoaineen valmistelussa säästellyt kuljettajat oppivat nopeasti, että poltin on vain niin luotettava kuin sen saavuttava polttoaine. Tämä sisältää esilämmittimen valinnan. Sähkövastukset ovat yleisiä pienissä järjestelmissä, kun taas suuremmissa uuneissa käytetään usein höyry- tai lämpööljylämmönvaihtimia, jotka tarjoavat nopeamman vasteen ja tasaisemman lämpötilan hallinnan.

Käytännön pohjimmiltaan on, että nestemäisen polttoaineen poltin tulee arvioida osana polttoaineen toimitus- ja palamisohjauspakettia, ei itsenäisenä laitteena. Edistyksellisin polttimen kärki ei pysty kompensoimaan huonon kokoista polttoainepumppua tai puuttuvaa alhaisen lämpötilan hälytystä polttoaineletkusta. Pätevä valmistaja kysyy polttoaineanalyysistä, käytettävissä olevista apuohjelmista ja olemassa olevasta ohjausarkkitehtuurista ennen kuin suosittelee tiettyä mallia.

Kun tavallinen poltin ei riitä

Useimmat "monipolttoaineina" myytävät nestemäisen polttoaineen polttimet ovat todellakin vaihtoehtoja, joita voidaan säätää dieselin ja muutamien vastaavien laatujen välillä. Mutta on tapauksia, joissa tavallinen poltin ei tuota vaadittua suorituskykyä. Tämä pätee erityisesti toimiin, joissa poltetaan kierrätettyjä liuottimia, saastuneita öljyjä tai petrokemian teollisuuden raskaita jäämiä. Nämä polttoaineet sisältävät usein kiinteitä aineita, vesiemulsioita tai reaktiivisia yhdisteitä, jotka pakottavat erilaisia ​​sumutuskulmia, erilaista suutinmetallurgiaa ja vankemman liekinilmaisujärjestelmän.

Valmistaja, jolla on sovelluskohtaista kokemusta, tuo arvoa tässä vaiheessa. Esimerkiksi litiumintuottajauuneihin suunnitellun polttimen tulee ottaa huomioon mineraalisyötön syntyvä hieno pöly, joka voi päästä palamisilmakanavaan ja häiritä polttoaine-ilma-suhdetta. Nikkelisulatusuuni puolestaan ​​voi vaatia polttimen, joka sietää pelkistävän ilmakehän ja rikin läsnäolon polttoaineessa, mikä vaikuttaa tulenkestävän materiaalin valintaan polttimen kvartissa. Nämä tiedot näkyvät harvoin esitteessä, mutta ne määräävät, toimiiko poltin vuosia vai aiheuttaako se toistuvia seisokkeja.

GENERALFLAME:n teollinen nestemäisen polttoaineen poltin on yksi esimerkki tällaisten kenttäolosuhteiden muovaamasta laitteesta. Se sisältää vaiheittaisen sumutussuunnittelun ja laajan alasajosuhteen, joka käsittelee sekä kevyitä että raskaita nestemäisiä polttoaineita ilman, että suutinta on vaihdettava päivittäisen käytön ja huippukuormituksen välillä. Se ei ole universaali laite, mutta se on osoitus siitä, kuinka valmistaja, joka näkee säännöllisesti erilaisia ​​​​kiertouunisovelluksia, saavuttaa tuotteen, joka tasapainottaa polttoainejoustavuuden ja vakaan liekin ankkuroinnin.

Lämpötehokkuuden parantaminen ja päästöjen vähentäminen

Nestemäisten polttoaineiden hiili-intensiteetti on aina korkeampi kuin maakaasun, mutta se ei vähennä tehokkuutta. Nestemäisellä polttoaineella lämmitetyssä uunissa lämpöhäviö tulee usein neljästä lähteestä: liian korkeasta ilmasta, pölyssä olevasta palamattomasta polttoaineesta, paljaan kuuman uunin vaipan säteilystä ja klinkkerillä tai kalsiinilla kulkevasta lämmöstä. Poltin, joka vähentää ylimääräistä ilmaa 25 %:sta 10 %:iin, voi parantaa lämpötehokkuutta useilla prosenttiyksiköillä, mikä suuressa pyörivässä uunissa tarkoittaa miljoonia BTU:ta säästettyä tunnissa.

Päästöjen hallinta alkaa myös polttimesta. Matala NOx -käyttö nestemäisille polttoaineille on haastavampaa kuin kaasulle, koska polttoaineeseen sitoutunut typpi monissa öljyjakeissa edistää NOx:n muodostumista. Polttimen tulee ohjata palamisilma siten, että polttoainerikas primäärivyöhyke vähentää typen konversiota, ja syöttää sitten jäljelle jäänyt ilma. Tämä edellyttää toisioilman pyörteen tarkkaa hallintaa, mikä on helpompi saavuttaa säädettävillä siiveillä varustetussa polttimessa kuin kiinteän geometrian mallissa. Tiukempia ympäristörajoja kohtaavien käyttäjien tulee siksi kysyä polttimen todistetusta NOx-vähennyskyvystä nestemäisellä polttoaineella, ei vain sen toimivuudesta kaasulla.

Hiilimonoksidi on hyödyllinen palamisen laadun indikaattori. Hyvin viritetyn nestemäisen polttoaineen polttimen pitäisi pitää CO:n alle 50 ppm normaalilla kuormituksella, ja ylimääräisen hapen ja hiilimonoksidin nousun välillä on selvä korrelaatio. Jos CO nousee happipitoisuuden ollessa yli 3 %, sumutuksen laatu todennäköisesti heikkenee joko polttoaineen lämpötilan putoamisen tai suuttimen kulumisen vuoksi. Tässä rutiinihuolto tulee suoraan vaikuttamaan käytettävyyteen. Sumuttimen kärjen puhdistaminen ja polttoaineen esilämmittimen lämpötilan viikoittainen tarkistaminen lisää luotettavuutta kuin kalliimman poltinmallin ostaminen.

Valmistajan tulosten arviointi

Nestemäisen polttoaineen polttimen toimittajan valinta on päätös, joka sisältää muutakin kuin hintojen vertailua. Ostajan tulee tutkia, miten valmistaja käsittelee tukijärjestelmiä: polttoaineen esilämmitys, sumutusväliaineen valinta, ohjauksen integrointi ja käyttöönottotuki. Yritys, joka on toimittanut suuria polttojärjestelmiä ulkomaisiin projekteihin, kuten GENERALFLAME:n toimittamaa raskasöljyjärjestelmää, osoittaa pystyvänsä hoitamaan projektityömaan tarvitseman logistiikan, asennuksen valvonnan ja operaattorikoulutuksen.

Valmistajan kokemuspohjalla on toisella tavalla merkitystä. Nestemäisen polttoaineen palamiskäyttäytyminen on herkkä uunin halkaisijalle, tulenkestävälle profiilille ja käsiteltävän materiaalin tyypille. Sementtiuunissa hyvin toimiva poltin voi käyttäytyä arvaamattomasti litiumuuttouunissa, jossa endotermiset reaktiot vaativat pidemmän, pehmeämmän liekin. Pyydä tapaustutkimuksia samalta toimialalta ja vertaa yksityiskohtia: liekin pituus jokaisella käyttökuormalla, saavutettu ylimääräinen ilmaikkuna ja tulenkestävän aineen kunto vuoden kuluttua. Nämä ovat lukuja, jotka ennustavat tulevaa suorituskykyä.

Lopuksi harkitse valmistajan kantaa vaihtoehtoisiin polttoaineisiin. Kun yhä useammat uuninkäyttäjät etsivät tapoja vähentää riippuvuuttaan uusista fossiilisista polttoaineista, polttimen on siedettävä kemiallisista prosesseista tai jätteenkäsittelystä talteen otettuja nestemäisiä jakeita. Tällaisten polttoaineiden kasvava saatavuus tarkoittaa, että tänään ostetun polttimen ei pitäisi lukita käyttäjää kapeaan polttoainespesifikaatioon. Koeajot edustavalla polttoainenäytteellä ennen ostoa ovat merkki siitä, että toimittaja ymmärtää polttoaineen vaihtelun seuraukset.