Kada rotacijska peć iznenada izgubi stabilnost plamena, uobičajeni krivac nije sam plamenik, već tekuće gorivo koje ga hrani. Teško loživo ulje koje se nalazi u negrijanom spremniku za skladištenje, dizel s promjenjivim paketom aditiva ili mješavina ulja dobivenih iz otpada s nedosljednom viskoznošću mogu pretvoriti dobro podešen sustav izgaranja u izvor pulsiranja, nakupljanja ugljika i neplaniranih gašenja. Razumijevanje toga kako se industrijski plamenik na tekuće gorivo zapravo nosi s ovim izazovima razlika je između specificiranja dijela opreme i izgradnje pouzdanog sustava izgaranja.
Plamenik na tekuće gorivo u rotacijskoj peći ili peći za grijanje nije jednostavan sklop mlaznice i iskre. To je koordinirani sustav kondicioniranja goriva, atomizacije, oblikovanja plamena i sigurnosne kontrole. Plamenik mora pretvoriti tekućinu koja ne želi čisto izgorjeti u finu prskalicu koja želi. Ovo zahtijeva pažnju na tri čimbenika: viskoznost, kvalitetu atomizacije i miješanje zraka za izgaranje.
Viskoznost je prva prepreka. Lož ulje ne teče kao voda na temperaturi okoline. Dizel br. 2 relativno je lagan, ali teško loživo ulje, zaostalo ulje dobiveno iz sirove nafte i mnoga tekuća goriva dobivena iz otpada dovoljno su gusta da uzrokuju probleme s pumpom i začepljenjem mlaznica. Plamenik mora biti uparen sa sustavom predgrijanja koji dovodi gorivo do temperature pri kojoj njegova viskoznost pada u raspon s kojim atomizer može raditi, obično ispod 20 centistokes za raspršivanje pod pritiskom i ispod 10 centistokes za sifonsko ili raspršivanje s dvije tekućine.
Kvaliteta atomizacije izravno utječe na oblik plamena i učinkovitost izgaranja. Loše raspršena struja goriva proizvodi velike kapljice koje ne izgore u potpunosti prije nego udare u vatrostalnu stijenku. To dovodi do lokalnog pregrijavanja, taloženja ugljika i povećanih emisija ugljičnog monoksida. Raspršivač koji razbija gorivo u finu maglicu, bilo kroz pritisak, komprimirani zrak ili paru, omogućuje da se pare goriva brzo pomiješaju sa zrakom za izgaranje i oslobađaju svoju toplinu u kontroliranom volumenu.
Mnogi industrijski operateri nemaju luksuz sagorijevati jednu dosljednu vrstu goriva tijekom cijele godine. Talionica nikla mogla bi raditi na teško loživo ulje u jednom mjesecu, a sljedeći bi se prebacila na lakše reciklirano otapalo. Peć za cement može su-paliti tekući otpad s ugljenom ili petrol-koksom. Plamenik na tekuće gorivo koji obrađuje samo jednu specifikaciju postaje ograničenje, a ne rješenje.
| Vrsta goriva | Tipična viskoznost na 50°C | Potrebno prethodno zagrijavanje | Tipična primjena |
|---|---|---|---|
| Broj 2 Dizel | 2,0–4,0 cSt | Nema za svjetlo | Pokretanje, lagano industrijsko grijanje |
| Br. 6 Teško loživo ulje | 180–400 cSt | Da, 100-130°C | Rotacijske peći, industrijski kotlovi |
| Tekuće gorivo dobiveno iz otpada | Varijabilna | Da, ovisi o mješavini | Koprocesiranje u pećima za cement i otpad |
| Mješavine sirove/ostatne nafte | 50–300 cSt | Da, postupno predgrijavanje | Peći za taljenje, proizvodnja nikla i cinka |
Potreba za rukovanjem više vrsta goriva bez ponovnog isključivanja plamenika ili mijenjanja mlaznica gurnula je mnoge proizvođače prema dizajnu s više goriva. Dobro dizajnirani plamenik na tekuće gorivo uključuje mjerni ventil sa širokim omjerom smanjenja, izmjenjive vrhove za raspršivanje i sustav goriva koji tolerira varijacije u gustoći i točki paljenja. Ovo nije samo pogodnost; to je zaštita od nestabilnosti opskrbe gorivom i rastućih troškova zbrinjavanja frakcija krekiranih goriva.
Oblik plamena jednako je važan kao i temperatura plamena. U rotacionoj peći, plamen mora osigurati toplinu zračenja sloju materijala bez dodirivanja vatrostalne obloge. Dugi, lijeni plamen može ostaviti nedovoljno zagrijanu zonu sinteriranja, dok kratki, gusti plamen može pregrijati nosni prsten ili stvoriti redukcijske uvjete koji pogoršavaju kvalitetu klinkera ili povrat metala.
Za tekuće gorivo, oblik plamena je kontroliran unutarnjim zračnim registrom plamenika i momentom raspršivača. Podesive lopatice omogućuju operateru promjenu intenziteta vrtloga, što mijenja duljinu i širenje plamena. Plamenik s krutim dizajnom prisiljava inženjera izgaranja da prihvati bilo koji uzorak plamena koji gorivo proizvodi, što često dovodi do kompromisa između kvalitete materijala i vijeka trajanja vatrostalnog materijala. Bolji pristup je plamenik koji omogućuje podešavanje brzine i vrtloga zraka dok peć radi, reagirajući na promjene u brzini punjenja, kvaliteti goriva ili propuhu.
Kod izgaranja tekućih goriva s visokim sadržajem asfaltena ili ostataka teških metala povećava se rizik od nepotpunog izgaranja. Prekratak plamen u zoni miješanja ostavlja neizgorene čestice ugljika koje se talože na lančanim sustavima ili ciklonima predgrijača. Industrijski plamenik na tekuće gorivo stoga treba stvoriti zonu miješanja s velikim zamahom blizu mlaznice, zatim dopustiti da se plamen postupno proširi u šupljinu peći. Ovdje je bitna unutarnja konstrukcija plamenika: metalno tijelo s toplinski stabilnim kamenom i stabilnom točkom pričvršćivanja plamena osigurava da su turbulentni vrtlozi predvidljivi.
Nijedan plamenik nije samodostatan. Hardver mora biti uparen sa sustavom upravljanja izgaranjem koji nadzire prisutnost plamena, tlak goriva, srednji tlak atomizacije i protok zraka za izgaranje. Za tekuća goriva, rizik od nakupljanja neizgorenog goriva u peći nakon gašenja plamena je ozbiljan, tako da sigurnosna logika mora reagirati brže nego za loženje plinom. Moderni sustavi koriste ultraljubičaste ili infracrvene detektore plamena i programibilne logičke kontrolere koji prilagođavaju gorivo i zrak u stvarnom vremenu umjesto da se oslanjaju isključivo na mehaničku vezu.
Jedan aspekt koji se često zanemaruje je sam sustav goriva: filtri, cjedila, zaporni ventili i regulatori tlaka moraju se odabrati za određeno gorivo. Tekuće gorivo bogato ostacima može začepiti standardni filtar plinskog sklopa za nekoliko sati. Rukovatelji koji su kupili plamenik na tekuće gorivo, ali su uštedjeli na uređaju za pripremu goriva, brzo shvate da je plamenik pouzdan onoliko koliko gorivo dopire do njega. To uključuje izbor predgrijača. Električni uronjeni grijači uobičajeni su za male sustave, dok veće peći često koriste parne ili termalno uljne izmjenjivače topline koji pružaju brži odziv i ravnomjerniju kontrolu temperature.
Praktičan zaključak je da plamenik na tekuće gorivo treba ocijeniti kao dio paketa za dovod goriva i kontrolu izgaranja, a ne kao samostalan uređaj. Najnapredniji vrh plamenika ne može nadoknaditi pumpu za gorivo loše veličine ili nedostatak alarma niske temperature na cijevi za gorivo. Nadležni proizvođač će se raspitati o analizi goriva, dostupnim alatima i postojećoj upravljačkoj arhitekturi prije nego što preporuči određeni model.
Većina plamenika na tekuće gorivo koji se prodaju kao "multifuel" zapravo su varijante koje se mogu prilagoditi između dizela i nekoliko srodnih razreda. Ali postoje slučajevi u kojima standardni plamenik neće isporučiti potrebnu učinkovitost. Ovo je osobito istinito za operacije koje spaljuju reciklirana otapala, kontaminirana ulja ili teške ostatke iz petrokemijske industrije. Ova goriva često sadrže krute tvari, vodene emulzije ili reaktivne spojeve koji izazivaju različite kutove atomizacije, drugačiju metalurgiju mlaznica i robusniji sustav detekcije plamena.
Proizvođač s iskustvom u određenoj primjeni donosi vrijednost u ovom trenutku. Na primjer, plamenik dizajniran za peći za proizvodnju litija mora uzeti u obzir finu prašinu koju stvara mineralno punjenje, a koja može ući u prolaz zraka za izgaranje i poremetiti omjer goriva i zraka. S druge strane, peć za taljenje nikla može zahtijevati plamenik koji tolerira reducirajuću atmosferu i prisutnost sumpora u gorivu, što utječe na odabir vatrostalnih materijala u plameniku. Ovi detalji rijetko su vidljivi u brošuri, ali oni određuju hoće li plamenik raditi godinama ili će uzrokovati ponovljene zastoje.
GENERALFLAME-ov industrijski plamenik na tekuće gorivo jedan je od primjera opreme oblikovane takvim terenskim uvjetima. Uključuje postupni dizajn raspršivanja i široki omjer smanjivanja koji podnosi laka i teška tekuća goriva bez potrebe za izmjenom mlaznice između dnevnog rada i vršnog opterećenja. To nije univerzalni uređaj, ali je pokazatelj kako proizvođač koji redovito vidi različite primjene rotacijske peći dolazi do proizvoda koji uravnotežuje fleksibilnost goriva sa stabilnim sidrenjem plamena.
Tekuća goriva će uvijek imati veći intenzitet ugljika od prirodnog plina, ali to ne čini učinkovitost manje važnom. Gubitak topline u peći koja se loži na tekuće gorivo često dolazi iz četiri izvora: višak zraka je previsok, neizgoreno gorivo u prašini, zračenje iz izložene vruće ljuske peći i toplina koju prenosi klinker ili kalcin. Plamenik koji smanjuje višak zraka s 25% na 10% može poboljšati toplinsku učinkovitost za nekoliko postotnih bodova, što se na velikoj rotacijskoj peći prevodi u uštede u milijunima BTU-a po satu.
Kontrola emisija također počinje na plameniku. Rad s niskom razinom NOx za tekuća goriva je izazovniji nego za plin jer dušik vezan za gorivo u mnogim frakcijama ulja doprinosi stvaranju NOx. Plamenik mora usmjeravati zrak za izgaranje tako da primarna zona bogata gorivom smanjuje pretvorbu dušika, zatim uvesti preostali zrak nizvodno. To zahtijeva preciznu kontrolu vrtloga sekundarnog zraka, što je lakše postići u plameniku s podesivim lopaticama nego u konstrukciji s fiksnom geometrijom. Operateri koji se suočavaju sa strožim ekološkim ograničenjima stoga bi se trebali raspitati o dokazanoj sposobnosti plamenika za smanjenje NOx s tekućim gorivom, a ne samo o njegovoj izvedbi na plinu.
Ugljični monoksid je koristan pokazatelj kvalitete izgaranja. Dobro podešen plamenik na tekuće gorivo trebao bi držati CO ispod 50 ppm pri normalnom opterećenju, s jasnom korelacijom između viška kisika i porasta CO. Ako CO raste dok je kisik iznad 3%, kvaliteta raspršivanja vjerojatno pada, bilo zato što je temperatura goriva pala ili se mlaznica istrošila. Ovdje rutinsko održavanje izravno pridonosi neprekidnom radu. Čišćenje vrha raspršivača i provjera temperature predgrijača goriva jednom tjedno učinit će više za pouzdanost nego kupnja skupljeg modela plamenika.
Odabir dobavljača plamenika na tekuće gorivo je odluka koja uključuje više od usporedbe cijena. Kupac bi trebao ispitati kako proizvođač rukuje pratećim sustavima: predgrijanjem goriva, odabirom medija za raspršivanje, integracijom kontrole i podrškom pri puštanju u pogon. Tvrtka koja je isporučila velike sustave izgaranja za inozemne projekte, kao što je sustav teškog ulja koji je isporučio GENERALFLAME, pokazuje da se može nositi s logistikom, nadzorom instalacije i obukom operatera koji su potrebni na projektnom mjestu.
Baza iskustva proizvođača važna je na još jedan način. Ponašanje tekućeg goriva pri gorenju ovisi o promjeru peći, vatrostalnom profilu i vrsti materijala koji se obrađuje. Plamenik koji dobro radi u cementnoj peći može se ponašati nepredvidivo u peći za ekstrakciju litija, gdje endotermne reakcije zahtijevaju duži, mekši plamen. Zatražite studije slučaja iz istog segmenta industrije i usporedite detalje: duljinu plamena pri svakom radnom opterećenju, postignuti prozor viška zraka i stanje vatrostalnog materijala nakon godinu dana. Ovo su brojevi koji predviđaju buduće rezultate.
Na kraju, razmotrite stav proizvođača o alternativnim gorivima. Kako sve više operatera peći traži načine da smanji svoju ovisnost o izvornim fosilnim gorivima, plamenik mora tolerirati tekuće frakcije dobivene iz kemijskih procesa ili obrade otpada. Sve veća dostupnost takvih goriva znači da plamenik kupljen danas ne bi trebao zatvoriti operatera u usku specifikaciju goriva. Probne vožnje s reprezentativnim uzorkom goriva prije kupnje znak su da dobavljač razumije posljedice varijabilnosti goriva.
OEM/ODM proizvođači visokoučinkovite opreme za izgaranje i toplinske opreme
