Технологии энергосбережения

Использование в системах теплоснабжения высокоэффективных и компактных теплообменных аппаратов ТТАИ - Использование рекуперативных и регенеративных горелок в промышленных печах

Использование рекуперативных и регенеративных горелок в промышленных печах

При эксплуатации промышленных печей основной и самой важной проблемой являются потери энергии. При эксплуатации в большинстве работающих печей с уходящими газами теряется более 50 % потенциала тепловой энергии (рабочая температура процесса доходит до 1300 °C и более). Поэтому потенциал энергосбережения в данном случае (высокотемпературное горение) может быть очень большой, а использование этого потенциала сократит издержки промышленных предприятий.

Рекуперативные и регенеративные горелки были разработаны с целью непосредственного использования тепла дымовых газов для подогрева воздуха горения.

Рекуператор представляет собой теплообменник, обеспечивающий подогрев поступающего воздуха горения за счет тепловой энергии отходящих газов. Рекуператор может обеспечить экономию около 30% энергии по сравнению с системой, использующей холодный воздух горения. Однако рекуператор, как правило, неспособен обеспечить подогрев воздуха до температуры, превышающей 550-600 °C. Рекуперативные горелки могут использоваться при высокой рабочей температуре технологического процесса (700-1100 °C).

Регенеративные горелки устанавливаются парами и работают по принципу краткосрочной аккумуляции энергии дымовых газов в керамических регенераторах тепла (рис. 1). Такие горелки позволяют утилизировать 85-90% тепла отходящих газов печи, обеспечивая подогрев до очень высоких температур, которые могут достигать величины поступающего воздуха горения всего на 100-150°C меньше, чем рабочая температура печи. Горелки подобного типа могут использоваться в диапазоне рабочих температур 800-1500 °C. При этом потребление топлива может быть снижено на величину до 60%.

clip_image004

Рис. 1. Принцип работы регенеративных горелок.

Рекуперативные горелки позволяют сократить затраты на строительство печи, снизить удельный расход природного газа, уменьшить текущие затраты при эксплуатации печи.

Рекуперативные горелки имеют высокоэффективный теплообменник - рекуператор из металла или керамики, в котором воздух, идущий на горение, нагревается до 750 °С. Коэффициент использования топлива достигает 85%.

Важным ограничением для современных технологий рекуперативных/регенеративных горелок является противоречие между требованиями энергоэффективности и сокращения выбросов. Объемы образования NOx при использовании топлив, не содержащих азота, зависят, главным образом, от температуры сжигания, концентрации кислорода, а также времени пребывания газов в зоне горения. При сжигании в традиционном пламени результатом подогрева воздуха до значительных температур является высокая пиковая температура пламени, которая, в сочетании со значительным временем пребывания, приводит к существенному увеличению интенсивности образования NOx.

В промышленных печах использование высокоэффективных регенеративных горелок может обеспечить температуру воздуха горения, достигающую 800-1350 oC. Современные горелки подобного типа с высокой частотой переключения позволяют добиться утилизации 90%.