Комбинирани горелки

• В редица високотемпературни индустриални процеси и приложения в сферата на промишленото отопление се използват комбинирани горелки с цел постигане на достатъчно висока технологична (подгревна) или отоплителна мощност с по-ниски общи разходи
  
  
• Основна характеристика на комбинираните горелки е, че могат да работят с различни газообразни, течни или твърди горивни материали
  
  
• От правилния избор на горелка до голяма степен зависят ефективността, производителността и надеждността на цялата технологична система

Вредица високотемпературни индустриални процеси и приложения в сферата на промишленото отопление се използват комбинирани горелки с цел постигане на достатъчно висока технологична (подгревна) или отоплителна мощност с по-ниски общи разходи и възможност за използване на микс от конвенционални и по-евтини алтернативни горива.

Основна характеристика на комбинираните горелки е, че могат да работят с различни газообразни, течни или твърди горивни материали, включително природен или втечнен газ, нафта, мазут, въглища, пелети, дърва, биомаса и др. Те са подходящи за присъединяване към котелни, пещни и други инсталации и за използване съвместно с водогрейни котли, котли с диатермично масло и други флуидни нагреватели, генератори за горещ въздух, инсинератори и т. н.

Най-съвременните модели на пазара предлагат възможности за дигитално и дистанционно управление на работния процес и автоматично превключване между режимите с отделните горива, като за целта се използват съответните електронни компоненти – контролери с микропроцесорно управление, fieldbus и други типове комуникационни и свързващи модули.

От правилния избор на горелка до голяма степен зависят ефективността, производителността и надеждността на цялата технологична система. Ето защо към селектирането на продукт е добре да се подходи информирано и с внимание към изискванията на конкретното приложение.

Специфики и приложения

Броят на комбинираните горелки, които работят с два или няколко вида гориво, непрекъснато расте в индустриалните високотемпературни и отоплителни инсталации поради голямата гъвкавост и енергийна ефективност, които тези системи предлагат. Като основно гориво обикновено се използва природен газ, а за резерва се осигурява нафта или друга алтернативна суровина, предвидена да гарантира наличието на подгревна или отоплителна мощност в периодите с прекъсване на доставките по газоразпределителната мрежа или при отказ на компонент на газовата горивна система.

Подходящи приложения за комбинираните горелки са както критични технологични инсталации, при които непрекъснатото топлоподаване е ключово, така и обекти, където е необходимо отопление нонстоп. Такива са например обществени сгради като болници, учебни заведения, затвори и др.

В промишлеността класически приложни сценарии за горелките с комбинирани източници са флуидни нагреватели, генератори за горещ въздух, инсинератори, пътностроително оборудване, топилни инсталации в производството на метали, камери за прахово боядисване, въздушни нагреватели, промишлено готварско оборудване, индустриални фурни и сушилни инсталации, пещи за керамика и други материали, инсталации за термообработка на метали, машини за оразмеряване, оборудване за производство на стъкло и стъклени изделия, технологични системи в целулозно-хартиения отрасъл, текстилната промишленост и много други.

Възможност за рентабилно използване на комбинирани горелки предлагат високотемпературни приложения като производството на цимент например, където основна цел на превключването между отделните работни режими е осигуряването на достатъчна технологична мощност и интегрирането в процеса на по-евтино и налично алтернативно гориво, което да понижи общите оперативни разходи. Варианти за такива суровини са пластмаса, стърготини от употребявани гуми или животински храни в произволно високи фракции в допълнение към първични изкопаеми горивни материали като кафяви въглища например.

Във времена на масов отказ от конвенционалните горива оползотворяването на такива евтини източници от нисък клас и в големи количества води до значителни икономии на средства. С цел гарантиране на екологичната пригодност на процесите, разбира се, е необходимо да се предвиди специална система за филтриране на отработените газове от горивния процес.

Съвременните комбинирани горелки са проектирани и оборудвани така, че да осигурят екологосъобразно алтернативно изгаряне на нискокалорични и биогенни горива, например растително масло, с по-ниски общи емисии. Когато суровината е в течно състояние, системата предварително я изпарява в специален изпарителен реактор, преди да постъпи в горивната камера на инсталацията.

Особености на конструкцията и процесите

Комбинираните горелки имат една съществена особеност. Алтернативните горива, които използват, са с разнообразни горивни характеристики (физични, химични свойства и поведение при възпламеняване) и значително се отличават от конвенционалните суровини. Основен фактор за това е най-вече качеството им като горивни материали, което зависи например от размера на частиците, тяхната влажност и други подобни показатели. При по-непопулярни и нискокалорични източници тези параметри често са непостоянни и оказват влияние върху целия горивен процес, причинявайки колебания във времетраенето на горенето, възможностите за пълно изгаряне и изходната мощност на системата.

Когато такива суровини се използват в промишлен мащаб, се осигуряват съвременни системи за мониторинг на процесите на база изображенията от инфрачервени камери. Те прогнозират кривите на изгаряне на съответния материал и извличат необходимите данни за автоматично регулиране на работните параметри така, че да се постигне оптимално оползотворяване на горивото и максимално постоянство при изходната отоплителна или подгревна мощност.

Когато приложението нe позволява допускане на рискове от вариации в производителността и ефективността на комбинираните горелки предвид критичния характер на технологичните процеси, които обезпечават, се залага на “сигурни” висококалорични горива като дизел или мазут, при които горивните характеристики са добре познати, а качеството – стандартно високо.

Инсталацията, поддръжката и експлоатацията на комбинирани горелки, работещи с два или няколко отделни вида гориво, се регулира посредством редица стандарти с международна и национална приложимост. Сред действащите у нас документи са например европейските норми БДС EN 267:2020 – “Горелки с принудително подаване на течно гориво”, БДС EN 676:2020 – “Газови горелки с принудителна циркулация”, както и БДС EN 298:2012 – “Системи за автоматичен контрол на горенето за газови горелки и газови уреди на газообразни или течни горива”.

Комбинираните горелки се подразделят на едно-, дву-, тристепенни и модулиращи системи, като т. нар. прогресивни модели се отличават с прогресивно развитие на пламъка, което повишава енергийната ефективност на инсталацията. Основна характеристика е и топлинният диапазон на изходната мощност в kW.
Съвременните продукти на пазара са проектирани за ниски нива на шум и минимални емисии, като се предпочитат модулните моноблок конструкции, които улесняват инсталацията и поддръжката. При тях не е необходим демонтаж на целия уред при обслужване, тъй като дизайнът позволява отделно изваждане на смесващите и другите технологични модули, а това пести ценно време, усилия и разходи.

Възможности за управление

Модерните модели са осигурени и с множество функции за автоматично управление, отказоустойчивост и безопасност съгласно изискванията, заложени в стандарта БДС EN 298. Иновативни решения в тази посока са ултравиолетовите и инфрачервените сензори, скенери и фотоелектрични клетки, които се интегрират в системата с цел мониторинг на горивния процес.

Модулиращите комбинирани горелки типично са предназначени за промишлени приложения, като гарантират висока ефективност, надеждност и ниски емисии благодарение на оптимална комбинация от горивни източници и методи. В зависимост от дизайна и функциите си индустриалните комбинирани горелки могат да разполагат с газова горивна система, маслена помпа и измервателна станция, както и прахоизмерваща и конвейерна станция. Целият процес по експлоатацията им може да е напълно автоматизиран и електронно управляем в зависимост от натоварването, включително регулирането на оптималното съотношение въздух-гориво.

Регулируемите въздухосмукателни отвори позволяват контрол на дължината и ширината на пламъка в зависимост от качеството на горивния материал и размерите на горивната камера. Системите, които изгарят масла, обикновено са оборудвани със специални станции за предварително подгряване.

Функциите за дигитално и автоматично управление на комбинираните горелки позволяват прецизен контрол на налягането, температурата и количеството въздух, което се подава в системата. За определяне на съотношението между кислорода и горивото се използват ламбда сонди и сензори. Програмируеми логически контролери се грижат за оптималното регулиране на работните параметри спрямо използваното към момента гориво и при превключване, за да се гарантира постоянно висока изходна мощност и максимална ефективност на процеса. Специални системи за превантивна диагностика и прогнозен мониторинг, обработващи данните от различни типове сензори в системата, сигнализират кога горелката е необходимо да бъде почистена, кога даден компонент подлежи на подмяна или кога се налага превключване към алтернативно гориво.