Решения за енергийна ефективност на горелки

ТоплоенергетикаТехнически статииСп. Енерджи ревю - брой 6, 2014

Две са водещите изисквания при избора на горивни съоръжения в бита и индустриите, чиито производства са свързани с протичане на горивни процеси като металургията, топлоснабдяването, химическата промишленост и др.

Първото изискване е свързано с ефективността на работа и налага избора на решения с по-малки топлинни загуби и по-високи мощности, както и с възможности за оползотворяване на енергия.

Вторият критерий при подбора е по-високата екологична съобразност на горивните съоръжения, постигана с технологии за намаляване на отделяните при процеса вредни емисии, съдържани в изходящите димни газове.

Ето защо повишаването на енергийната ефективност при съвременните горелки за промишлена и битова употреба е фокусирано върху постигането на по-висока производителност и топлинна ефективност и по-стриктен контрол на изходящите газове, чрез които се губи отпадна топлина и в които се съдържат вредни за атмосферата въглеродни и азотни окиси, получени при непълното изгаряне на горивото в горивната камера.

Производителите на горивни съоръжения залагат на подобрения в дизайна и все по-иновативни горивни технологии, като предлагат готови системи и решения за надграждане на работещите съоръжения. Стратегии за по-висока ефективност на горивните агрегати са внедряването на горелки с възможности за регенерация на топлина, на нискоемисионни горелки или модернизирането на съществуващи котли с енергийноефективни системи.

Решението дали да се инвестира в ново оборудване или да се подходи към ретрофит на съществуващото до голяма степен зависи от съотношението между вложението и очакваната ефективност, както и от срока и възвръщаемостта на инвестицията.

Модернизиране на съществуващи котли с енергийноефективни горелки

Ефективността на котлите е в пряка зависимост от ефективността на горелките. Система от неподходящо проектиран котел и високоефективна горелка в повечето случаи постига много по-висока производителност от добре проектиран котел, оборудван с горелка с по-ниска ефективност.

Съвременните горелки се проектират така, че да максимизират ефективността на горене, като същевременно минимизират отделянето на вредни емисии. Те механично смесват горивото и въздуха и инжектират сместа в горивната камера, като целта е да се постигне пълно изгаряне и стабилност на горенето при различни темпове на подаване на горивно-въздушна смес.

Различните технологии, достъпни на пазара, се характеризират с различни коефициенти на излишък на въздуха, които изразяват съотношението между съдържанието на гориво, постъпващо в горелката, и постъпващия в системата първичен въздух, както и с различни диапазони на подаване и среден разход на гориво, получен като съотношение на максималния и минималния разход на гориво.

Критерии за избор на система

Една съвременна газова горелка с оптимизирана енергийна ефективност изисква само 2 до 3% излишък на кислород или 10 до 15% излишък на въздух в димния газ, за да постигне изгаряне на горивото без отделяне на въглеродни окиси. Тъй като смесването на молекулите на горивото и на кислорода от въздуха не е идеално, то за пълно изгаряне е необходимо да се достави повече въздух от теоретично изчисления.

Коефициентът на излишък показва колко повече от теоретично изчисленото количество въздух е необходим за пълно изгаряне. Важно е в процеса на горене да не се подава повече въздух от определения с коефициента на излишък, тъй като неизразходваните кислородни молекули, заедно с азотните, отнасят голяма част от топлинната енергия при отделянето им от горивното пространство.

Много от газовите горелки, използвани за модернизиране на съществуващи котли, са със съотношение между максималния и минималния разход на гориво 10:1 или 12:1 без или с пренебрежима минимална загуба в ефективността на изгарянето. Разработват се и модели с коефициенти до 20:1 на масло и 35:1 на газ.

По-високите стойности на този коефициент осигуряват по-прецизен контрол на подаването на горивно-въздушна смес, увеличават износоустойчивостта на бойлера и позволяват по-големи икономии на гориво и по-ефективно изгаряне. Това, от своя страна, е свързано с отделянето на по-малко вредни емисии в димните газове и следователно - по-висока енергийна ефективност и екологосъобразност на котлите, оборудвани с енергийноефективни горелки.

Подобрени горивни технологии

Една енергийноефективна горелка прецизно дозира горивото и въздуха в горивната смес в рамките на целия диапазон на зареждане, без да има нужда от постоянно регулиране. Много от използваните горивни съоръжения с комплексен дизайн и лостов механизъм нямат възможност автоматично да регулират съотношението гориво/въздух в горивната смес. Ето защо те обикновено се настройват така, че да се подава по-голям излишък на въздух, за да се компенсира нестабилността на горенето.

Енергийноефективна алтернатива на дизайните с лостови механизми са модерните горелки, оборудвани със сервомотори с паралелно позициониране, които автономно да контролират количествата гориво и въздух, подавани към горивната камера. Добро решение е и интегрирането на електронни системи за управление, които все по-често се предлагат вградени в съвременните горелки.

Те позволяват лесно управление на системата, настройка на хистеризиса, прецизен контрол от точка до точка и проследимост на производителността. Контролните решения осигуряват безпроблемна работа и повторяемост при приспособяване на горелката към различни темпове на подаване на горивна смес.

Друга технология с висока енергийна ефективност са горелките с междинен вал, които в сравнение с лостовите системи осигуряват много по-ефективен пропорционален контрол на горивната смес. При тях е елиминирана опасността от механично износване или разхлабване на съединенията и фиксиращите болтове, която компрометира прецизното дозиране и съответно - ефективността.

Подмяна на неефективни горелки

В много случаи по-добър и изгоден вариант от ретрофит или подмяна на котела за повишаване на ефективността на една горивна система е модернизирането на горелката. Ротационните нафтови горелки, пригодени за работа с газ, обикновено се оказват неефективни.

Ето защо е добре да се обмисли покупка на нова система, като внимателно се преценят вложенията и възвръщаемостта, както и възможностите за постигане на по-висока ефективност и производителност на горивното съоръжение. Преди закупуването на ново решение е добре да се извърши подготовка на системата в няколко стъпки.

Първо е необходимо котелът да се регулира спрямо оптималните, препоръчани от производителя параметри. След това се провежда серия от тестове за ефективност на изгарянето при различни темпове на подаване на горивна смес и различни пропорции на въздух у гориво.

Накрая получените резултати могат да бъдат сравнени със зададените технически характеристики на новото решение и да се прецени рентабилна ли е покупката му. Едно от все по-предпочитаните решения за повишаване на енергийната ефективност на горивните процеси са регенеративните горелки.

Регенеративни горелки

Регенеративните горелки са базирани на технология за повишаване на ефективността на горене посредством отнемане на топлина от изходящите горещи газове и използването й за повишаване на топлината на въздуха за горене. В базова конфигурация за протичане на процеса на регенерация се използва двойка горелки, чийто работен цикъл включва алтернативно загряване на въздуха за горене и отнемане на топлина от изхвърляните горещи газове, която повторно се утилизира от системата.

Системата има два режима на работа - на горене и на отвеждане на отпадните горещи газове. Двете горелки работят едновременно, но в различни режими. Преди да бъдат изхвърлени в атмосферата, отпадните газове, които обикновено са със сравнително висока температура, преминават през горелката и в последствие през т. нар. акумулираща камера.

Тя е изработена от огнеупорен материал с добри топлообменни свойства, който поглъща и съхранява топлината от изходящите газове и в последствие я използва за загряване на подавания към горелката въздух. Когато температурата в камерата достигне дадена температура, горелките сменят режимите.

По този начин топлината от изхвърляните газове се използва отново в горивния процес. В резултат се отделя по-малко топлина посредством отпадните газове и системата постига по-ниски загуби на енергия.


Top