Technologia spalania objętościowego HiTAC (ang. High Temperature Air Combustion – spalanie z powietrzem podgrzanym do wysokiej temperatury) jest pewną i sprawdzoną w przemyśle metodą pozwalającą na redukcję emisji, polepszającą proces spalania, wyrównującą pole temperatur i zwiększającą transfer energii w wysokotemperaturowych zastosowaniach (aplikacjach) o dużej intensywności wymiany energii.

Podstawy spalania objętościowego HiTAC

Główną cechą technologii spalania HiTAC jest rozprzestrzenianie się procesu spalania w dużej objętości (zwykle prawie całkowita objętość pieca) i prowadzenie procesu spalania przy niskim udziale tlenu. Dlatego też technologia HiTAC często nazywana jest jako „spalanie objętościowe” (ang. volumetric combustion) lub „spalanie bezpłomieniowe” (ang. flameless combustion).

Takie warunki oraz wysoka temperatura procesu spalania prowadzi do bardzo jednorodnej temperatury oraz jednorodnego strumienia cieplnego zapobiegając pikom temperatury i redukując emisję NO_x.

Niska emisja NO_x

Tlenki azotu powszechnie nazywane związkami NO_x są grupą reaktywnych związków chemicznych odpowiedzialnych za szereg niepożądanych efektów środowiskowych oraz mających wpływ na ludzkie zdrowie. Tworzenie NO_x w przemysłowych procesach spalania jest niepożądane i podejmowane są wysiłki w celu ich zredukowania. Głównym mechanizmem tworzenia związków NO_x w wysokiej temperaturze jest proces zwany „termicznym tworzeniem NO_x”, podczas którego związki azotu są formowane w wyniku utleniania w wysokiej temperaturze dwuatomowych cząsteczek azotu obecnych w powietrzu do spalania. Ponieważ piki temperatur (ang. “hotspots”) są tworzone w płomieniu, który jest o wiele bardziej gorący niż temperatura pieca, konwencjonalne palniki nie dają możliwości znaczącego zredukowania emisji związków NO_x, natomiast jest to doskonale realizowane poprzez zastosowanie technologii spalania HiTAC, wykorzystywanej w niskoemisyjnych palnikach HRS (palniki regeneracyjne) i niskoemisyjnych palnikach HTB.

Duża prędkość wtryskiwania powietrza i paliwa skutkuje intensywnym mieszaniem

Podstawy technologii spalania HiTAC wymagają, aby paliwo i podgrzane powietrze do spalania było wtryskiwane z dużymi prędkościami bezpośrednio do komory spalania. Rozmieszczenie punktów wtryskiwania jest kluczowym czynnikiem, gardziel palnika i dysze paliwowe są umieszczone w wykonanej na zamówienie kostce palnikowej.

Poprzez odpowiednią prędkość wtryskiwania oraz rozmieszczenia punktów wtrysku (paliwa i powietrza) następuje intensywne mieszanie gazów zawartych w komorze spalania tworząc w ten sposób specyficzne środowisko o obniżonym stężeniu tlenu.

Technologia spalania HiTAC w praktyce

B: F: H: BF: BH:

spaliny paliwo wysokopodgrzane powietrze mieszanina B i F mieszanina B i H

Takie ubogie w tlen środowisko w komorze spalania powoduje propagację płomienia. Płomień HiTAC jest płomieniem „rozmytym”, płomieniem jaskrawym wypełniającym równomiernie przestrzeń komory, dlatego też często technologia HiTAC nazywana jest także „spalaniem objętościowym”. Ponieważ konwencjonalny skoncentrowany płomień nie jest tu zauważalny, metoda HiTAC nazywana jest czasami „bezpłomieniową”.

Porównanie procesu spalania w odniesieniu do poziomu temperatury i stężenia tlenu

Wyrównany rozkład temperatur

Środowisko ubogie w tlen powoduje, że płomień rozprzestrzenia się w całej komorze spalania, a mieszanina powietrze/paliwo jest spalana mniej intensywnie. Dlatego też technologia HiTAC jest nazywana również „miękkim spalaniem” zapewniającym wyrównane pole temperatur i gęstości strumienia ciepła oraz niespotykaną stabilność procesu. Dodatkowym efektem jest zwiększona trwałość wyłożenia ogniotrwałego pieca i palników skutkująca niższymi kosztami eksploatacji, dłuższymi okresami pomiędzy kolejnymi pracami konserwacyjnymi i bardziej przewidywalnym zużyciem wyłożenia ogniotrwałego urządzenia.

Praktyczne zastosowanie

Równomierna dystrybucja temperatury w komorze spalania

Duże prędkości wtrysku, intensywne mieszanie i spalanie objętościowe tworzą równomierne pole temperatur wewnątrz komory bez lokalnych pików temperatury.

Wyższy i bardziej jednorodny strumień ciepła

Jednorodne pole temperatur w piecu jest połączone z jednorodnym wydzielaniem energii w przestrzeni spalania. Zapewnia to bardziej wyrównany, jednorodny i większy strumień ciepła przekazywany do grzanego materiału.

Dłuższa żywotność wymurówki

Równomierny rozkład profilu temperatury oraz niższa średnia temperatura strefy minimalizuje naprężenia termiczne oraz termiczne obciążenie komory spalania jak i wyłożenia ogniotrwałego palników. Proces zużywania się wymurówki jest wolniejszy i łagodniejszy. Skutkuje to mniejszą ilością postoi konserwacyjnych, które stają się jednocześnie bardziej przewidywalne.

Zmniejszone zapotrzebowanie paliwa

Ogólne obniżenie średniej temperatury w strefie poprzez zmniejszenie pików temperatury pozwala na równomierne ogrzewanie wsadu i obniżenie zużycia paliwa w porównaniu z konwencjonalnymi palnikami.

Produkt wyższej jakości

Jednorodny profil temperatury jest efektem jednorodnego rozprowadzania energii w objętości komory spalania. W takich warunkach duży strumień ciepła jest doprowadzany równomiernie do grzanego wsadu.

Zmniejszone koszty użytkowania

Wszystkie powyższe aspekty – jednorodny rozkład temperatury, większy strumień ciepła, niższe średnie temperatury strefy, dłuższa żywotność wyłożenia ogniotrwałego, zmniejszone zapotrzebowanie paliwa oraz wyższa jakość produktu końcowego wpływa na obniżenie całkowitych kosztów działania i utrzymania instalacji.

Jednorodny skład atmosfery pieca

Intensywne wewnętrzne mieszanie i rozszerzony objętościowy płomień eliminuje utlenianie wsadu i zmniejszanie pików temperatury wewnątrz komory spalania.

Możliwość wykorzystania różnych typów paliw

Technologia spalania HiTAC może być wykorzystana do spalania wodoru, węglowodorów i biomasy. Ponadto, technologia pozwala spalać różne gazy poprocesowe i niskokaloryczne gazy odpadowe. Najczęściej używanymi paliwami są paliwa gazowe, niemniej znane są również wdrożenia technologii HiTAC na paliwa płynne, stałe i pyłowe.

Technologia HiTAC znakomicie nadaje się do spalania paliw zawierających duże ilości cząstek stałych oraz o dużej zawartości wilgoci. Technologia ta nadaje się także doskonale do spalania paliw charakteryzujących się niską i zmienną wartością opałową.

Przy spalaniu paliw o dużym zanieczyszczeniu cząstkami stałymi, dużej wilgotności oraz zmienności wartości opałowej technologia HiTAC oferuje doskonały, stabilny i wysokiej jakości proces spalania oraz niską emisję związków toksycznych w spalinach (zwłaszcza niską emisję NO_x).

Wielopaliwowe możliwości

Technologia HiTAC umożliwia wykorzystanie wielu typów paliw w systemach spalania i pojedynczych palnikach. Podczas gdy typowy palnik przemysłowy oparty o technologię HiTAC pracuje z pojedynczym typem paliwa gazowego, to możliwe jest zaprojektowanie palnika pracującego z wieloma różnymi paliwami gazowymi, płynnymi, stałymi (w tym w formie pyłu).

Ultra niskie emisje NO_x

Technologia spalania objetościowego HiTAC jest prostą drogą do uzyskania niskich emisji w standardowych i wymagających warunkach przemysłu ciężkiego. Liczne zastosowania dowiodły, że technologia czystych emisji jest w zasięgu ręki, jest prosta do zastosowania i użytkowania oraz opłacalna, zarówno w fazie wdrażania, jak również w fazie eksploatacji.