Niniejsza zakładka opisuje historię, aspekty techniczne i zalety systemów HTB-DL-WG opartych o technologię HiTAC (z ang. High Temperature Air Combustion – spalanie z powietrzem podgrzanym do wysokiej temperatury).

Historia

Palniki HTB (z ang. High Temperature Burners – palniki wysokotemperaturowe) powstały i zostały wprowadzone na rynek podczas wieloletniej współpracy pomiędzy firmą NFK i firmą ICS. W palnikach tych zostały wykorzystane wszystkie główne zalety technologii spalania HiTAC. Rezultatem ewolucji palników HTB stał się specjalnie zaprojektowany niskoemisyjny palnik utylizacyjny HTB-DL-WG (High Temperature Burner for Waste Gases). Palniki te przeznaczone są do spalania gazów o niskiej wartości opałowej oraz do utylizacji gazów odpadowych lub dopalania gazów poprocesowych.

Niskoemisyjne, wysokotemperaturowe palniki HTB-DL-WG

Palniki z serii HTB-DL-WG są wykonywane przy realizacji projektów dotyczących systemów spalania gazów niskokalorycznych, zawilgoconych i o zmiennym składzie i ilości. Palniki te posiadają te same cechy jak typowe palniki HTB do których należą: wbudowana i stopniowana gardziel palnika, wtryskiwanie paliwa bezpośrednio do komory spalania oraz wykorzystanie wstępnie podgrzanego powietrza. Palniki HTB-DL-WG wykorzystują tą samą technologię spalania która jest zastosowana w palnikach regeneracyjnych HRS, jednakże palniki HTB nie są wyposażone w regeneratory. W związku z tym palniki pracują w sposób ciągły i współpracują z centralnym systemem rekuperacji.

Palniki HTB-DL-WG wykorzystując technologię spalania HiTAC są przystosowane do utylizacji (spalania, dopalania) gazów o niskiej wartości opałowej. Palniki te są palnikami wielopaliwowymi, najczęściej dwupaliwowymi (paliwo główne i pomocnicze), wielostopniowymi jednostkami przystosowanymi do pracy zarówno w trybie nisko, jak i wysokotemperaturowym.

Schemat palnika HTB z trybem F1 i F2

W palniku tym, technologia HiTAC jest realizowana w trybie wysokotemperaturowym tak zwanym trybie pracy F2. Tryb niskotemperaturowy (F1) jest wykorzystywany w celu podgrzania komory spalania/pieca do temperatury powyżej punktu samozapłonu paliwa. Po przekroczeniu tego punktu tryb pracy F2 jest włączany i palnik rozpoczyna prace ciągłą w trybie mieszanym (F1 i F2).

Możliwość spalania paliw niskiej jakości

Jedną z zalet palników serii HTB-DL-WG opartych o technologię spalania HiTAC jest zdolność spalania paliw niskiej jakości (takich jak gazy odpadowe, gazy wylotowe, gazy wielkopiecowe, gazy poprocesowe). Wiadomym jest, że w przypadku spalania paliwa, a w szczególności paliw o niskiej jakości istotne są następujące czynniki (zwane z ang. 3xT: temperature, time, turbulance):

• temperatura (temperatura procesowa),
• czas (czas przebywania),
• turbulencje (turbulencje mikro i makro skali włączając wewnętrzną recyrkulację).

Oczywiście istotną rolę odgrywa również dostępność tlenu w odpowiedniej ilości oraz odpowiednim miejscu i czasie w komorze spalania.

Biorąc pod uwagę powyższe wymagania związane z technologią spalania paliw o niskiej wartości opałowej oraz cechy technologii HiTAC, oczywistym jest, że palniki niskoemisyjne HTB-DL-WG są doskonałym rozwiązaniem do spalania paliw niskokalorycznych (paliw trudnych, poprocesowych itp.).

Temperatura procesowa

Technologia HiTAC (wykorzystywana w palnikach HTB-DL-WG) przeznaczona jest do pracy ze względnie wysokimi temperaturami w komorze spalania. Wysoka temperatura procesu spalania jest rezultatem podgrzewu powietrza, wewnętrznej recyrkulacji spalin oraz zastosowania semi-adiabatycznej komory spalania (jest to szczególnie ważne w przypadku spalania paliw o niskiej wartości opałowej). Temperatura procesu utrzymywana jest powyżej punktu samozapłonu paliwa (zgodnie z europejskimi normami powyżej 750^oC), a jednocześnie poniżej temperatury sprzyjającej produkcji związków NO_x (poniżej 1500^oC).

Czas przebywania

Jedną z głównych cech technologii spalania HiTAC jest intensywna, wewnętrzna recyrkulacja, która powoduje zmniejszenie maksymalnej temperatury w przypadku spalania paliw o wysokiej wartości opałowej. Natomiast w przypadku spalania paliw o niskiej wartości opałowej, wewnętrzna recyrkulacja wydłuża czas przebywania cząstek gazu w obszarze płomienia. Wewnętrzna recyrkulacja jest efektem dużej prędkości wtrysku paliwa oraz powietrza do spalania do komory przez oddzielne dysze.

Turbulencje

Duża prędkość wtrysku powietrza do spalania i paliwa powoduje wewnętrzną recyrkulację spalin oraz odpowiedni poziom turbulencji (procesu mieszania).

Proste inżektory

Poza wyżej wymienionymi istotnymi parametrami procesowymi należy dodać, że palniki HTB-DL-WG wyposażone są tylko w proste elementy wtryskujące (lance) i nie posiadają żadnych mechanicznych turbulizatorów, ponieważ do swego działania wykorzystują technologię spalania HiTAC. Brak takich elementów jak na przykład zawirowywacze stanowi ważną zaletę w przypadku spalania paliw zanieczyszczonych pyłem lub zawierających znaczne ilości pyłu i dodatkowo silnie zawilgoconych (brak oklejania elementów stabilizujących co w efekcie może skutkować zatkaniem palnika).

Stabilizacja płomienia

Ostatnia ważna cecha technologii spalania HiTAC związana jest ze stabilizacją płomienia, szczególnie ważna jeżeli chodzi o spalanie paliw o niskiej wartości opałowej. W technologii HiTAC nie występuje stabilizacja płomienia w sensie typowej technologii spalania. Proces spalania odbywa się w całej objętości komory spalania w wymaganej temperaturze powyżej punktu samozapłonu. Proces mieszania jest wymuszany za pomocą dużej prędkości wtrysku powietrza do spalania i paliwa do komory spalania.

Wszystkie wymienione wyżej cechy powodują, że niskoemisyjne palniki wysokotemperaturowe HTB-DL-WG oparte o technologię HiTAC są idealne do spalania paliw o niskiej wartości opałowej (niskokalorycznych) i są one nieczułe na zmiany gazu w szerokim zakresie parametrów takich jak: skład, ciśnienie, temperatura i natężenie przepływu. Ponadto, palniki HTB-WG-DL można wykorzystać w szerokim zakresie zastosowań zarówno w małych (około 1,0 MW), jak dużych jednostkach przemysłowych (około 20 MW).

Czyste spalanie HiTAC

Technologia HiTAC stosowana w niskoemisyjnych palnikach HTB-DL-WG wykorzystuje spalanie objętościowe. Wstępne podgrzanie powietrza do spalania oraz stopniowane wtryskiwanie paliwa, skutkuje stabilizacją procesu spalania oraz jego wysoką jakością, przy minimalnym udziale energii dostarczanej w paliwie pomocniczym.

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

Poprzez odpowiednią prędkość wtrysku oraz odpowiednie rozmieszczenie punktów wtrysku (paliwa i powietrza), następuje intensywne mieszanie gazów znajdujących się w komorze spalania, tworząc w ten sposób specyficzne środowisko o obniżonym stężeniu tlenu.

Technologia spalania HiTAC w praktyce

B: F: A: H: BA: BH: (*):

Spalony Gaz Paliwo Powietrze Wysokopodgrzane powietrze Mieszanina B i A Mieszanina B i H Spalanie

W wyniku intensywnego mieszania i deficytu tlenu w procesie spalania HiTAC, w całej objętości komory spalania występuje tak zwane spalanie objętościowe, którego efektem jest niska emisja NO_x (około 50 ppm).

Sprawność i emisje

W przemyśle, bardzo istotny zagadnieniem jest odpowiedni przebieg procesu spalania dla różnych gazów. Jednym z typowych zastosowań dla wysokotemperaturowych palników HTB-DL-WG jest utylizacja (spalanie, dopalanie) gazów poprocesowych pochodzących z pieców szybowych. Układ spalania w skład, którego wchodzą palniki HTB-DL-WG współpracuje z kotłem parowym charakteryzującym się wyjątkowo wysoką sprawnością cieplną wynoszącą około 82%.

Schemat systemu utylizacji gazów odpadowych (poprocesowych) współpracujących z kotłem parowym – jedno z typowych zastosowań palników HTB-DL-WG

Dzięki kontrolowanemu procesowi spalania emisja zanieczyszczeń jest na bardzo niskim poziomie dla różnych zastosowań systemu. W większości przypadków zauważalne jest znaczące obniżenie emisji związków NO_x. Wydłużeniu ulega również żywotność wyłożenia ogniotrwałego komory spalania, uzyskiwane jest to dzięki lepszej charakterystyce procesu spalania i lepszemu rozkładowi temperatury (brak obszarów o bardzo wysokiej temperaturze).