中国東部の鍛造工場が、老朽化した加熱炉バーナーを入手可能な最も安価な輸入ユニットに交換したと考えてみましょう。 3 か月以内に、オペレーターはノズルと電極アセンブリから炭素を毎週削り取り、炉が浸漬温度に達するまでにさらに 20 分を要し、天然ガスの消費量は 11% 増加しました。バーナーは故障していませんでした。それは単純にその炉には間違ったバーナーでした。
このパターンはあらゆるサイズの植物で繰り返されます。加熱炉バーナーの選択は、スペアパーツの購入ではなく、プロセスエンジニアリングによる決定です。バーナーは燃料の流れ、炎の形状、炉内の熱分布を制御し、これら 3 つの変数が製品の品質と燃費の上限を設定します。このガイドでは、工業用加熱炉バーナーの仕組み、炉にバーナーを適合させる方法、ほとんどのサービスコールの原因となる故障モード、最新の低 NOx および多燃料設計から得られる効率の向上について説明します。
金属熱間加工用工業用加熱炉バーナー このバーナーは、低 NOx 燃焼と廃熱回収を備えた完全な加熱炉システムの一部であり、鍛造および熱処理プロセスの均一な温度制御をサポートします。 製品を見る→ 加熱炉バーナーには 4 つの仕事があります。燃料を計量し、適切な比率で燃焼用空気を供給し、混合物に点火し、全燃焼範囲にわたって火炎を安定させます。ガスバーナーでは、燃料がガストレインを通って入り、バーナー本体内または火炎面で空気と混合します。液体燃料バーナーでは、各液滴が急速に蒸発して燃焼するように、最初に燃料を細かい液滴に噴霧する必要があります。固体燃料バーナーは、微粉炭またはバイオマスを空気流に乗せて運び、火炎ゾーンに粒子を浮遊させます。
炎の形状は炎の温度と同じくらい重要です。短くてふさふさした炎が壁の近くで熱を放射します。長く怠惰な炎が熱を部屋の奥まで運びます。火炎が装薬に衝突すると、局所的な過熱、スケール、表面欠陥が発生します。炎がバーナーから離れると、脈動が発生し、CO スパイクが発生し、燃料が無駄になります。同じバーナーモデルでも、3 メートルのチャンバーと 9 メートルのチャンバーでは異なる性能を発揮できるのはこのためです。
最新の工業用バーナーには、火炎監視、点火電極、燃焼用空気ファンも含まれており、起動シーケンスとトリップ ロジックのためにバーナー管理システム (BMS) と接続されています。バーナーがより大きなプロセスラインの一部である場合、これらの制御は燃焼自体と同じくらい重要になります。
加熱炉の実際的な選択は、通常、ガス、液体燃料、固体燃料、または 2 つ以上の組み合わせになります。各ファミリーには、異なる燃料処理ハードウェアと炎の特性があります。
| バーナーの種類 | 燃料 | 典型的な義務 | 主な利点 | 主な制限事項 |
|---|---|---|---|---|
| ガス燃料バーナー | 天然ガス、LPG、合成ガス | 熱処理、鍛造、焼鈍 | きれいな炎、広いターンダウン | 信頼性の高いガス供給が必要 |
| 液体燃料バーナー | 軽油、重油、廃油 | 遠隔プラント、バックアップ任務 | 高エネルギー密度、現場で貯蔵 | 霧化と燃料加熱が必要 |
| 固体燃料バーナー | 微粉炭、バイオマス | 大型窯、乾燥機 | 燃料費が安い | 灰処理および粉砕システム |
| 多燃料バーナー | ガス、オイル、固体の組み合わせ | 燃料供給が可変のプラント | 燃料 switching to follow prices | より複雑なコントロール |
| 低NOxバーナー | ガスとか石油とか | 排出規制対象地 | 追加処理なしでNOxを削減 | 炎の中にステージングゾーンが必要 |
ガスバーナーは、燃焼がクリーンでターンダウンが大きいため、熱処理と鍛造の主流となっています。液体燃料バーナーは、ガス供給が中断されやすい場所、または工場が重油を定価で購入している場所に登場します。固体燃料バーナーは、すでに燃料を準備している大型の窯と乾燥機に限定されます。エネルギー価格や契約上のガス供給状況に応じて燃料を切り替えるプラントでは、多燃料バーナーが一般的になりつつあります。
バーナーではなくプロセスから始めてください。炉の燃焼速度範囲、デューティ サイクル (バッチまたは連続)、利用可能な燃料、および局所的な排出制限を記録します。次に、次の 6 つの基準に基づいてバーナーのオファーを評価します。
最初にこれら 6 つの入力を正しく取得することは、後で間違ったバーナーを調整するよりもコストがかかりません。異なる火炎長または空気比システムを改造するには、通常、新しい耐火物、新しい配管、および数週間にわたるプロセスの中断が必要になります。
バーナーの故障のほとんどは突然起こるものではありません。それらは徐々に進行し、燃料消費量の増加、煤、または点火の問題を通じて自らを知らせます。サービス コールの大部分を占めるのは 3 つの障害モードです。
ノズルと電極アセンブリのカーボン汚れ。 これは液体燃料バーナーの典型的な故障です。これは、通常、燃料温度が低すぎる、ノズルが実際の点火速度に対して大きすぎる、または燃焼用空気の供給量が低下したために、噴霧の品質が低下したときに発生します。解決策は、掃除の頻度を増やすことではありません。霧化と空気の設定を修正して、カーボンの形成を停止します。
断続点火。 ノックや再試行を繰り返した後にのみバーナーが点火する場合は、炎センサーが汚れているか、電極ギャップがずれているか、点火トランスが弱っていることを示しています。これらの診断は適切なテストキットを使用すれば 5 分で完了しますが、バーナーの故障として扱われ、ユニット全体が交換されると費用が高くなります。
バーナー本体の錆び、腐食。 通常、原因となるのは水分です。炉のドアのシールからの漏れ、燃焼用空気ダクト内の結露、燃料トレイン内のバイパスされたドレンなどです。バーナー内部の錆により空気の通り道が歪み、金属が破損するずっと前に炎の形状が変化します。これらの各故障モードと診断シーケンスについては、次の記事で詳しく説明しています。 加熱炉のバーナーが故障する原因 .
余剰空気は、炉のオペレーターが利用できる最大の効率レバーです。炉に入った余分な空気のすべての分子は、熱を持ってスタックを通って出ます。空気過剰が 50% の場合、900°C 近くで運転されている炉からの排ガス損失は、空気過剰が 10% の場合の損失の約 2 倍になる可能性があります。カウンターウェイトは不完全燃焼です。空気が少なすぎると、CO、煤、未燃燃料が発生します。動作ウィンドウが狭いため、排ガス酸素トリムが工業用加熱炉バーナーの標準アップグレードになっています。完全な効率計画には、バーナー設定、炉圧力制御、装入スケジュールを組み合わせる必要があります。この中に実践的な手順をまとめました。 加熱炉バーナー効率目安 .
NOx が 2 番目の制約です。ほとんどの工業用加熱炉では、高い火炎温度で反応する燃焼用空気中の窒素から NOx が生成します。設計上の 2 つの対応策は、燃焼用空気の一部を遅らせて最高火炎温度を下げるステージングと、火炎を薄める排ガス再循環です。どちらも熱放出を犠牲にすることなく NOx を削減します。排出制限の下にあるプラントの場合、前もって低 NOx バーナーを選択する方が、後から選択的触媒還元または非触媒還元を追加するよりもはるかに安価です。これは、上流の機器とダクトがすでに火炎に合わせたサイズになっているためです。
排ガス再循環機能付き低NOxバーナー 段階的燃焼と FGR を使用して NOx 排出量を 30 mg/m3 以下に抑えるように設計されたこのバーナーは、高効率とスマート PLC モニタリングを主張しながら、排出規制のある産業に適しています。 製品を見る→ 炉の動作プロファイルによって、どのバーナー特性が最も重要かが決まります。
熱処理炉は長時間のバッチを実行し、バッチ間でアイドル状態になります。広いターンダウン、厳密な温度均一性、そして作品に跡を残さないきれいな炎が必要です。比例空気制御と長い炎を備えたガス燃料バーナーが標準的な答えです。対照的に、鍛造炉は小さなチャンバー内に大量の熱を放出するため、ビレットに影響を与えることなく急速に加熱するコンパクトで高強度の炎が必要です。アルミニウム溶解炉では、金属の酸化と溶解損失を制限するために低速燃焼が必要です。
ラヴァルノズル付き長炎ガスバーナー 調整可能なラヴァル ノズルと幅広い火炎形成のためのスワール システムを備えたガス バーナーで、ニッケル鉄やリチウム電池の製造などの長時間炎のロータリー キルン アプリケーションを対象としています。 製品を見る→ 燃料の柔軟性も商業的な要件になりつつあります。中断可能なガス料金を適用されている工場、または自家製バイオマス ガスを利用できる工場では、価格が高騰しても生産ラインが稼働し続けるように、多燃料バーナーを選択することがよくあります。天然ガスで標準的な加熱炉バーナーを運用している企業は、石油または多燃料設計の軽油の組み合わせに切り替えることができ、炉の評価を下げることなく供給の安全性を高めることができます。
どの製品ファミリーを評価する場合でも、選択方法は同じです。最初に炉の形状、燃焼範囲、燃料、排出制限を定義し、次にバーナーエンジニアリングが炎をプロセスに合わせます。これらの入力を正しく行うと、加熱炉バーナーは信頼できる主力製品になります。誰にも電話をかける理由を与えないため、何年も無視される種類のものです。
