バーナー選択ガイド
A ロータリーキルバーナー の仕事は、単に燃料を可能な限り高温で燃やすことではなく、燃料を窯のプロセスに必要な熱プロファイルに一致する特定の形状、長さ、強さの炎に変換することです。火炎の形状を間違えると、誰かが問題の原因をバーナーに追跡するずっと前に、工場は燃料消費、耐火物の摩耗、クリンカーや製品の品質でその代償を払うことになります。
直接の答え
右のロータリーキルンバーナーは、 炎の形状とターンダウン範囲は、特定のキルンの形状と燃料混合物に適合します — 普遍的な「最適な」バーナーは存在せず、正しく指定されたバーナーのみが存在します。鉛筆の形をした高運動量の炎は、通常、 熱伝達が 5 ～ 8% 向上 長い乾式プロセスや石灰窯など、深く浸透する必要がある窯での短くてふさふさした炎よりも優れています。
最新のマルチチャンネルバーナーが提供するもの 8:1 ～ 10:1 のターンダウン比 そして走れる 設計発射率を最大 50% 上回る 生産が必要なときにスタック酸素を保持しながら、 1.5 ～ 3% O₂ 以下はCO 200ppm — 2 つの数字は、実際に燃焼が完了したことを示しています。
火炎の形状が窯の性能を決定する仕組み
ロータリー キルン バーナーは、一次空気の運動量、渦の強さ、燃料噴射形状の相互作用によって炎を形成します。同じ燃料を 2 つの異なるバーナー設計で燃焼すると、同じキルン内で目に見えて異なる結果が得られます。
一次空気は、バーナーパイプを通して燃料を運び、火炎に勢いを与える小さな高速空気流です。通常、全燃焼空気の一部のみを供給し、残り (二次空気、場合によっては三次空気) はキルン フードから引き込まれます。バーナーの研究は一貫して次のことを示しています より少ない一次空気量とより高い空気運動量の組み合わせにより、NOx の生成が減少します 安定したしっかりとした炎を実現しながらも。最近のバーナー仕様では、これを一般的にキルンごとに調整された一次空気速度の 1,250 ～ 1,780% の範囲の一次空気運動量として表します。
ペンシルフレーム
勢いが強く、細くて長い。長い窯と石灰焼成のための深い熱の浸透。
ふさふさした炎
運動量は低く、短くて幅が広い。短く高温の燃焼ゾーンでは、バーナー先端付近の熱放出が速くなります。
どちらの形状も普遍的に「優れている」というわけではありません。短く高強度の燃焼ゾーンに最適なふさふさした炎は、長い乾式プロセスの窯ではバレルのさらに下の方に必要な熱の浸透が不足しますが、短い窯で長すぎるペンシルフレームは材料層や遠くの耐火物内張りに当たる可能性があります。
ターンダウン比と射程距離
ターンダウン比は、安定した制御可能な炎を維持しながら、バーナーが設計点火速度よりも出力をどの程度下げることができるかを表します。これは、キルンが低温で起動し、プロセスの混乱が発生しても安定した状態を維持し、スケジュールが要求するときにピーク出力に到達できるかどうかに最も影響を与える単一の仕様です。
| バーナークラス | ターンダウン率 | ピーク超過率 | 代表的な用途 |
|---|---|---|---|
| 基本的なシングルチャンネル | 1:8 | デザイン料金のみ | コールドスタートと通常動作への加熱 |
| 最新のマルチチャンネル | 1:10 | 設計を最大 50% 上回る | 生産の柔軟性が必要なセメントおよび石灰窯 |
| 二元燃料調整可能 | 1:8 ～ 1:10 | 燃料に依存する | ガス、石油、固形燃料を切り替えるキルン |
一定の変化しない速度で稼働するキルンには、ターンダウンが 1:8 のみのバーナーで十分です。生産量を変更したり、発熱量が一貫していない代替燃料を同時燃焼したり、予熱器の不調時にキルンを安定に保持する必要があるプラントは、1:10 の広い範囲から恩恵を受けます。両端に余裕があるため、強制停止が少なくなり、火炎の不安定性の繰り返しによる耐火性の熱サイクルが少なくなります。
排気ガスから燃焼効率を読み取る
炎の形状とターンダウンは重要ですが、バーナーが実際に機能していることを確認する数値は、バーナーの銘板ではなく、排気ガス分析装置から得られます。 2 つの図がほとんどの作業を行います。
COの増加が実際に意味するもの
O₂ が範囲内にあるにもかかわらず CO レベルが 200 ppm を超えて上昇する場合は、通常、燃料不足ではなく、バーナー先端での燃料と空気の混合が不十分であることを示しています。より多くの燃料を使用して症状を追跡すると、通常、ノズルでの根本的な混合問題を解決せずに、1 トンあたりのエネルギー消費量が増加します。
単一燃料バーナー設計と複数燃料バーナー設計
燃料戦略は過去 20 年間で大幅に変化しており、バーナーは現在の状況だけでなく、その戦略がどこに向かっているのかを特定する必要があります。
マルチ燃料バーナー
- 同心の一次空気リングで囲まれた代替燃料または固体燃料用の中央チャネル
- バーナーを交換することなく、ガス、石油、微粉炭、石油コークス、またはバイオマスを切り替えます。
- 燃料チャネルごとに独立して調整可能な噴射速度
- 初期費用が高く、制御システムが複雑になる
単一燃料バーナー
- シンプルな機械設計、調整可能なチャンネルの数が少ない
- 資本コストの削減とメンテナンスの簡素化
- 1 つの燃料タイプの炎特性に固定
- 後で燃料戦略を変更するにはバーナーの交換が必要です
現在、ガスインフラが充実している市場では天然ガスがキルン燃料使用量の約4分の1を占めており、石油のシェアは小さく減少傾向にあり、代替燃料であるバイオマスや廃棄物由来燃料が最も急成長している分野であり、主要市場で年間2桁のペースで拡大している。今日購入したバーナーで、少なくとも 1 つの代替燃料チャネルに対応できないものは、機械的寿命が尽きる前に交換が必要になる可能性が高いバーナーです。これは、故障したためではなく、プラントの燃料混合物が処理可能な量を超えたためです。
ご注文前の仕様チェックリスト
ネームプレートの容量だけでなく、キルンの実際の動作データを使用してこれらの点を検討することが、性能を発揮するバーナーと 2 年以内に改修されたバーナーを分けるものになります。
- キルンの長さと直径の比 — 長い窯（16:1 以上）では、通常、より長く、より勢いのある炎が必要です。短い前焼成炉 (8:1 ～ 11:1) では通常、そうではありません。
- 必要なターンダウン — スタートアップのニーズだけでなく、実際の生産の変動に合わせます。 1:10 では、1:8 よりも運用上の柔軟性が大幅に向上します。
- 現在および将来の燃料混合 — たとえ初日に使用されなかったとしても、代替燃料の代替がプラントのロードマップにある場合は、複数燃料の機能を指定します。
- 目標NOxと排出制限 — バーナーの一次空気運動量範囲が二次軽減なしで局所排出制限に達する可能性があることを確認します。
- 耐火性と製品の敏感性 — 火炎衝突のリスクと灰による汚染許容度は両方とも、許容できる火炎形状の範囲を狭めます。
- 二次および三次空気の利用可能性 — バーナーの定格性能は、特定の二次空気の温度と量を前提としています。キルンフードがそれを供給できることを確認してください。
バーナーの故障を予測するメンテナンスの兆候
バーナーチップとノズルの磨耗は、警告なしに故障することはほとんどありません。コンポーネントが物理的に破損する前に、炎自体が物語ります。
- ベースラインの写真または CFD リファレンスからずれている炎の形状 燃料と空気の設定が変更されていない場合でも、数週間にわたって発生する場合は、通常、ノズルの腐食またはチャネルの部分的な詰まりを示します。
- 一定の O₂ で CO が上昇 浸食は目に見えるほど大きくなる前に燃料と空気の混合を破壊するため、目に見えるノズルの損傷が発生する数週間前に発生することがよくあります。
- 一次空気ラインの背圧の増加 同じダンパー設定では、内部の蓄積またはチャンネル制限を示します。
- バーナー端付近の非対称耐火物の摩耗 多くの場合、耐火物の品質の問題ではなく、静かに軸から外れてしまった炎を反映しています。
バーナーと点火システム全体のマッチング
ロータリー キルン バーナーは単独で動作するわけではありません。その性能は、キルン フードからの二次空気の状態、それに供給する燃料処理システム、および熱をプロセスに戻す火格子クーラーや熱風システムなどの下流の機器によって決まります。スタンドアロンの交換部品としてではなく、これらのシステムと一緒にバーナーを指定することで、通常、紙上のバーナーの定格性能と毎日の運転でのトン当たりの実際の燃料消費量との間のギャップが縮まります。
