Технологии

Неполное сгорание топлива может привести к сбоям в работе горелки и трудностям при ее розжиге.

Использование для производства асфальтобетонных смесей пыли при наличии в ней продуктов неполного сгорания топлива может отрицательно отразиться на качестве приготовляемых смесей.

Основной функцией горелки является смешение топлива с воздухом в требуемом соотношении для полного сгорания топлива. Недостаток воздуха приводит к потерям тепла из-за неполного сгорания и к загрязнению окружающей среды продуктами неполного сгорания. С увеличением избытка воздуха растут потери топлива с уходящими газами.

При неполном сгорании топлива также ухудшаются свойства готовой асфальтобетонной смеси. Остатки топлива могут уменьшить вязкость битума, а топливо может осаждаться на крупных частицах заполнителя, что предопределяет образование на этих частицах пленки и последующее недостаточное смачивание этих частиц битумом. Это снижает прочность готового асфальтобетона, производимого асфальтосмесительной установкой.

Горелки классифицируются по следующим критериям: коэффициент избытка воздуха; процент утечки воздуха; относительные потери в корпусе; температура подаваемого вентилятором воздуха; процент удаленной из заполнителя влаги; температура приготовленной смеси; использование топлива; степень нагрева заполнителя.

Большинство современных горелок представляют собой компактную конструкцию, предназначенную для работы на жидком, газообразном и твердом топливе. Причем переход с одного вида топлива на другой может производиться посредством незначительных регулировок.

Газообразное топливо включает в себя как природный газ, так и пары нефтяного топлива. К жидким топливам относятся сжиженные пропан, битум, мазут и другие переработки нефтяного топлива. Твердые топлива – это угольная пыль и различные углеводороды.

Для оснащения асфальтосмесительных установок фирмы Benninghoven (Германия) используются горелки Rax-Jet Turbo дизельного топлива, газообразного топлива (природный газ, биогаз и др.), жидкого газа (пропан, бутан и др.), твердого топлива (уголь, биомасса, торф и др.). При использовании дизельного топлива его под высоким давлением (в сочетании со сжатым воздухом) через форсунку распыляют в головной части горелки, где оно перемешивается с потоком воздуха, идущего от вентилятора, и поджигается запальником устройства, работающего на пропане. Стабильное чистое пламя способствует эффективному нагреву инертного материала, находящегося в районе сушки.

С помощью синхронизированного узла управления во всех диапазонах достигается оптимальное перемешивание топлива с воздухом, что обеспечивает эффективное сгорание топливной смеси.

Нагревательные аппараты обеспечивают предварительный нагрев вязких видов топлива (жиры, мазут и масляные отходы). Это способствует идеальной вязкости топлива, что обеспечивает эффективное сгорание, исключающее негативное влияние на окружающую среду.

При эксплуатации газовых горелок газ через газораспределительное устройство, оснащенное предохранительными и контрольными приборами, подается в головную часть горелки и под давлением 300 мбар – через газораспределительное кольцо, где он перемешивается с воздухом, подаваемым вентилятором. При этом обеспечивается экономичность и экологически чистое сгорание топлива.

При использовании горелок жидкого газа пропан, бутан и другие смеси хранятся в специальных емкостях, откуда с помощью насоса высокого давления подаются под давлением 10 бар в горелку, на которой смонтировано газораспределительное устройство.

Посредством дозирующего вентиля топливо в заданном объеме через специальную форсунку впрыскивается в головную часть горелки, где поджигается и сгорает.

При эксплуатации горелок твердого топлива уголь, биомасса, торф и др. изначально доводятся до порошкообразного состояния, доставляются на АБЗ и хранятся в специальном силосе, защищенном от перепадов давления. На выходе из силоса смонтирована система дозирования, которая обеспечивает подачу порошкообразного топлива отмеренными дозами по пневматическому трубопроводу к горелке.

Установленная внутри горелки распределительная камера обеспечивает равномерное распределение топлива. В головной части горелки достигается оптимальное перемешивание топлива и воздуха с последующим чистым сгоранием данной топливной смеси. Допускается использование низкокачественной топливной пыли при условии применения усиленного вторичного поддерживающего пламени.

Модельная линия горелок Rax-Jet Turbo может поставляться в качестве универсальной горелки с возможностью использования всех перечисленных выше видов топлива. Разработанная система регулировки позволяет оператору АБЗ выбрать необходимый вид топлива. Для перехода с одного вида топлива на другой не требуется механического изменения конструкции горелок.

В настоящее время помимо хорошо известных горелок Rax-Jet Turbo фирма Bennighoven выпускает модели горелки новой серии Evo-Jet. Основное отличие от параллельно выпускаемой модели состоит в том, что воздух для нагнетания в камеру горения забирается не снизу, а горизонтально со стороны торца сушильного барабана сверху и снизу, это предполагает экономию топлива для создания эффективной горючей смеси. Особенность конструкции горелок Evo-Jet – в выборе оптимального расстояния воздухосборных каналов от торца барабана, позволяющего затягивание теплого воздуха в камеру сгорания при температуре на 20-40 0С выше температуры окружающей среды для достижения эффективного создания топливной смеси. По данным фирмы Bennighoven, при заборе теплого воздуха для нагнетения экономия топлива на 1 т готовой смеси от горелок Evo-Jet составляет 1% по сравнению с горелками серии Rax-Jet Turbo.

Компания Lintec (Германия) при поставке асфальтосмесительных установок комплектует их как горелками собственного производства, так и комбинированными горелками ведущих европейских производителей.

В последнее время в поставляемых в регионы России асфальтосмесительных установках компания Lintec использует горелки компании SAACKE GmbH & Co KG. В первую очередь это относится к горелкам типа TeminoxR, GS, LS, GLS мощностью 5,4-18,5 МВТ, работающим на природном газе, дизельном топливе.

Следует отметить, что для более чистого сгорания мазута в специальных горелках компанией Lintec используются фильтры для очистки мазута от примесей больших, чем применяемые в Европе, размеров.

Горелки подразделяются на моноблочные и двухблочные (без вентилятора). Оснащение варьируется в зависимости от конкретной ситуации (эксплуатация на природном газе, дизельном топливе, комбинированное исполнение).  Электронная регулировка соотношения «топливо-воздух» предусмотрена для всех типов горелок. Механическая – только для моноблочных горелок.

Горелка TeminoxR, GS, LS, GLS состоит из пламенной трубы с устройством смешивания воздуха и топлива и корпуса, в котором размещены вентилятор (при моноблочном исполнении), воздушные заслонки и коробка электрических соединений. За подпорной шайбой, находящейся в конической части пламенной трубы, происходит смешивание подаваемых под давлением топлива и воздуха. Существует две стандартных длины пламенной трубы для различной толщины обмуровки. Специальное исполнение устройства смешивания, распределение и способ подмешивания газа в факел являются гарантом предельно низких выбросов оксидов азота.

Через центр смешивающего устройства проходят: жидкотопливная трубка (в комбинированных горелках), трубка первичного газа, запальник и труба первичного воздуха. Концентрически данную группу устройств охватывает подпорная шайба, которую можно передвигать по оси в коническом раструбе. Это позволяет поддерживать на оптимальном уровне скорость истечения воздуха независимо от производительности горелки. Концентрически вокруг подпорной шайбы расположены газовые трубки, число которых зависит от размера горелки. Выход природного газа осуществляется внутри головной части пламенной трубы. Отдельные группы элементов горелки расположены на виду и легко доступны. Демонтаж жидкотопливной трубки, газовых трубок, подпорной шайбы в ходе технического обслуживания не представляет трудностей.

В основе получения предельно низких выбросов оксидов азота при сжигании газа лежит использование трех взаимосвязанных механизмов понижения NOx. Благодаря разделению природного газа на первичный и вторичный осуществляется ступенчатое сжигание топлива. Первичное сжигание обеспечивает низкие выбросы оксидов азота, с одной стороны, за счет высокой степени предварительного смешивания первичного газа и первичного воздуха, с другой стороны – из-за повышенного коэффициента избытка воздуха в зоне первичного сгорания.

Дымовые газы первой стадии сжигания уменьшают парциальное давление кислорода в топливной смеси на второй стадии сжигания (вторичное сгорание) – процесс, аналогичный циркуляции дымовых газов. Вторичное сжигание растягивается по всей длине топочной камеры, обеспечивая дополнительное высокое тепловыделение вдоль всего пути хода реакции, позволяющее снизить пики температуры в пламени.

Производство моноблочных горелок является одним из основных направлений деятельности фирмы Ammann (Германия). При этом большое внимание уделяется совместимости сушильного агрегата и горелки.

Для модульных моноблочных горелок фирмы Ammann характерны комплектная конструкция, низкий уровень шума, экономное потребление энергии, оптимальное горение и низкий уровень выбросов в атмосферу.

Горелки фирмы Ammann на любом виде топлива – мазут, уголь и природный газ, а также комбинированное топливо – настраиваются каждая в процессе шефмонтажа в соответствии со специфическими внешними условностями.

Основные емкости, бункер горячих материалов и бункер готовой смеси, изолированы, что способствует предотвращению потери энергии.

В целях сокращения расхода топлива фирмой Teltomat (Германия) на асфальтосмесительных установках предусмотрено использование высокопроизводительных современных горелок от ведущих европейских изготовителей. Возможно применение различных видов топлива – газообразного (природный газ), жидкого (дизтопливо, мазут и др.), твердого (угольная пыль).

Большое внимание уделяется оптимизации размеров и конфигурации топок сушильных барабанов и масляных котлов под конкретные виды топлива.

Вопросам экономии и полного сгорания топлива серьезное внимание уделяют и итальянские производители асфальтосмесительных установок.

Так, фирма Bernardi комплектует производимые асфальтосмесительные установки универсальными горелками, работающими на дизельном топливе, мазуте или природном газе.

Конструкция горелки выполнена со специальной нагревательной камерой, приспособленной для регулирования длины пламени. Во внутренней части горелки наряду с расположенным там диском, имеющим отверстие для прохождения пламени, предусмотрена специальная задвижка, оснащенная винтовым контроллером, увеличивающим или уменьшающим пламя, задающим оптимальную температуру горения.

Обеспечение соотношения воздуха и топлива для горения достигается электронно через обратный преобразователь, монтируемый на моторе вентилятора при сервисном обслуживании.

Для сокращения расхода топлива на сушильные барабаны и бойлеры фирмы Marini устанавливаются горелки ведущих мировых производителей – ABS, Argomat, Riello и других.

Поставляемые к асфальтосмесительным установкам горелки способны к работе на дизельном топливе, мазуте, газе. Возможна поставка комбинированных горелок, работающих на двух или более видах топлива.

Для снижения расхода топлива в асфальтосмесительных установках фирмой Marini монтируются сушильные барабаны больших габаритных размеров (по длине и диаметру), что обеспечивает большее время процессу сушки и нагреву каменных материалов. Большее внимание уделяется выбору оптимальной формы лопаток в конструкции сушильных барабанов для повышения эффективности сушки и нагрева материалов.

На асфальтосмесительных РТ-50 компании ИПК «Ротор» (Россия) применяются горелки фирмы Weishaupt (Германия), работающие на природном газе, жидком топливе (печном, дизельном или топочном мазуте), или комбинированные, т.е. работающие как на одном, так и на другом виде топлива. При этом полное сгорание обеспечивается хорошим нагревом топлива в баке и в скоростном нагревателе, применением мощного дымососа, электронных приборов контроля и автоматического поддержания температурных режимов и разрежения в топочном пространстве.

Большое внимание снижению расхода и полноте сгорания топлива уделяется фирмой Astec (США) в асфальтосмесительных установках непрерывного действия.

Определенный интерес представляет используемая в асфальтосмесительных установках фирмы Astec конструкция сушильно-смесительного барабана по технологии двойной барабан (Double barrel).

Преимущество конструкции Double barrel состоит в обеспечении возможности лучшего просушивания каменных материалов за счет их перемещения по всей длине барабана и меньшего изменения свойств битума за счет его впрыскивания во внешний барабан, изолированный от непосредственного воздействия горелки и топочных газов.

Фирма Astec оснащает свои асфальтосмесительные установки многотопливными горелками STAR-JET.

Горелки Star-Jet могут работать на всех сортах жидкого топлива, природного и сжиженного газа. В случае использования двух видов топлива необходимо определить первичное топливо и установить отдельную линию для подготовки и распределения резервного топлива.

Оптимальной особенностью горелок Star-Jet является удобство монтажа горелки с воздуходувкой на сушильных установках в условиях ограниченных площадей.

Форма пламени устанавливается перемещением регулирующего рычага со стороны горелки, который связан непосредственно с регулируемыми лопастями завихрителя. Эта особенность значительно уменьшает время настройки при первоначальном пуске или смене дислокации установки, обеспечивая точную настройку, когда требуется изменить форму и интенсивность пламени.

Определенный интерес представляют и новые горелки Astec Phoenix серий Phoenix Talon, Phoenix Phantom, Phoenix Coal и Wispersed.

Горелки Phoenix Talon характеризуются высокой эффективностью работы и низким уровнем выбросов. В конструкции горелки предусмотрена система шумоглушения, обеспечивающая комфортные условия для операторов при работе горелки.

Горелки Phoenix Talon обеспечивают меньшее потребление электроэнергии, компактную форму пламени и благодаря приводам переменной частоты на подачу топлива и воздуха обеспечивают точное дозирование и экономию топлива.

Горелки Phoenix Phantom используются для сжигания газового топлива в топочных агрегатах в условиях повышенных требований по ограничению вредных выбросов.

При работе в режиме обедненной смеси происходит эффективное перемешивание воздуха и топлива перед сжиганием, обеспечивая компактный размер пламени, который способствует повышению эффективности работы горелки при полном сгорании топлива.

Горелки Phoenix Coal предназначены для использования в качестве топлива каменного угля. При этом нефть или газ могут использоваться в качестве вспомогательного топлива.

По мнению американских ученых, при сжигании угля атмосфера загрязняется меньше. В ближайшем будущем предусматривается использование угля в качестве топлива АБЗ США. Сейчас на 90% из них разрешено сжигать в качестве топлива уголь.

Горелки Wisper-Jet надежны и просты в эксплуатации, могут быть использованы при сжигании топлива или газа. Благодаря контактному пламени пригодны для работы с сушильными барабанами любой конструкции практически без необходимости регулировки.

Компактная форма пламени Wisper-Jet практически исключает перегрев барабана и не требует сложной формы корректировки огня для лучшей эффективности сгорания.

Турецкая фирма Е-МАК оборудует свои асфальтосмесительные установки горелками фирм Baltur (Италия) или Cuenod (Франция), мощностью от 8,7 до 23,3 МВт, в зависимости от производительности установки. Эти горелки могут быть газовыми, дизельными, мазутными или комбинированными по желанию заказчика.

Одним из вариантов комплектации асфальтосмесительных установок ОАО «Кредмаш» (Украина) является их оснащение блочными горелками производства Республики Беларусь, хорошо зарекомендовавшими себя за время их эксплуатации.

Горелки оснащаются дутьевым вентилятором, запальником, запорными и предохранительными клапанами, датчиками давления топлива и воздуха, разрежения в сушильном барабане, датчиками контроля пламени запальника и основного факела.

Блок управления горелкой обеспечивает бесперебойную работу горелочного устройства в автоматическом режиме. Регулирование тепловой мощности позволяет обеспечить экономию топлива при минимальных нагрузках. Имеющаяся возможность подбора оптимального соотношения топливо-воздух способствует низкому удельному расходу топлива (до 6,5 кг/т жидкого топлива или до 8 м3/т газообразного топлива) при соответствии выбросов продуктов сгорания экологическим нормам.

Полное сгорание топлива обеспечивается хорошим нагревом, применением мощного дымососа, автоматизацией процесса горения.

Анализ работы асфальтосмесительных установок зарубежного производства наглядно показывает, что производители асфальтосмесительного оборудования уделяют большое внимание экономии и полноте сгорания топлива при приготовлении асфальтобетонных смесей на своих заводах.

На объектах дорожного производства России эксплуатируются преимущественно асфальтосмесительные установки ОАО «Кредмаш» (Украина). Их количество в структуре парка асфальтосмесительного оборудования превышает 70%. Причем более половины из них имеют срок службы более 15-20 лет.

Обследование ранее выпущенных асфальтосмесительных установок ОАО «Кредмаш» и Teltomat, проведенное МАДИ (ГТУ) в 2003-2005 гг., показало, что используемые в их конструкциях горелки не отвечают современным требованиям, предъявляемым к топливным системам асфальтосмесительных установок.

Имеющиеся единичные случаи дооснащения асфальтосмесительных установок при их модернизации современными горелками фирм Benninghoven (Германия), Oerti Indu Flame (Швейцария) и др. показали положительные результаты по экономии и полноте сгорания топлива при приготовлении асфальтобетонных смесей.

Межведомственной программой развития дорожного машиностроения России на 2001-2005 годы была предусмотрена разработка и внедрение типоразмерного ряда современных горелок отечественного производства. Однако изготовление и их внедрение по ряду причин организационного и технического характера не произошло.

В связи с настоятельной необходимостью модернизации существующих АБЗ и предполагаемым увеличением выпуска асфальтосмесительных установок в России отечественными производителями особо важно оснащение топливных систем современными горелками, работающими на всех видах топлива, при его экономии и полноте сгорания в целях обеспечения постоянно возрастающих требований к качеству приготовляемых смесей на АБЗ.