Kyslíkové hořáky zvyšují účinnost průmyslových pecí

Efektivnost průmyslových spalovacích procesů je možné vedle předehřívání spalovacího vzduchu výrazně zlepšit také použitím kyslíku. Kyslík se používá většinou u spalovacích procesů, u nichž je z technologických důvodů nutná velmi vysoká teplota plamene, vysoká reakční rychlost nebo zvýšení výkonu. Kyslík lze také použít výhodně pro spalovací procesy, při nichž není možné efektivně využít odpadní teplo spalin.

Vzhledem k nutnosti zhospodárnit energeticky náročné spalovací procesy se oblast použití kyslíku v posledních letech stále rozšiřovala. Kromě svařování a řezání plamenem dnes kyslík nachází široké uplatnění také v metalurgických a chemických provozech, v cementářském, keramickém a sklářském průmyslu.

1. Zvýšení účinnosti spalování

V obvyklých spalovacích procesech se jako oxidační prostředek používá vzduch. V důsledku vysokého podílu inertního dusíku ve vzduchu (cca 79 %), který odvádí teplo z prostoru hoření, lze dosáhnout při spalování se vzduchem jen nízké úrovně tepelné účinnosti a teploty plamene.

Přidáním čistého kyslíku do spalovacího vzduchu dojde k snížení obsahu dusíku ve spalovací směsi a následně k snížení objemu spalin. To vede k nárůstu teploty plamene (obr. 1).

Díky úspoře paliva přidáním kyslíku místo spalovacího vzduchu je možné za určitých okolností zvýšit výkon pecních agregátů i bez zvýšení celkových nákladů, a to i navzdory nákladům na dodávky kyslíku. Při porovnání s obvyklými postupy však může přidávání kyslíku, kromě zvýšení výkonnosti, přinést také nižší investiční náklady, menší náklady související s čištěním spalin, větší flexibilitu procesu a lepší kvalitu zpracovávaného materiálu (obr. 2).

2. Varianty přidávání kyslíku do spalovacího prostoru

Průmyslové pece, které využívají kyslík nebo kyslíkem obohacený vzduch, používají ke zvýšení koncentrace kyslíku ve spalovacím vzduchu kapalný kyslík nebo adsorpční zařízení k odstranění dusíku ze vzduchu a tím zvýšení podílu kyslíku v něm.

Některé systémy přivádějí čistý kyslík přímo do hořáku (obr. 3), jiné pak přidávají kyslík do přívodního potrubí spalovacího vzduchu (obr. 4). Některé ohřívací systémy používají pomocné kyslíkové hořáky ve spojení se standardními vzduchovými hořáky. Jiné systémy aplikují postupnou změnu obsahu kyslíku pro různé fáze ohřevu. Jsou dokonce i ohřívací systémy, kde je kyslík přiváděn tryskou pod, do nebo vedle plamene vzduchového hořáku (obr. 5).

3. Kyslíkové hořáky pro vysokoteplotní procesy

Pro ohřevy a tavení se využívá celá řada rozličných typů hořáků, přičemž podíl kyslíkových hořáků v tomto počtu v posledních letech stále narůstá. Hlavním odvětvím pro jejich nasazení je především výroba oceli, hliníku, mědi, olova, skla a keramických materiálů. Kyslíkové hořáky pro tyto aplikace dodávají jak specializovaní výrobci hořáků, tak i společnosti zabývající se dodávkami kyslíku. Společnost Messer vyrábí kyslíkové hořáky od 60. let minulého století a během této doby vyvinula široký sortiment typů pro různá průmyslová použití. Aby byla schopna plnit rostoucí požadavky svých zákazníků na zefektivnění tepelných procesů, vybudovala společnost Messer i vlastní vývojové centrum vybavené hořákovou zkušebnou.

Obrázek 6 ukazuje různé možnosti provedení hořákových ústí. Hořáky byly vyvinuty na základě speciálních požadavků z průmyslových podniků na přizpůsobení tvaru plamene geometrii spalovacího prostoru a podmínkám procesu, jako jsou délka a tvar plamene, stechiometrie spalování, přenos tepla a rychlost proudění spalin (obr. 7). Tak vznikly hořáky:

- Oxipyr - P: hořák s paralelními proudy topného plynu kyslíku

- Oxipyr - P LON: hořák s paralelními proudy hořlavého plynu a kyslíku a s keramickým ústím

- Oxipyr - GLM: hořák pro kapalná paliva a kyslík s rozprašováním paliva pomocí vzduchu nebo kyslíku

- Oxipyr - Air: hořák pro zemní plyn, vzduch a kyslík

- Oxipyr - SVNR: hořák pro "postupné" spalování za účelem nízkých hodnot NOx

- Oxipyr - Flex: hořák s možností změny délky plamene

Hořáky Oxipyr lze podle potřeby chladit průtokem vlastních médií nebo pomocí vodního chlazení. Hořáky jsou vybaveny standardně integrovaným zapalovacím hořákem a zařízením pro hlídání plamene na bázi UV sondy.

4. Závěr

Použití kyslíkových hořáků pro ohřev průmyslových pecí je technickým řešením, jehož použití by mělo být vzhledem k jeho technologickým, ekonomickým a ekologickým možnostem vždy zvažováno. Využívání kyslíkových hořáků nebo obohacování spalovacího vzduchu kyslíkem je dnes v řadě technologických procesů stavem techniky a je zmiňováno mezi nejlepšími dostupnými technologiemi (BAT). Na trhu existuje dostatečně široká nabídka různých typů kyslíkových hořáků vhodných pro celou řadu průmyslových pecí.

Vít Tuček
Messer Technogas s.r.o.