Recuperators and regenerators are important devices for heat recovery systems in technological lines of industrial processes and should have high air preheating temperature, low flow resistance and a long service life. The use of heat recovery systems is particularly important in high-temperature industrial processes (especially in metallurgy) where large amounts of thermal energy are lost to the environment. The article presents the process design for a high efficiency recuperator intended to work at high operating parameters: air pressure up to 1.2 MPa and temperature of heating up to 900°C. The results of thermal and gas-dynamic calculations were based on an algorithm developed for determination of the recuperation process parameters. The proposed technical solution of the recuperator and determined recuperation parameters ensure its operation under maximum temperature conditions.
PL
Rekuperatory i regeneratory są ważnymi urządzeniami systemów odzysku ciepła w ciągach technologicznych procesów przemysłowych i powinny charakteryzować się wysoką temperaturą podgrzewania powietrza, niewielkimi oporami przepływu, a także długim czasem eksploatacji. Stosowanie układów do odzysku ciepła ma szczególne znaczenie w wysokotemperaturowych procesach przemysłowych (zwłaszcza w hutnictwie), gdzie tracone są do otoczenia duże ilości energii cieplej. W artykule zaprezentowano projekt procesowy wysokosprawnego rekuperatora przeznaczonego do działania przy wysokich parametrach roboczych: ciśnienia powietrza do 1.2 MPa i temperatury podgrzania do 900°C. Wyniki obliczeń cieplnych i gazodynamicznych uzyskano w oparciu o opracowany algorytm do wyznaczania parametrów procesowych rekuperacji. Zaproponowane rozwiązanie techniczne rekuperatora i wyznaczone parametry rekuperacji umożliwiają jego działanie w maksymalnych warunkach termicznych.
Scharakteryzowano wpływ metod zgazowania węgla na właściwości palne gazu z podziemnego zgazowania węgla – GPZW. Przedstawiono parametry energetyczne odpadowych gazów niskokalorycznych otrzymywanych z procesów technologicznych w odniesieniu do składu gazów z procesów zgazowania węgla i biomasy. Przeanalizowano dotychczasowe konstrukcje palników do spalania niskokalorycznych gazów palnych w aspekcie możliwości ich zastosowania w konwersji paliw z podziemnego zgazowania węgla. Zaproponowano wariantowe wykorzystanie gazu z podziemnego zgazowania węgla do opalania kotłów dwupaliwowych typu OPG lub z zastosowaniem autonomicznego podgrzewacza.
EN
The impact of methods of coal gasification on the properties of combustible gaseous products from the underground coal gasification process was analyzed. This paper also presents energy parameters of low-calorific waste gases from technological processes in relation to gas composition deriving from coal and biomass gasification. The current design of burners used for low-calorific gas combustion and their application during fuel conversion from underground coal gasification was analyzed. This paper suggests the optional use of gas from underground coal gasification to fire dual-fuel boilers such as OPG or the stand-alone heater.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Zaprezentowane zostały charakterystyki przepływowe projektowanego palnika. Scharakteryzowano algorytm projektowania palnika do spalania gazu z podziemnego zgazowania węgla – GPZW. Przeanalizowano sposoby stabilizacji płomienia w palnikach do spalania niskokalorycznych gazów palnych w aspekcie możliwości ich zastosowania w konwersji paliw z podziemnego zgazowania węgla. Zaprezentowano projekt procesowy palnika do spalania GPZW w urządzeniach kotłowych, który spełnia wymagania UDT.
EN
This paper presents a burner designed for combustion of gases, derived from the underground coal gasification process, in the aspect of their utilization in boiler equipment. Flow characteristics of the burner are presented as well. Flame stabilization conditions during combustion of low-calorific gases are discussed and analyzed. The proposed burner meets the technical standards (UDT) required in industrial practice.
Scharakteryzowano specyfikę spalania niskokalorycznych gazów odpadowych. Przedstawiono konstrukcję palnika o dużej mocy umożliwiającego utylizację gazów odpadowych w hutniczych urządzeniach cieplnych. Zaprezentowano schemat procesowy palnika zintegrowanego z instalacją gazową i powietrzną, sposoby zabezpieczenia i procedurę działania w stanach awaryjnych oraz algorytm rozruchu.
EN
The paper describes the specificities of waste gases of low calorie burning. The article presents the design of the high power burner for disposal of waste gas in metallurgical thermal devices. Shows the start – up procedure, scheme algorithm integrated into the burner with the installation of a gas and air and how security and emergency action procedure.
Przedstawiono wyniki obliczeń bilansowych pieca do produkcji FeSi wykazując istotne straty energii w spalinach opuszczających przestrzeń roboczą kołpaka. Wskazano, że w przypadku uszczelnienia pieca i doprowadzania powietrza do przestrzeni kołpaka w sposób kontrolowany, zwiększenie temperatury spalin odlotowych stwarza możliwości efektywnego wykorzystania ich energii odpadowej. Stwierdzono, że wyznaczone bilansowe parametry spalin wylotowych stwarzają możliwości zastosowania w tym piecu skojarzonego turbozespołu gazowego do wytwarzania energii elektrycznej.
EN
The results of calculation of the balance of the furnace for the production of FeSi showing a significant loss of energy in the exhaust gases leaving the workspace cap are reported. It is shown that in the case of sealing the furnace and the air supply to the cap in a controlled manner, increasing the temperature of the exhaust gases creates opportunities for efficient use of waste energy. It was found that the determined carrying exhaust gas parameters provide opportunities to use in the oven a combination gas turbine to generate electricity.
Przedstawiono pole temperatury w płomieniach gazu ziemnego w piecach grzewczych z zainstalowanymi palnikami płaskopłomiennymi i długopłomiennymi. Porównano rezultaty modelowania rozkładu temperatury z wartościami zmierzonymi w doświadczalnych komorach spalania.
EN
Temperature distribution in natural gas flames generated by flat flame and long jet flame burners in reheating furnaces is presented. The modeled temperature field does agree very well with the experimental for flat flames, while in case of long jet flames only in the combustion chamber axis large discrepancy was observed.
Przeanalizowano wp ływ parametrów konstrukcyjnych i gazodynamicznych na charakterystyki palników dyfuzyjnych. Przedstawiono problematykę optymalnej eksploatacji palników w aspekcie spełnienia wymogów energetyczno-technologicznych w hutniczych urządzeniach cieplnych.
EN
This article analyses the import of construction and gas parameters on the characteristics of diffusion burners. It presents the issues concerning the optimal usage of burners with respect to the fulfillment of energy and technological conditions required for metallurgical heating furnaces.
Przedstawiono nową konstrukcję palnika płaskopłomiennego samorekuperacyjnego do pieców grzewczych wysokotemperaturowych, umożliwiającą uzyskanie stężeń tlenków azotu w spalinach w granicach dopuszczalnych. Badania eksperymentalne wykazały, że wykorzystanie gazodynamicznego sposobu obniżania temperatury płomienia GAFT pozwala ograniczyć NOx w spalinach poniżej 140 ppm nawet przy podgrzaniu powietrza spalania do 800 stopni C.
EN
A new design of a flat flame self - recuperative burner for high temperature reheating furnaces, enabling keeping nitrogen oxides below the limits, is presented. Industrial scale experiments have shown, that application of the method of gasdynamic abated flame temperature GAFT enables reduction of NOx in the flue gases below 140 ppm, even for preheating the combustion air up to 800 degree C.
Przedstawiono sposób adaptacji wodnego kotła rusztowego WR10 do spalania gazu z odmetanowania kopalń. Badania eksploatacyjne wykazały, że po zamianie węgla na gaz kopalniany uzyskano zwiększenie sprawności o ok. 15%, przy zachowaniu niezmiennej konstrukcji kotła, co skutkuje wymiernymi efektami ekonomicznymi i ekologicznymi.
EN
Presented is method to adapt WR10 water stoker-fired boiler to be fired with gas coming from the mine demethanization process. Operating tests showed that after changing from coal to methane gas and with no boiler construction alterations, about 15% increase of efficiency was obtained what results in calculable economic and ecological effects.
Przedstawiono zalety i wady stosowania palników gazowo - tlenowych do opalania przemysłowych pieców wysokotemperaturowych. Wykazano możliwość podniesienia sprawności pieców przy stosowaniu tlenu jako utleniacza gazu ziemnego. Zademonstrowano wyniki badań eksperymentalnych palników tlenowych o mocy 500 kW w komorze doświadczalnej Laboratorium Badań Płomieni Przemysłowych pod kątem możliwości obniżenia emisji NOx do otoczenia.
EN
The characteristics of natural gas-oxygen burners applied to high temperature industrial furnaces is presented. The possibility of furnace efficiency increase in case of oxy combustion has been demonstrated. Experimental results of oxy burners of capacity 500 kW examined in a test furnace of the Industrial Flame Research Laboratory are presented and particularly the possibilities of NOx emission abatement.
Przedstawiono wyniki opracowanych i wdrożonych w przemyśle sposobów wyrównywania temperatury w komorach roboczych pieców przemysłowych. Wykazano, że quasi-izotermiczne pole temperatury wyrównuje rozkład temperatury w nagrzewanym wsadzie prowadząc równocześnie do zdecydowanego obniżenia emisji tlenków azotu ze spalinami. Stwierdzono jednoznacznie możliwość kształtowania pola temperatury w przestrzeni grzewczej pieca przez sterowanie parametrami gazodynamicznymi substratów.
EN
Results of developed and practical applicated methods of thermal equalization in working chambers of industrial furnaces. It was shown that quasi-isothermal temperature field equalizes the temperature distribution in heated charge causing considerable reduction of nitric oxide emission. Possibility of forming the thermal field in furnace heating space by control of gasodynamic parameters of substrates was confirmed.
Przedstawiono problematykę przepływową dyfuzyjnych palników gazowych. Wyniki własnych badań eksperymentalnych opracowano w formie zależności liczby oporu od kąta zawirowania powietrza i temperatury jego podgrzewu. Podano również liczbę oporu dysz gazowych dla palników przemysłowych opracowanych w Katedrze Energetyki Procesowej Politechnik Śląskiej.
EN
Flow problems of diffusion gas burners have been presented. Results of own experimental investigations have been elaborated in form of dependence of resistance number from air swirl angle and air preheating temperature. The resistance number of gas nozzles for industrial burners developed in Power Engineering Chair of Silesian Institute of Technology has been also presented.
Kotły energetyczne, parowe i wodne małej mocy, stosowane w kotłowniach przemysłowych i osiedlowych w większości przypadków opalane są węglem. Stanowią one główne źródła niskiej emisji szczególnie uciążliwej dla środowiska. Firma INSTAL KATOWICE S.A. produkuje opracowany przez Katedrę Energetyki Procesowej Politechniki Śląskiej typoszereg niskoemisyjnych palników gazowych o mocach 1, 5, 10, 20 MW. Palniki charakteryzują się dobrym spalaniem zapewniającym niską emisję szkodliwych produktów spalania głównie CO i NOx. Badania kontrolne palnika o mocy 1 MW wykazały następujące poziomy emisji CO=29 ppm, NOx=20ppm. Palniki mogą być stosowane w nowych jednostkach kotłowych oraz w kotłach dotychczas opalanych węglem, po przeróbce kotła zapewniającej jednocześnie podniesienie jego sprawności. Palniki EPK GZ cechują się bardzo korzystną gazodynamiką zapewniającą równomierne i intensywne przekazywanie ciepła od płomienia do powierzchni grzewczej. W firmie INSTAL KATOWICE S.A. produkowane są również spawane rury ożebrowane. Nowoczesna technologia spawania żeber pozwala na uzyskanie rur o wyraźnie wyższej intensywności wymiany ciepła niż rury nieożebrowane lub z luźno nawiniętą taśmą typu Faviera. Stosowanie spawanych rur ożebrowanych w kotłach energetycznych pozwala na uzyskiwanie wyższych sprawności kotłów. Wymienniki ciepła wykonane ze spawanych rur ożebrowanych mogą być stosowane w kotłach jako podgrzewacze wody, parowniki, przegrzewacze pary lub ekonomizery.
EN
The steam and water boilers applied in polish industry and urban heating stations, mostly fired by coal, are the main source of severe environmental pollution. The INSTAL KATOWICE S.A. manufactures low emision gaseous burners type EPK of power 1, 5, 10 and 20 MW designed by Department of Process Energy of Silesian Technical University. The EPK burners are characterized by efficient and low emission combustion. Testing of a 1 MW burner produced flue gases containing CO= 28 ppm and NOx = 20 ppm. Intensive gasdynamics generated by EPK burners guaranties uniform heat transfer from the flame to the heating surfaces, thus enabling the enhancement of the boiler efficiency both in boilers designed for gaseous fuels as well as in coal fired boilers converted into gaseous fuels. INSTAL KATOWICE S.A. produces also welded finned tubes. New welding technology enabled to obtain finned tubes of enhanced heat transfer intensity, much higher then of the smooth tubes or tubes with Favier type belts. Application of the welded finned tubes in boilers and economizers allows to improve the energy conversion efficiency.