燃焼ヒーターは、石油精製、石油化学、発電、冶金学などの産業において重要な資産であり、プロセス反応、蒸留、熱伝達に必要な高温を提供する。環境規制は、特に窒素酸化物(NO])を中心に、硫黄酸化物(SO]])、およびその改良された材料は、これらの材料の効率性を向上させ、これらの材料は、その材料の効率性を向上させ、その改善に寄与する。

燃焼ヒーターにおける燃焼の基礎

イノベーションを認めるには、燃焼ヒーター内の基本的な化学と流体の動的を理解することができます。 空気中の炭化水素燃料の燃焼は熱、CO]2の形成、水蒸気、および微量汚染物質を生成します。 NO]xは、高火炎の温度(Zeldovichメカニズム)を介して3つの主要なルートを形にします(1500°C)、低燃油性液体、および低燃油性液体の発生性廃棄物は、窒素の発生を抑制します。

革新的なバーナー技術

バーナー技術は、熱伝達と効率性を維持または改善しながら、排出量を削減するために出現しました。各々は、空気や燃料のステージング、内部の排ガス再循環、プレミックス、または酸素の濃縮などのさまざまな原則を悪用します。

プレミックスバーナ

プレミックスバーナーは、燃焼とピークの火の温度を下げるより均一な燃焼を可能にし、点火の前に燃料と空気を混合します。 現代のバリアントには、混合液の表面安定バーナーが含まれており、混合物が炎を安定させ、熱を放射する多孔質マトリックスを通過します。 この設計は、NOxの下のレベルを30 ppm未満(3% O:4])とCOFLT:4:COFLT:4:CO4:CO4:CO4:CO4:CO2:CO2:CO4:CO4:CO4:CO4:CO4:CO4:CO4:CO4:CO4:CO4:CO4:CO4:CO4:CO4:CO4:CO4:CO4:CO4:CO2:CO2:CO4:CO4:CO2:CO2:CO4:CO2:CO4:CO2:CO2:CO2:CO2:CO2:CO2:CO2:CO2:CO2:CO2:CO4:CO2

低NOx]バーナー

最も広く展開されたカテゴリ、低NOx])バーナーは、混合し、炎の温度を下げる段階的な燃焼を使用します。 2つの一般的な方法:

  • 空気のステージング:]] 燃焼空気の一部は、熱を抑制する燃料が豊富な燃料リーンゾーンを作成して、別のポートを介して注入されますx。 典型的なNO[]x] 削減:従来のバーナーと比較して40〜70%。
  • 燃料のステージング:]燃料は、一次および二次ゾーン間で分割されます。 第一次は、豊富な燃焼し、二次燃料は低温環境で無駄を燃やします。
  • [内燃ガス再循環(FGR):]]]燃焼エアロダイナミクスは、燃焼ガスを燃焼に再循環させ、酸素を希釈し、熱を吸収します。 これは、NO[]]x[を、いくつかの設計で単一デジタルppmレベルにドロップすることができます。

オキシ燃料燃焼

空気の代わりに高純度酸素を使用して窒素バラストを排除し、NO[]x]]を劇的に(多くの場合<10 ppm) and producing a flue gas rich in CO]2を、委託や利用のために簡単にキャプチャします。 難燃温度は高く、熱伝達を改善し、燃料消費量を減らすことができます。 しかし、より高い放射熱の変動に耐える材料の必要性は、特定の用途にCOFLT[FLT]を消費する:COFLTFEL[F]を消費する:COFLTF]を消費する:COFLTFLTF]を消費する:COFLTF:COF:4を消費する:4を消費する:COFLTF:COF:COF:COF:4:F:COF:COF:COF:COF:F:COF:4:COF:F:COF:COF:F:F:COF:F:COF:COF:COF:COF:COF:COF:COF:COF:COF:COF:COF:COF:COF:COF:COF:

難燃性燃焼(MILD燃焼)

難燃性燃焼は、適度なまたは激しい低酸素希釈(MILD)燃焼とも呼ばれ、可視炎の前部が存在していないような高希釈で燃焼製品と混合燃料を作動させます。 反応は、比較的低い(<1300°C) and uniform temperatures, virtually eliminating thermal NO])x[])で体積を発生し、CO排出量を削減します。 多孔質なメディアバーナーは、この体制を安定させる1つの実装です。 火災ヒーターとブラスト炉の産業試験は、NO[FLT]を加熱しました[FLT][FLT]]][FLT]]]][FLT]]]]]を加熱します。

超低音x]と水素・リーディングバーナ

カリフォルニアのエアリソースボード(])とEU指令、超低NO[[xバーナー5 ppm未満のターゲットレベルを駆動しました。 彼らは、FGR、プレミックス、および電子燃料空気比制御でステージング高度な空気を組み合わせます。 これらのバーナーの増大数は、100%の水素または水素/天然ガスブレンドで動作するように設計されている。 現時点では、これらの難燃性は、低燃性を増加し、および低燃性は、低燃性は、低燃性は、低燃性は、低燃費は、低燃費は、低燃費は、低燃費は、低燃費は、低燃費は、低燃費は、低燃費は、低燃費は、低燃費は、低燃費は、低燃費は、低濃度、低燃費は、低濃度、低濃度、低燃費、低燃費、低燃費、低濃度、低燃費、低濃度、低燃費、低濃度、低燃費、低濃度、低濃度、低濃度、低濃度、

デジタル制御システムとの統合

現代のバーナーシステムは、デジタル制御、センサー、機械学習アルゴリズムとますます組み合わせています。 リアルタイムの燃焼温度監視、O]2]、CO、NOx[])、およびバーナー圧力により、自動で空気/燃料比のトリミングが可能になります。 このデジタルループは、さまざまな負荷と燃料組成物にわたってピーク効率と低排出を維持し、燃料の消費量を予測するだけでなく、燃料の維持を削減する必要があり、このようなシステムが低減される。

燃料の柔軟性および未来の燃料

革新的なバーナーは、天然ガスや精製ガスだけでなく、水素、アンモニア、バイオガス、合成燃料の洗浄のために設計されている。燃料の柔軟性は、次の10年間にわたって低炭素燃料に移行する可能性のある産業プラントにとって不可欠です。例えば、U.S.エネルギーの部門]]は、ハードウェアスワップなしで最大100%の水素ブレンドを処理することができるバーナーの研究開発を支援します。 Ammoniaは、NOLTを燃焼する必要があります。[FLTFLT]は、NOFLT:[FLT]を燃焼する]:[FLT]を処理する必要があります。[FLT]:[F]:[F]:[FLT]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]

環境・経済活動

高度なバーナー技術を採用することで、複数の利点が得られる:

ほとんどの場合、燃焼ヒーターを新しいバーナー技術で改装するための返金期間は、燃料コストと排出量の重症度に応じて、1〜3年です。

課題と考察

利点にもかかわらず、革新的なバーナーを実装することはトレードオフを含みます。既存のヒーターを修正するには、火箱、空気予熱器、または制御システムへの変更が必要である。コストは、特にFGRダクトやステージングポートのための限られたスペースを持つ古いユニットにとって重要なことができます。いくつかの低NOx]])バーナーは、低負荷でCOレベルを増加させ、追加の触媒酸化または慎重に要求するか、または燃焼するかどうかを要求します。 水素は、別の危険性を発生させるかどうかを検証します。

未来の展望と研究の方向

先に見て、燃焼ヒーターバーナー技術は、産業電気化、カーボンキャプチャ、およびデジタル化の広範な傾向と収斂する可能性が高い。プロセス加熱の電化(電気ヒーターまたはハイブリッドシステムを使用して)は、いくつかのアプリケーションでバーナーを補完または置換する可能性がありますが、非常に高温および大規模な熱義務のために、燃焼は不可欠です。 研究優先事項は次のとおりです。

  • 天然ガスと水素、アンモニア、バイオマスを結合し、ダイナミックな燃料切換えが可能。
  • リアルタイムの最適化のためにレーザーセンサーとAIを用いた高度な難燃診断。
  • プラント全体のエネルギー管理システムによるバーナー制御の統合
  • 腐食性環境に耐える材料の開発(例えば、オキシ燃料やアンモニア燃焼)。

「産業加熱装置協会(IHEA)」や「DOEの産業効率・脱炭素化室」などの政府プログラムがイノベーションを推進し、その取り組みは、コスト効率・信頼性・変化するエネルギー環境に適応できる、近距離の排熱ヒーターの実現を目指します。

コンテンツ

革新的なバーナー技術は、燃焼性能を犠牲にすることなく、産業が大幅にクリーナーになることができることを証明しています。 プレミックスおよびローノ]xのデザインから難燃性およびオキシ燃料システムまで、各進歩は、効率性を向上させるときに特定の排出経路をアドレスします。 デジタル制御と燃料フレキシブルな設計と組み合わせると、これらのバーナーは、現在の環境規則と将来の脱炭素化目標の両方を満たすための実用的なパスを提供します。 広範囲な研究の技術を加速します。