Hot Gas Generators: An Energy Efficient and Environmentally Friendly use of Resources

761 views

Published on

Introducing new products has long been the tradition of the
Dusseldorf-based company Loesche. In keeping with their
motto “Innovative Engineering” the first coal dust-operated
LOMA® Hot Gas Generator with an output of 30 MWth was
delivered to a client in Bangladesh.

Published in: Technology
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
761
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
21
Actions
Shares
0
Downloads
14
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Hot Gas Generators: An Energy Efficient and Environmentally Friendly use of Resources

  1. 1. АНАЛИЗ ПРОДУКЦИИГенераторы горячего газа:энергоэффективность и экологичноеиспользование природных ресурсовHot Gas Generators:An Energy Efficient and EnvironmentallyFriendly use of Resources Philipp Stolzenburg, LOESCHE GmbH Philipp Stolzenburg, LOESCHE GmbH Dr. Holger Wulfert, LOESCHE GmbH Dr. Holger Wulfert, LOESCHE GmbHB ывод новых продуктов для компании Loesche, Дюссельдорф является давней традицией. Всоответствии со своим девизом «Инновационный Introducing new products has long been the tradition of the Dusseldorf-based company Loesche. In keeping with their motto “Innovative Engineering” the first coal dust-operatedинжиниринг» компания поставила для Заказчика LOMA® Hot Gas Generator with an output of 30 MWth wasв Бангладеш первый генератор горячего газа для delivered to a client in Bangladesh.сжигания пылеугольного топлива (ПУТ) мощностью30 МВт. Камера сгорания без огнеупорной The combustion chamber without refractory lining has a coalфутеровки с горелкой для ПУТ, которая работает без burner which is operated without a supporting flame – a firstвспомогательной горелки – новшество в технологии in hot gas generator technology.генераторов горячего газа. The basis for this development was a research project with aБазисом для инновации послужил исследовательский European university.проект с европейским университетом. To meet all the requirements in the combustion of solid fuelsЧтобы иметь возможность проверить все параметры from different sources for large industrial plants, Loescheпри сжигании угля различного происхождения и has a 1 MW test plant which is connected to a Loesche coalсоотнести эти показатели на большие промышленные mill. All parameters, including the fineness of the coal can beустановки, компания Loesche располагает опытной analysed and optimised during the combustion of solid fuels.установкой мощностью 1 МВт, которая связана сугольной мельницей в режиме онлайн. Таким образом, A new energy consciousness and the scarcity of preciousанализируются и оптимизируются все параметры при energy sources has led to the development of hot gasсжигании пылеугольного топлива, включая тонкость generators which use cheaper fuels, such as solid fuel andпомола угля. gaseous industrial by-products. The cost-saving potential lies between 50% and 70%.Сокращение запасов первичных энергоносителей итребования к энергетической эффективности привели Loesche technology — always one step aheadк созданию генератора горячего газа, который For over one hundred years Loesche GmbH has been64 www.powertecrussia.com
  2. 2. PRODUCT REVIEWможет работать на более дешевом топливе, как successfully building machines, such as mills, classifiers,пылеугольное топливо или побочные промышленные hot gas generators,rotary gates etc., and been involved inгазы. Потенциал экономии ресурсов лежит в plant construction around the world. Loesche develops,диапазоне от 50% до 70%. plans and delivers plant components and complete grinding plants to the cement, iron & steel, power station, industrialТехнологии LOESCHE — всегда на шаг впереди mineral, ore and wood industries and for nonferrousКомпания Loesche GmbH уже более ста лет успешно metallurgy applications.разрабатывает и изготавливает генераторы горячегогаза, воздушные дина-мические сепараторы, The first Loesche hot gas generators were developed, builtпромышленные мельницы, камерные лопастные and delivered in 1960, and were available both with andзатворы и другое оборудование. Loesche занимается without refractory linings. Which hot gas generator wasстроительством комплексных помольных установок used depended on the desired outlet temperature for theпо всему миру. Loesche разрабатывает, проектирует downstream processes and on the dust content of theи поставляет как единичное оборудование, так и process gas to be heated.комплексные установки для цементной промышлен-ности, энергетики, чёрной и цветной Since then these hot gas generators have been subject toметаллургии, горнодобывающей, горнорудной и continuous further development, always represent the latestдеревообрабатывающей промышленности. know-how and conform to the current technical standards. They are characterised by a clean, complete burning processПервые генераторы горячего газа были разработаны, and low emissions.сконструированы и поставлены компанией в 1960г., эти установки предлагаются, как с огнеупорной Loesche hot gas generators are ideally suitable forфутеровкой, так и без неё. Выбор конкретного direct drying processes and are used for example inгенератора зависит от температуры и количества conjunction with:горячих газов, необходимых для последующих » grinding plantsтепловых процессов, а также от возможности » drum-type driersподачи в процесс газов, содержащих твердую фазу, » fluidised-bed furnaces/driersнапример золу от сжигания угольной пыли. » flash driers » spheroidisersГенераторы горяччх газов постоянносовершенствуются, соответствуют современным The hot gas generators can run on a wide range ofзнаниям и техническим стандартам. Они отличаются different fuels:полнотой сжигания топлива, а также низким уровнем » Gas (such as e.g. natural gas, biogas, coke gas, blastвыбросов вредных веществ. furnace gas, lean gas, synthesis gas and LPG) » Light crude, diesel and heavy oils, and other liquidГенераторы горячего газа Loesche идеально подходят refinery wasteдля технологии прямой конвективной сушки и » Wood dust, pulverised lignite, pulverised hard coal,применяются, например, в комбинации с: pulverised petroleum coke» размольно-сушильными установками,» сушильными барабанами, Loesche combustion chambers come in two different» сушилками с кипящим слоем, versions: The LOMA® heater, a combustion chamber made» поточными трубными сушилками, from high temperature steel for maximum hot gas outlet» сушилками-грануляторами и др. temperatures up to 750 °C.Генераторы горячего газа могут работать с различными This steel combustion chamber is — thanks to its industrial,видами топлива: economical and ecological advantages — used in most» газ (природный, био-газ, коксовый, доменный, синтез- cases. The LOMA® heater is adapted to the relevant газ, низкокалорийный, сжиженный, попутный combustion and technological requirements, i.e. there are нефтяной, сбросные горючие газы), design variants depending on the fuel used and depending» жидкое топливо (лёгкое, дизельное, мазут, горючие on the respective burner type on account of different flame жидкие отходы) geometries.» пылевидное топливо из бурого и каменного угля, нефтяного кокса, древесная пыль. This high flexibility on the part of the Loesche combustion chamber demonstrates the innovative approach of LoescheКамеры сгорания Loesche выпускаются в двух and has been utilised around the world in more than 600модификациях: Камера LOMA® изготавливается из plants with thermal output figures of between 0.1 MW andжаростойкой стали, рассчитанной на максимальную 60 MW.www.powertecrussia.com 65
  3. 3. АНАЛИЗ ПРОДУКЦИИтемпературу газа до 750 °C на выходе из.Благодаря своим технологическим, экономическими экологическим преимуществам в большинствеслучаев применяется именно жаростойкая стальнаякамера сгорания. Камера LOMA® проектируется подсоответствующие технические и техно-логическиетребования, т.е. возможны разные конструктивныерешения в зависимости от вида топлива и взависимости от типа горелки и геометрии пламени.Эта особая гибкость в конструкции камеры сгоранияLoesche подчеркивает новаторство компании и находитприменение в более чем 600 установках с тепловоймощностью от 0,1 МВт до 60 МВт, работающих повсему миру. Fig. 1: Генератор LOMA® тип LF 25 с горелкой на природном газе, Дюнкерк, Франция Fig. 1: LOMA® heater type LF 25 with a natural gas burner, Dunkirk, FranceFig. 2: Генератор LOMA® тип LF 16 с горелкой на мазуте,Сан-АнтониоFig. 2: LOMA® heater type LF 16 with a heavy oil burner, SanAntonio, USAГенератор LOMA®Разработанный компанией Loesche в середине1960-х годов генератор с перфорированнойобечайкой - стальная камера сгорания, состоящая Fig. 3: Топка LOMA® тип LF 25, перфорированнаяиз жаростойкой стальной обечайки и муфеля - обечайкапоявилась на рынке под именем «Генератор LOMA®». Fig. 3: LOMA® heater type LF 25, view into theУже на протяжении многих десятилетий Генератор perforated jacketLOMA® применяется по всему миру в различныхтермических процессах и помогает The LOMA® heaterреализовывать технологические процессы наиболее The perforated jacket heater developed by Loesche backоптимально с точки зрения теплотехники. Он in 1960 - a steel combustion chamber made of high-предназначен для нагрева: temperature steel and a burner muffle — was launched onto» свежего воздуха the market under the name LOMA® heater. For decades the» возвратных газов LOMA® heater has been used around the world in a wide» очищенных отработанных газов range of thermal processes in order to provide an optimum» получения высокотемпературного воздуха для thermal configuration of the process. It is used to heat: доменных печей » Fresh air» технологического газа с низким содержанием пыли. » Return gases Предназначенные для нагрева технологические » Cleaned exhaust gases газы с начальной температурой до 350°C подаются в » Hot blast furnace gases генератор через спиральный корпус. » Process gas with low dust content66 www.powertecrussia.com
  4. 4. АНАЛИЗ ПРОДУКЦИИОсобенности Генератора LOMA® These gases to be heated can be introduced at» камера сгорания изготовлена из жаростойкой стали, temperatures of up to 350 °C into the spiral housing. не требуется огнеупорная футеровка (температура на выходе до 750 °C) Features of the LOMA® heater» после пуска возможен быстрый вывод генератора » Combustion chamber manufactured from high- на номи-нальную мощность, потери тепла temperature steels, no refractory lining necessary (outlet минимальны благодаря отсутствию необходимости в temperatures up to 750 °C) подогреве огнеупорной футеровки, » Minimal heat losses on startup of the hot gas generator» практически мгновенная регулировка мощности при due to the absence of heating of a refractory lining, быстром изменении нагрузки therefore startup at full load possible» после остановки высокая скорость остывания камеры » Virtually delay-free adaptation of output in the case of сгорания предотвращает термическую перегрузку rapid load changes последующих агрегатов » High combustion chamber cooling rate, preventing» в случае аварийного отключения, а также во время thermal overloading of downstream components запуска и остановки не требуется аварийный » There is no need for an EMERGENCY STACK in дымоход EMERGENCY SHUTDOWN SITUATIONS and during» возможность быстрого доступа внутрь камеры startup up and shutdown сгорания в целях инспекции » Short-term accessibility for inspections» более длительный срок службы по сравнению с » Longer service life than plants with refractory linings системами с огнеупорной футеровкой » Short installation times, low weight, minimal space» быстрый монтаж, небольшой вес, компактность, requirements, can be installed in existing plants, complete возможность установки в уже существующие pre-assembly also for larger LOMA® heaters системы, полная предварительная сборка даже для » Horizontal and vertical erection possible камер LOMA® больших размеров » Combustion chamber virtually adiabatic - more than» допускается как горизонтальная, так и вертикальная 99 % of the heat can be utilised for the process установка » Operates both in vacuum and overpressure modes» камера сгорания работает практически без » No moving parts in the combustion chamber потерь тепла - более 99 % тепла задействуется в » Low susceptibility to faults/repairs технологическом процессе » Optical monitoring of perforated jacket temperatures» работает как в условиях разрежения, так и при » Customised plants for individual applications Operational избыточном давлении reliability and economic efficiency considerations play a» в камере сгорания отсутствуют подвижные части major role in layout, design and manufacture.» высокая надёжность и минимальные потребности в ремонте Methods of operation» оптический контроль температуры перфорированной The flow of process gas entering via the spiral housing обечайки ➂ cools the protective jacket ➄, the burner muffle ➁» изготовление установок по индивидуальным and the perforated jackets as a result of flow control. требованиям заказчика. The process gas passes through the ring slots ➃ and holes in the perforated jacket into the interior ofПринцип действия the combustion chamber, where it mixes with theПоступающий в спиральный корпус ➂ поток hot smoke gases from combustion. The combustionтехнологического газа за счёт обтекания охлаждает chamber geometry and flow control protect theзащитный кожух ➄, горелочный муфель ➁, а также perforated jacket against the flame and the hot smokeперфорированную обечайку 6. Через кольцевые gases. The combustion chamber has an overallзазоры ➃ и отверстия перфорированной обечайки pressure loss of 2 – 3 mbar.техно-логический газ проходит во внутреннеепространство камеры сгорания и смешивается там When process gases with a light dust content and powderyс горячим продуктами сгорания топлива. Благодаря fuels are used, a vertical arrangement of the LOMA® heater isгеометрии камеры сгорания и направлению потоков always chosen.перфорированная обечайка защищена от пламении горячих газов. Общая потеря давления в камере In processes which require a highly uniform temperatureсгорания состав-ляет 2 – 3 мбар. profile, specially shaped swirl constructions (e.g. baffle plate) with very low pressure losses (< 1 mbar)При использовании технологических газов с are installed in the area of the outlet ➆ or at a shortсодержанием пыли и применении пылевидного distance behind this area. This results in a highly uniformтоплива обычно предпочтение отдается вертикальному temperature distribution after only a distance of 1.5 to 2расположению генератора LOMA®. times the duct diameter.68 www.powertecrussia.com
  5. 5. АНАЛИЗ ПРОДУКЦИИ 1. Горелка 2. Горелочный муфель 3. Спиральный корпус 4. Кольцевой зазор 5. Защитный кожух 6. Перфорированная обечайка 7 Выход горячего газа . 1. Burner 2. Burner muffle 3. Spiral housing 4. Ring slot 5. Protective jacket 6. Perforated jacket 7 Hot gas outlet .Fig. 4: Генератор LOMA® Fig. 4: LOMA® heaterДля процессов, требующих равномерный Hot gas generators for lean gasesтемпературный профиль горячих газов, в области The Loesche steel combustion chamber in combinationвыхода ➆ могут устанавливаться элементы, with a multiple-lance burner (MLB) constitutes a specialперемешивающие поток и обеспечивающие уже development for burning lean gases and is characterised byна расстоянии, равном 1,5 – 2 диаметрам трубы, the following features:равномерное распределение температуры. Это The multiple-lance burner comprises a number ofвызывает незначительную потерю давления individual nozzles for lean gas and combustion air,(< 1 мбар). thereby enabling lean gas to be fully combusted without a supporting flame. Both media strike one another withinГенераторы горячего газа для низкокалорийных газов the nozzle system at high velocity. This provides for anСтальная камера сгорания Loesche в комбинации intensive mixing of the media, and thereby ensures thatс многосопловой горелкой (MLB) представляет the basic requirement for efficient combustion is achieved.собой специальную разработку для сжигания The hot smoke gases emerging from the burner muffleнизкокалорийных газов и характеризуется mix in the area of the perforated jackets with the processследующими особенностями: air to be heated and which is fed to the LOMA® heater via the spiral housing. The high proportion of inert gasesМногосопловая горелка состоит из множества of sometimes over 75 % in lean gases results in a lowотдельных сопел для низкокалорийного flame temperature. For this reason, a start burner installedгаза и воздуха для горения, что позволяет coaxially in the main burner is used to start the LOMA®полностью сжигать газ без применения heater. The function of this start burner (run on naturalподдержи-вающего пламени. Обе среды gas, coke gas, other burnable gases but also light crudeсталкиваются друг с другом на большой oil) is on the one hand to heat up the interior wall of theскорости внутри системы сопел. В результате burner muffle to a specific surface temperature in orderэтого достигается интенсивное смешивание, to ensure that the lean gas is safely ignited (the ignitionт.е. основное условие эффективного сжигания. temperature of e.g. CO is 605 °C).Выходящие из горелочного муфеля горячие газысмешиваются в зоне перфорированной обечайки On the other hand, the start burner is dimensioned in termsс нагреваемым технологическим воздухом, of its output in such a way that the entire plant can be heatedподаваемым в генератор LOMA® через спиральный up above the dew point. The start burner is switched offкорпус. Вследствие высокого содержания в after the main burner has started. The output ranges of theнизкокалорийных газах инертных газов (частично main and start burners are designed to overlap so as toболее 75%), при их сжигании формируется пламя provide continuous operation. The main burner has a control70 www.powertecrussia.com
  6. 6. АНАЛИЗ ПРОДУКЦИИс низкой температурой. Поэтому для запуска range of 1:10, the start burner has a control range of 1:5 toгенератора LOMA® используется стартовая горелка, 1:8. Every necessary operating point within the control rangeустановленная внутри коак-сиально основной of 1:40 to 1:70 can therefore be easily achieved.горелке. Эта стартовая горелка, работающая наприродном, коксовом и других горючих газах, а The excellent control performance of the multiple lanceтакже на лёгком нефтяном топливе, обеспечивает burner is a significant benefit to the downstream processes.разогрев внутренних стенок горелочного More than 50 of these hot gas generators developed andмуфеля до высокой температуры для надёж-ного patented by Loesche are deployed in conjunction withвоспламенения низкокалорийного газа (например, Loesche vertical roller mills and mills of other manufacturersтемпера-тура воспламенения СО составляет 605 around the world in dry-grinding plants (e.g. PCI plants) and°C). Мощность стартовой горелки подбирается так, coal gasification plants for preparing coal for the purpose ofчтобы вся система нагревалась до температуры, smelting iron ore.превышающей точку росы. Main features of lean gas combustion:После запуска основной горелки стартовая горелка » Combustion of lean gases from a calorific value ofотключается. Для обеспечения непрерывного 2800 kJ/m3 (standard conditions) without aрегулирования, рабочие диапазоны основной supporting burnerгорелки и стартовой горелки перекрываются. » Thermal output of 0.5 MW to 60 MWДиапазон регулирования основной горелкисоставляет 1:10, а стартовой горелки - от 1:5 » Wide control rangeдо 1:8. Таким образом, достига-ется суммарный » Short flame and stable combustionдиапазон регулирования около 1:40. » Low CO and NOx content in the exhaust gas Хорошая регулируемость многосопловой горелкиявляется решающим преимуществом длятехнологических процессов. Более 50 генераторовгорячего газа, разработанных и запатен-тованныхкомпанией Loesche, используются по всему мируFig. 6:Генератор горячего газа на доменном газе, MLB 8с камерой LOMA®, типа LF 20, Гент, 2004Fig. 6: Blast furnace gas hot gas generator, MLB 8 with Fig. 5: Многосопловая горелка (MLB)LOMA® heater type LF 20, Ghent, Belgium, 2004 Fig. 5: Multiple lance burner (MLB)72 www.powertecrussia.com
  7. 7. АНАЛИЗ ПРОДУКЦИИс валковыми мельницами Loesche и мельницамидругих производителей в составе установок сушкии помола угля для снабжения пылеугольнымтопливом доменных печей (PCI) или в установкахгазификации угля.Основные характеристики сжиганиянизкокалорийных газов:» Сжигание низкокалорийных газов с теплотворной способностью от 2800 кДж/м3 (в нормальном состоянии) без поддержи-вающий горелки» Тепловая мощность от 0,5 МВт до 60 МВт» Широкий диапазон регулирования Fig. 7: MLB, вид на выходы сопел:» Короткое пламя и стабильное горение Fig. 7: MLB, viewed towards the nozzle outlet» Низкое содержание СО и NOx в отходящих газах Hot gas generators for solid fuelsТвердотопливные генераторы горячего газа Since 1986 the Loesche-developed steel combustionСтальная камера сгорания (Генератор LOMA®), chamber (LOMA® heater) has been successfully usedразработанная компанией Loesche, в комбинации с in combination with multifuel burners of differentмноготопливными горелками различных производителей manufacturers to burn wood dust and pulverised lignite.успешно применяется для сжигания древесной и This steel combustion chamber is the prototype of allбуроугольной пыли ещё с 1986 года. Эта стальная these combustion chambers which are used for differentкамера, созданная в стенах Loesche, послужила про- thermal processes around the world.тотипом для всех подобных камер сгорания, которыеиспользуются по всему миру в различных термических Since 1988 Loesche has supplied a large number of hotпроцессах. gas generators with outputs of up to 60 MW to burn wood dust from the chipboard industry. LOMA® heaters run onНачиная с 1988 г. Loesche поставила множество pulverised lignite are also successfully used. In order toгенераторов горячего газа мощностью до 60 МВт burn solid fuels, a vertical arrangement of the combustionдля сжигания древесной пыли, образующейся при chamber should wherever possible be adopted so as toпроизводстве ДСП. Генераторы LOMA®, работающие avoid slag caking.на буроугольной пыли, применяются с не меньшимуспехом. In view of the increasing scarcity and thus increasing cost of rare energy sources, such as light crude oil andЧтобы предотвратить образование отложений natural gas, customers are increasingly expressingпри сжигании твёрдых видов топлива, следует a desire to use hard coal, brown coal or petroleumпо возможности устанавливать камеру сгорания coke to generate process heat. Loesche has taken upвертикально. this challenge by instigating an appropriate research programme in conjunction with university institutes, sinceПо причине сокращения запасов и соответственно pure steel combustion chambers for burning hard coalудорожания таких энергоносителей, как легкие сорта and petroleum coke are barely available on the market.нефтяного топлива и природный газ, заказчики всё The purpose of this programme has been to gain initialчаще выражают желание использовать каменный и experience of burning solid fuels with a 400 kW dust-firedбурый уголь, а также нефтяной кокс для LOMA® heater.выработки технологического тепла. The Loesche Technology centre also houses an HGGВ ответ на это компания Loesche организовала test rig for solid fuels with a heater output of 1 MW. Whatв сотрудничестве с немецкими университетами is unique about this test rig is that it is directly coupledисследовательскую программу, так как стальных to a Loesche mill. This rig enables Loesche to analyseкамер сгорания, пригодных для сжигания каменного customer-specific coal of all kinds and origins under realугля и нефтяного кокса, на рынке практически не conditions and to determine the combustion parameters.было. Первые исследования по сжиганию твёрдого On the basis of the positive research results and the74 www.powertecrussia.com
  8. 8. PRODUCT REVIEWпылевидного топлива в стальной камере сгорания ensuing development of large-scale plants, it has beenLOMA® проводились на опытной установке мощностью possible to successfully implement in Asia the first LOMA®400 кВт. hot gas generator run on pulverised hard coal with an output of 30 MW (pulverised hard coal as the primary fuel,В техническом центре Loesche построена испытательная heavy oil as the secondary fuel).уста-новка генератора горячего газа для твёрдоготоплива мощно-стью 1 МВт. Уникальность установки Loesche hot-gas generators for solid fuels areзаключается в том, что этот испытательный стенд characterised by the following features:соединён с опытно-промышленной угольной мельницей » High degree of mixing between dust and combustion airLoesche. » Total combustion » Pulsation-free flameЭта система даёт компании возможность в реальных » Monitored flame temperatureусловиях анализировать уголь различного типа и » No caking on the combustion chamber wallsпроисхождения, которым располагает заказчик и » Gases and oils can be used as the second fuelопределять оптимальные техниче-ские параметры » Complete redundancy with secondary fuelпомола и сжигания угля. » No heat-up phase required » Pulsation-free dosing На основе положительных результатов исследованийи нача-той затем разработки промышленной установкив Азии удалось успешно реализовать проект первогогенератора горячего газа LOMA® мощностью 30МВт, работающего на каменноугольной пыли(каменноугольная пыль в качестве первичного топлива,мазут — в качестве вторичного). Генераторы горячегогаза Loesche для сжигания твердого пылевидноготоплива отличаются следующими особенностями:» высокая степень смешения угольной пыли и воздуха для горения» полное сгорание» стабильное пламя» контролируемая температура пламени» отсутствие нагара на стенках камеры сгорания» возможность использования газов и жидкого топлива в качестве вторичного топлива» полноценное дублирование за счет вторичного топлива и повышение надежности» не требуется фаза разогрева» плавное дозирование. Fig. 8: Вид камеры сгорания LOMA® изнутри во время сжигания каменноугольной пыли Fig. 8: View into a LOMA® combustion chamger during burning of pulverised hard coatwww.powertecrussia.com 75

×