Sprężone powietrze jest jednym z najdroższych mediów w zakładzie, a mimo to często stanowi integralną część procesu chłodzenia i hartowania gazu. Dysze dwupłynne wykorzystują go do przekształcania cieczy w drobne kropelki, które szybko odparowują i schładzają gaz, zanim dotrze on do urządzeń znajdujących się dalej w linii technologicznej. W niniejszym artykule wyjaśniono, co wpływa na zużycie sprężonego powietrza w procesie chłodzenia gazu oraz w jaki sposób nowsze konstrukcje dysz, takie jak wydrukowana w technologii 3D dysza FloMax® ECO, pozwalają je zmniejszyć bez utraty wielkości kropelek.
Dlaczego chłodzenie gazu zależy od sprężonego powietrza
Chłodzenie i kondycjonowanie gazu pozwala kontrolować temperaturę, objętość i wilgotność gazu procesowego. Prawidłowo przeprowadzone chroni urządzenia, takie jak filtry workowe, odpylacze elektrostatyczne (ESP) i wymienniki ciepła, a także pomaga zakładowi utrzymać się w granicach limitów emisji. W przypadku nieprawidłowego działania krople, które nie wyparują na czas, powodują zawilgocenie i gromadzenie się osadu. Proces ten jest powszechnie stosowany w cementowniach, hutach stali, zakładach chemicznych, elektrowniach, spalarni odpadów oraz zakładach celulozowo-papierniczych.
Kluczową rolę odgrywa wielkość kropelek. Mniejsze kropelki mają większą powierzchnię w przeliczeniu na objętość cieczy, dzięki czemu odparowują szybciej i pochłaniają ciepło na krótszym odcinku. Dysze dwupłynne (rozpylające powietrzem) wytwarzają te małe kropelki, wykorzystując sprężone powietrze lub parę wodną do rozbijania cieczy. Stąd też wynikają związane z tym koszty. Sprężanie powietrza wymaga dużej ilości energii elektrycznej, a tylko ułamek tej energii jest ostatecznie wykorzystywany w dyszy. Każdy metr sześcienny powietrza, którego dysza nie potrzebuje, to energia, której zakład nie musi kupować.
Czynniki wpływające na zużycie sprężonego powietrza w dyszy dwupłynnej
Zużycie powietrza nie jest stałe. Największy wpływ ma pięć czynników:
- Wydajność atomizacji: ile powietrza potrzebuje dysza, aby uzyskać określoną wielkość kropli. Kluczowe znaczenie ma konstrukcja wewnętrznych kanałów powietrznych i cieczowych.
- Współczynnik regulacji: stosunek maksymalnego do minimalnego przepływu cieczy. Obciążenia związane z chłodzeniem gazem zmieniają się wraz z warunkami procesu. Dysza o wysokim współczynniku regulacji może dostosowywać się do obciążenia przy stałym ciśnieniu powietrza, dzięki czemu nie marnuje powietrza przy częściowym obciążeniu.
- Strategia sterowania: sterowanie w pętli zamkniętej, które dostosowuje przepływ cieczy i powietrza rozpylającego w oparciu o temperaturę gazu, takie jak system chłodzenia gazu AutoJet®, pozwala uniknąć nadmiernego rozpylania.
- Rozmieszczenie i kąt rozpylania: kropelki potrzebują wystarczającej odległości i czasu przebywania, aby wyparować. Symulacje, takie jak CFD, pomagają w prawidłowym rozmieszczeniu lanc i iniektorów. Przykład instalacji DeNOx w fabryce szkła w Pizie pokazuje, jak ograniczona długość prostej rury wynosząca 13 metrów wpłynęła na wybór dysz.
- Wydajność dyszy: większe natężenie przepływu na dyszę oznacza, że do wykonania tej samej pracy potrzeba mniej dysz.
Jak druk 3D zmienia konstrukcję dysz
FloMax® ECO to dysza z atomizacją powietrzną typu „hollow-cone” (pusty stożek), wykonana metodą druku 3D. Produkcja addytywna umożliwia tworzenie wewnętrznych ścieżek przepływu, które trudno jest wykonać metodami konwencjonalnymi, a dysza składa się z jednego elementu oraz uszczelki. Celem jest efektywne wykorzystanie sprężonego powietrza przy jednoczesnym wytwarzaniu drobnych kropelek niezbędnych do chłodzenia gazowego. Kluczowe dane dotyczące wydajności:
- Wielkość kropli: od 5 do 250 µm
- Zużycie powietrza: o około 20% niższe
- Zakres regulacji: 10:1
- Wzór rozpylania: stożek drążony, kąt rozpylania od 20° do 55°
Aby zapoznać się z pełną ofertą, w tym z wersjami zapobiegającymi tworzeniu się strzępów, wersjami typu X oraz z atomizacją parową, zapoznaj się z broszurą dotyczącą dysz dwupłynnych FloMax®.
Tam, gdzie mniejsze zużycie powietrza ma największe znaczenie
Chłodzenie gazu i hartowanie odbywają się w wielu zakładach przez całą dobę, więc nawet niewielkie oszczędności na każdej dyszy sumują się. Typowe branże to:
- Cementownictwo i górnictwo: chłodzenie gazu w wieżach kondycjonujących i chłodnicach klinkieru. Zobacz materiały budowlane.
- Huta stali i metali nieżelaznych: chłodzenie i kondycjonowanie gazów odlotowych. Zobacz przegląd przemysłowych zastosowań natrysku.
- Przetwórstwo chemiczne: hartowanie i chłodzenie wyparne. Zobacz przetwórstwo chemiczne.
- Wytwarzanie energii i spalanie odpadów: hartowanie spalin chroniące filtry tkaninowe i wymienniki ciepła. Zobacz: technologie procesowe – zastosowania natryskowe.
- Przemysł celulozowo-papierniczy: kondycjonowanie gazów w procesach powlekania, czyszczenia i innych operacjach fabrycznych. Zobacz: celuloza, papier i chusty higieniczne.
Krótka lista kontrolna do przeglądu systemu chłodzenia gazów
- Zarejestruj zużycie sprężonego powietrza na dyszę lub lancę przy typowym i minimalnym obciążeniu.
- Sprawdź, przez jaką część roku system pracuje przy obciążeniu częściowym oraz czy dysze są w stanie dostosować się do tego obciążenia (zakres regulacji).
- Porównaj wielkość kropli z odległością parowania i czasem przebywania w kanale.
- Zwróć uwagę na oznaki niepełnego odparowania, takie jak zwilżanie, osad lub nagromadzenie zanieczyszczeń w dalszej części przewodu.
- Przed wprowadzeniem nowej dyszy do zakładu zweryfikuj ją za pomocą symulacji lub testów rozpylania.
Aby uzyskać więcej informacji na temat znaczenia wielkości kropel i powierzchni, przeczytaj artykuł wyjaśniający, dlaczego dysze rozpylające są niezbędne dla wydajnego procesu chłodzenia.
Często zadawane pytania
Czym jest dysza dwu-płynowa?
Dysza dwu płynna, zwana również dyszą atomizującą powietrzem, miesza ciecz ze sprężonym powietrzem lub parą w celu wytworzenia bardzo drobnych kropelek. Jest szeroko stosowana do chłodzenia gazów, kondycjonowania gazów oraz wtrysku chemikaliów.
Dlaczego zużycie sprężonego powietrza ma znaczenie w chłodzeniu gazów?
Wytwarzanie sprężonego powietrza jest kosztowne, a systemy chłodzenia gazów często pracują w trybie ciągłym. Niższe zużycie powietrza na dyszę zmniejsza koszty energii i wspiera realizację celów zrównoważonego rozwoju.
Czym jest współczynnik regulacji?
Współczynnik regulacji to stosunek maksymalnego do minimalnego przepływu, jaki może obsłużyć dysza. Współczynnik 10:1 oznacza, że przepływ cieczy można zmniejszyć do jednej dziesiątej wartości maksymalnej, podczas gdy dysza nadal rozpyla, co jest pomocne w przypadku zmiennego obciążenia procesu.
W jakich branżach stosuje się dysze do chłodzenia gazowego?
Dysze chłodzące gazem są stosowane m.in. w cementowniach, hutach stali, zakładach przetwórstwa chemicznego, elektrowniach, spalarniach odpadów oraz zakładach celulozowo-papierniczych.
Czy dysza może zużywać mniej powietrza bez tworzenia większych kropel?
Tak. Konstrukcja dyszy decyduje o tym, jak efektywnie energia powietrza jest przekształcana w rozbijanie kropelek. Dysza FloMax® ECO została zaprojektowana tak, aby zapewnić drobne kropelki o wielkości od 5 do 250 µm przy niższym zużyciu sprężonego powietrza.
Chcesz sprawdzić, jaki wpływ na zużycie powietrza w Twoim procesie może mieć wybór dyszy? Porozmawiaj z lokalnym ekspertem ds. rozpylania lub zapoznaj się z innymi zastosowaniami rozpylania.