Jenis Pembakar di Tungku Pemanasan Ulang

Jenis Pembakar di Tungku Pemanasan Ulang

Saat ini industri baja sedang menghadapi tantangan besar dari pengurangan emisi lingkungan secara terus menerus sambil meningkatkan kelayakan ekonomi dari proses tersebut. Pemanasan ulang tungku karena konsumsi energinya yang tinggi merupakan salah satu bidang yang membutuhkan perhatian industri baja. Mereka adalah peralatan penting yang berkontribusi pada produktivitas dan efisiensi energi pabrik baja.

Tungku pemanasan ulang modern adalah tungku balok berjalan di mana balok mengangkat bahan baja muatan (billet, mekar atau lempengan) di dalam tungku dan memindahkannya ke posisi berikutnya. Pemanasan dilakukan di tungku ini dengan menembakkan langsung bahan bakar baik dari atas maupun bawah bahan pengisi baja, menggunakan pembakar atap (untuk memanaskan atap yang kemudian memancarkan panas ke bahan pengisi baja) dan/atau pembakar api panjang ( dinding samping atau/dan dinding depan). Bahan bakar yang umum digunakan dalam tungku pemanas ulang adalah gas campuran dengan nilai kalori rendah (gas tanur sembur dicampur dengan gas oven kokas dan gas konverter), gas oven kokas, minyak berat, stok berat belerang rendah (LSHS), atau gas alam.

Parameter penting untuk tungku pemanas ulang meliputi sistem pembakaran yang terdiri dari bahan bakar yang digunakan, suplai dan kondisi teknologi udara pembakaran, pembakar dan lokasinya untuk distribusi panas yang tepat, pemanasan awal udara pembakaran dan gas bahan bakar, sistem pemulihan panas limbah, rasio bahan bakar udara, kontrol draft tungku, sistem pembuangan tungku, dan pengukuran parameter tungku dan sistem kontrol. Sistem pembakaran tungku selain mendukung tingkat produktivitas tungku yang diperlukan, memastikan pemanfaatan input panas yang efisien, kehilangan panas yang lebih rendah, pemulihan limbah panas yang efisien, kerusakan minimal pada refraktori tungku, dan generasi yang lebih rendah dari gas rumah kaca khususnya NOx. Sistem pembakaran tungku juga memastikan atmosfer tungku yang meminimalkan pembentukan kerak pada permukaan baja.

Sistem pemulihan panas telah banyak digunakan di pabrik baja untuk mengurangi kehilangan panas gas buang dari tungku pemanas ulang. Karena kehilangan panas gas buang menyumbang persentase kehilangan panas yang tinggi, efisiensi tungku ditingkatkan dan konsumsi bahan bakar dikurangi dengan penggunaan sistem pemulihan panas. Dua jenis sistem pemulihan panas biasanya digunakan yaitu sistem terpusat dan sistem terdistribusi. Sistem pemulihan panas terpusat memanaskan udara pembakaran dengan recuperator logam dengan panas dari gas buang dan saat ini digunakan secara luas. Namun, suhu udara panas maksimum yang dapat dicapai dengan metode ini adalah sekitar 600 derajat C dengan suhu tungku sekitar 1300 derajat C karena keterbatasan suhu bahan. Sistem pemulihan panas terdistribusi terdiri dari sistem pembakar regeneratif tipe switching dengan penggunaan bola keramik (biasanya alumina) sebagai media regeneratif. Ini menyediakan udara yang dipanaskan terlebih dahulu dengan suhu yang lebih tinggi daripada sistem terpusat.

Burner yang digunakan dalam tungku pemanas ulang merupakan salah satu aspek penting yang menentukan efisiensi energi tungku pemanas ulang. Spesifikasi baja yang berbeda memerlukan profil suhu yang berbeda dalam tungku pemanas ulang. Oleh karena itu, untuk distribusi panas yang tepat di dalam tungku, penting bahwa pembakar harus memiliki fleksibilitas sehingga personel operasi dapat menyesuaikan parameter pembakaran agar sesuai dengan kondisi proses yang beragam. Burner harus memiliki rasio turn down yang tepat, kemampuan NOx yang rendah, dan efisiensi yang tinggi.

Penataan burner dalam tungku pemanas ulang juga sangat penting untuk karakteristik pemanasan tungku. Menurut posisi pembakar dalam tungku, pengaturan diklasifikasikan ke dalam tiga metode pemanasan yaitu (i) Penggunaan pembakar aliran aksial di dinding depan, (ii) penggunaan pembakar samping di dinding samping, dan (ii) Penggunaan pembakar datar api pembakar berseri-seri di atap. Setiap metode pemanasan memiliki karakteristiknya sendiri. Metode pemanasan tertentu atau kombinasi metode pemanasan diadopsi untuk tungku pemanasan ulang agar sesuai dengan kondisi lokal di pabrik baja. Di pabrik baja di mana banyak bahan bakar tersedia, pembakar harus memiliki kemampuan untuk menggunakan banyak bahan bakar.

Tungku pemanas ulang harus dirancang untuk memastikan bahwa dalam waktu tertentu bahan pengisi baja dipanaskan secara merata sampai suhu yang diinginkan dengan jumlah bahan bakar minimum. Karena pemanasan dilakukan dengan menggunakan pembakar, berikut ini perlu dipastikan untuk distribusi panas yang tepat.

• Pembakaran tungku pemanas ulang harus dilakukan oleh pembakar yang terletak di ujung pembuangan tungku dan terletak di bagian atas dan/atau bawah bahan pengisi baja.
• Nyala api tidak boleh menyentuh atau terhalang oleh benda padat apapun. Setiap obstruksi menyebabkan partikel bahan bakar mengalami de-atomisasi, yang mempengaruhi pembakaran dan menyebabkan asap hitam. Jika nyala api menimpa bahan pengisi baja, maka kerugian skala meningkat. Jika nyala api mengenai refraktori, produk dari pembakaran tidak sempurna dapat mengendap dan bereaksi dengan konstituen refraktori pada suhu tinggi yang menyebabkan kerusakan pada refraktori tungku.
• Api dari pembakar yang berbeda harus jelas satu sama lain, karena api yang berpotongan menyebabkan pembakaran yang tidak sempurna. Juga diinginkan untuk menyalakan pembakar di sisi yang berlawanan.
• Api burner memiliki kecenderungan untuk bergerak bebas di ruang pembakaran tepat di atas material. Untuk alasan ini, sumbu pembakar di tungku tidak ditempatkan sejajar dengan perapian tetapi pada sudut ke atas. Namun nyala api tidak boleh mengenai atap tungku.
• Pembakar besar menghasilkan nyala api yang lebih lama, yang biasanya sulit untuk dipadamkan di dalam dinding tungku. Oleh karena itu, sejumlah besar pembakar dengan kapasitas lebih rendah umumnya digunakan untuk memastikan distribusi panas yang lebih baik di dalam tungku dan juga untuk meningkatkan masa pakai tungku.

Pembakar yang digunakan dalam tungku pemanas ulang adalah api panjang atau api datar.

Pembakar api datar

Pembakar api datar (TBS) biasanya digunakan di atap tungku pemanas ulang. Karena pembakar ini, perpindahan panas radiasi berorientasi tidak langsung terjadi. Panas dari pembakaran bahan bakar dipindahkan ke bahan pengisi baja tidak hanya langsung dari nyala api, tetapi juga melalui lapisan refraktori atap tungku. Nyala api, yang biasanya tidak bercahaya, dicirikan oleh suhu tinggi dan emisivitas yang relatif rendah sesuai dengan radiasi selektif karbon dioksida dan uap air. Karena kurangnya dampak nyala api pada bahan pengisi baja, tungku pemanas TBS dikenal sebagai tungku pemanas tidak langsung.

Pembakar dirancang untuk menyebarkan api di atas permukaan atap dalam lapisan tipis. Karena laju aliran gas pembakaran dalam arah sumbu pembakar dapat diabaikan, suhu atap tahan api meningkat karena perpindahan panas intensif dari nyala api ke atap. Dengan cara ini, atap tahan api bertindak sebagai permukaan pancaran utama.

Penggunaan pembakar api datar dianggap tepat dan menguntungkan ketika bahan pengisi baja di tungku pemanas ulang memiliki permukaan datar yang besar, mungkin sejajar dengan atap tungku dan ketika suhu pemanasan bahan pengisi baja di atas 900 derajat C. Berikut ini adalah keuntungan dan kerugian utama dari tungku berbahan bakar TBS

Distribusi suhu di ruang tungku TBS dan di bahan muatan baja lebih seragam. Ada kontrol suhu yang memuaskan dari masing-masing zona yang memungkinkan untuk mencapai keluaran tungku yang diperlukan.

• Tingkat pemanasan yang lebih cepat, karena TBS, mengurangi waktu paparan bahan pengisi baja ke suhu tinggi. Oleh karena itu terjadinya oksidasi permukaan atau fenomena seperti dekarburisasi dan struktur baja butiran kasar sangat berkurang.
• Pengurangan besar dalam konsumsi bahan bakar hingga hampir 40% dapat dicapai setelah penurunan 100% hingga 50% pada keluaran tungku.
• Pencampuran bahan bakar gas dan udara pembakaran yang intensif memastikan pembakaran campuran yang cepat dan sempurna pada nilai udara berlebih yang rendah.
• Kerugian dasar dari pemanasan atap adalah risiko panas berlebih pada permukaan material pengisi baja setelah perubahan mendadak pada keluaran tungku.
• Laju pemanasan yang berlebihan di awal ruang tungku dapat menyebabkan tekanan termal yang tidak diinginkan dan deformasi struktural pada bahan pengisi baja.

Pembakar api panjang

Berbagai macam pembakar api panjang dengan berbagai karakteristik dan kapasitas berbeda tersedia di pasaran. Burner ini tersedia dalam berbagai kapasitas dan sesuai dengan penggunaan bahan bakar yang berbeda seperti minyak, gas, atau bahan bakar ganda.

Dalam tungku pemanasan ulang dengan pembakar api panjang, karena bagian utama dari pemanasan bahan pengisi baja terjadi secara konveksi, sirkulasi ulang produk pembakaran secara substansial berkontribusi pada kecepatan pemanasan dan keseragaman suhu. Pembakar api panjang menghasilkan gas berkecepatan tinggi yang menarik dan mensirkulasikan kembali gas pembakaran untuk mencapai keseragaman suhu di tungku dengan udara berlebih yang minimum.

Pembakar di dinding depan tungku pemanas ulang biasanya memiliki nyala api yang lebih panjang sedangkan yang berada di dinding samping tungku memiliki nyala variabel yang lebih pendek. Pembakar di dinding depan tungku pemanasan ulang biasanya dari jenis pembakaran aliran aksial dan membutuhkan berbagai penyesuaian. Mereka adalah pembakar berkapasitas besar dan memiliki batasan panjang per zona ke arah panjang tungku. Aliran gas yang terbakar di dalam tungku halus sepanjang tungku. Bagian hidung pembakar membuat struktur tungku menjadi rumit. Dengan pembakar ini ada keseragaman pemanasan di sepanjang lebar tungku tetapi suhu cenderung turun di bagian hidung ke arah panjang tungku. Kemampuan kerja relatif baik kecuali di sekitar burner di area yang lebih rendah di mana suhunya relatif tinggi.

Pembakar di dinding samping membutuhkan rentang penyesuaian yang sempit. Pembakar ini juga berkapasitas besar dan memiliki keterbatasan dalam arah lebar tungku. Aliran gas pembakaran cenderung melayang karena arah burner tegak lurus dengan arah panjang tungku. Karena tidak ada bagian hidung di pembakar ini, mereka tidak mempersulit struktur tungku. Pembakar memiliki keseragaman yang baik dalam arah panjang tungku tetapi keseragaman yang buruk dalam arah lebar tungku. Kemampuan kerja relatif baik dengan pembakar ini.

Pembakar regeneratif dan penyembuhan

Sebuah burner regeneratif adalah dengan sistem pemulihan panas yang memulihkan panas limbah dari gas buang tungku untuk memanaskan udara pembakaran yang dibutuhkan untuk pembakaran bahan bakar di burner. Penggunaan pembakar regeneratif untuk memanaskan ulang tungku dapat memberikan penghematan energi yang signifikan.

Pembakar regeneratif dirancang untuk memulihkan panas ke udara masuk dengan mentransfer panas dari gas buang ke udara masuk yang akan digunakan dalam pembakaran. Burner regeneratif memiliki dua set burner masing-masing dengan regenerator dan katup pembalik. Regenerator menggunakan bola keramik (biasanya alumina) untuk mengumpulkan panas. Sementara pembakar regeneratif pertama menyala, yang lainnya menghabiskan gas tungku. Gas buang dilewatkan melalui tubuh pembakar regeneratif dan mentransfer panas ke bola keramik. Oleh karena itu, panas dari gas buang dipindahkan ke udara masuk karena dilewatkan melalui bola keramik yang dipanaskan. Katup pembalik mengatur arah aliran udara yang masuk ke kepala burner, yang membuat suhu udara masuk mirip dengan suhu udara masuk. Suhu Operasional. Karena suhu udara pembakaran awal yang tinggi, burner regeneratif dapat menghemat bahan bakar dan membuat pembakaran dengan efisiensi tinggi.

Dalam kasus pembakar penyembuhan, struktur pembakar mirip dengan tabung penukar panas radiasi yang memanaskan udara masuk hingga suhu yang lebih tinggi (sekitar 750 derajat C) dengan memulihkan panas dari gas buang ke udara masuk. Oleh karena itu, pertukaran panas dalam burner dapat meningkatkan efisiensi pembakaran dan menghemat biaya bahan bakar sekitar 25% hingga 30%.

Prinsip pembakar regeneratif ditunjukkan pada Gambar 1. Pembakar pertama dalam mode pembakaran sedangkan pembakar kedua dalam mode melelahkan. Pembakar pertama menyala dengan udara pembakaran hangat yang bertiup melintasi pembakarnya. Pembakar kedua menerima gas buang panas keluar dari tungku ke bola keramik untuk menjaga panas di kompor. Hanya setelah melewati panasnya, gas buang dilepaskan. Setelah periode setengah menit hingga satu menit, pembakar kedua beralih ke mode api sementara pembakar pertama mulai menerima gas buang panas. Mode pembakaran dan penerimaan burner beroperasi secara bergantian dan terus menerus sampai tungku pemanasan ulang dihentikan. Temperatur udara panas yang tinggi membuat proses pembakaran menjadi sangat efisien.

Prinsip pembakar penyembuhan juga ditunjukkan pada Gambar 1. Suhu udara masuk dipanaskan terlebih dahulu sebelum pembakaran di tungku dengan teknik pertukaran panas. Gas buang mengalir melalui burner yang dilengkapi dengan penukar panas yang dipasang di dalam burner. Panas dari gas buang ditukar ke udara masuk sebelum mengalir keluar dari burner. Gas buang mengalir melalui area di sekitar bagian luar burner dan panas dipertukarkan di dalam burner.

Gbr 1 Prinsip sistem burner regeneratif dan recuperative

Pembakar bahan bakar oxy

  Bahan bakar oxy mengacu pada praktik penggantian total udara sebagai sumber oksidator untuk pembakaran dengan oksigen kelas industri. Pembakaran bahan bakar oxy mengurangi atau menghilangkan nitrogen dalam udara pembakaran dan secara substansial mengurangi limbah panas yang dilakukan dengan gas buang. Pembakar bahan bakar oxy dapat digunakan dalam tungku pemanasan ulang suhu tinggi di mana keseragaman suhu sangat penting dan diinginkan emisi NOx yang sangat rendah.

  Keuntungan umum mengganti udara dengan oksigen kelas industri adalah kandungan nitrogen yang ada di udara yang dibawa ke proses pembakaran hampir atau seluruhnya dihilangkan. Pengurangan nitrogen dalam pembakaran memungkinkan suhu nyala api yang lebih tinggi dan efisiensi pembakaran karena volume gas pembakaran yang lebih rendah mengurangi jumlah panas yang diambil dari nyala api dan hilang dalam gas buang.

Manfaat penggunaan bahan bakar oxy dibandingkan dengan pembakaran bahan bakar udara adalah (i) pengurangan konsumsi energi, (ii) peningkatan laju pemanasan yang menghasilkan produksi yang lebih tinggi tanpa peningkatan titik setel suhu tungku, dan (iii) pengurangan emisi tungku

Api bahan bakar oxy memiliki suhu yang lebih tinggi dengan volume dan panjang yang lebih sedikit daripada api bahan bakar udara. Karakteristik nyala api dengan bahan bakar oxy perlu dipertimbangkan ketika merancang sistem burner bahan bakar oxy untuk aplikasi pemanasan ulang baja. Umumnya, pemanasan baja menuntut distribusi suhu yang merata sehingga pemanasan berlebih atau pemanasan berlebih yang terlokalisir dalam produk dapat dihindari. Jenis dan penempatan pembakar bahan bakar oxy tergantung pada jenis tungku dan kedekatan api dengan produk baja.

Api bahan bakar oxy memiliki suhu yang lebih tinggi dengan volume dan panjang yang lebih sedikit daripada api bahan bakar udara. Karakteristik nyala api dengan bahan bakar oxy perlu dipertimbangkan ketika merancang sistem burner bahan bakar oxy untuk aplikasi pemanasan ulang baja. Umumnya, pemanasan baja menuntut distribusi suhu yang merata sehingga pemanasan berlebih atau pemanasan berlebih yang terlokalisir dalam produk dapat dihindari. Jenis dan penempatan pembakar bahan bakar oxy tergantung pada jenis tungku dan kedekatan api dengan produk baja.