Mengoptimalkan Sistem Pembakaran untuk Pemanasan Ulang Baja yang Efisien

Fungsi utama tungku pemanas ulang adalah untuk meningkatkan suhu semi-finished steels (billets, blooms, slabs atau rounds) biasanya ke suhu antara 1000 derajat C dan 1250 derajat C, hingga cukup plastis untuk digiling ke bagian, ukuran atau bentuk yang diinginkan di pabrik giling panas. Tungku pemanas ulang juga harus memenuhi persyaratan dan tujuan spesifik dalam hal laju pemanasan untuk alasan metalurgi dan produktivitas. Di tungku pemanas ulang ada aliran materi yang terus-menerus yang dipanaskan ke suhu yang diinginkan saat berjalan melalui tungku.

Operasi giling panas memerlukan semi-finished steels yang dipanaskan ulang berkualitas tinggi dengan biaya terendah mungkin dan pada tingkat produksi optimal dari pabrik penggilingan. Tungku pemanas ulang yang digunakan untuk memanaskan semi-finished steels di pabrik giling panas mengonsumsi jumlah besar energi dan secara bersamaan menghasilkan jumlah besar polutan. Karena itu, ada kebutuhan untuk meninjau cara untuk pengurangan konsumsi energi serta polutan dan consequently biaya. Ini dapat dilakukan dengan meningkatkan efisiensi bahan bakar tungku pemanas ulang.

Sistem pembakaran tungku pemanas ulang memiliki pengaruh besar baik terhadap kualitas produk semi-finished steel yang dipanaskan ulang maupun terhadap jumlah bahan bakar yang diperlukan untuk pemanasan ulang. Harapan penting dari tungku pemanas ulang saat ini tidak hanya untuk menurunkan emisi polutan dan konsumsi energi, tetapi juga untuk memiliki kualitas produk steel yang ditingkatkan yang dipanaskan, keandalan, suhu seragam, flux panas dan keselamatan peralatan dan personil. Semua ini adalah faktor kunci yang memiliki efek yang besar terhadap sistem pembakaran tungku pemanas ulang.

Hal dasar yang diperlukan untuk memulai dan mempertahankan pembakaran adalah (i) bahan bakar, (ii) oksigen dan (iii) energi yang cukup untuk ignitasi. Proses pembakaran paling efisien jika bahan bakar dan oksigen dapat bertemu dan bereaksi tanpa keterbatasan apa pun. Namun, dalam aplikasi pemanasan praktis tidak cukup untuk mempertimbangkan hanya pembakaran yang efisien tetapi aspek transfer panas juga harus dipertimbangkan. Berikut adalah parameter penting untuk sistem pembakaran di tungku pemanas ulang.

• Jumlah panas yang harus diberikan ke materi muatan.
• Pembangkitan panas di dalam tungku yang diperlukan tidak hanya untuk memanaskan materi muatan tetapi juga untuk mengatasi semua kehilangan panas.
• Transfer sebagian panas yang tersedia dari gas tungku ke permukaan materi muatan yang dipanaskan.
• Persamaan suhu di dalam materi muatan.
• Kehilangan panas dari tungku melalui pintu dan dinding, dll.
• Panas yang dibawa oleh gas buang.
• Emisi polutan (misalnya NOx, dll.) yang disebabkan oleh gas buang.

Udara yang terdiri dari oksigen yang dicampur dengan 78 % nitrogen dan 1 % argon tidak menyediakan kondisi optimal untuk pembakaran dan transfer panas. Nitrogen dalam udara dipanaskan selama proses pembakaran dan untuk menghindari kehilangan energi yang ditransfer ke nitrogen menjadi perlu untuk memulihkan energi ini untuk menghemat bahan bakar.

Panas ditransfer ke permukaan produk padat oleh konveksi, konduksi dan radiasi. Transfer panas di dalam produk hanya oleh konduksi. Ini mengimplikasikan bahwa permukaan produk, yang berubah seiring waktu saat dipanaskan, dimensi dan materi semi-finished steels sangat penting serta dimensi internal tungku.

Untuk pemanasan yang efisien dan merata, komposisi gas dan pola aliran di dalam tungku sangat penting. Strategi pemanasan konvensional yang tidak dioptimalkan mungkin tampak cukup dalam kondisi steady state tetapi tidak menyediakan kualitas dan kinerja biaya yang optimal ketika ada gangguan dalam produksi, variasi dalam grade atau dimensi produk, atau variasi dalam suhu target drop out. Dalam situasi saat ini, diperlukan solusi untuk memberikan kualitas tertinggi dan biaya terendah pemanasan di semua kondisi dengan dampak minimal pada lingkungan.

Pada hari ini, karena pemanasan global, regulasi lingkungan yang ketat memerlukan pengurangan konsumsi bahan bakar spesifik sambil secara bersamaan mengurangi polutan termasuk nitrogen oksida (NOx). Tujuan bertentangan dari konsumsi energi minimum dan pembuangan polutan sambil pada saat yang sama memenuhi persyaratan produksi menantang baik operator maupun pemasok peralatan untuk menggunakan setiap teknologi yang tersedia untuk merancang sistem pembakaran hemat energi dan ramah lingkungan di tungku pemanas ulang.

Dengan desain burner konvensional kedua tujuan ini seringkali bertentangan. Namun, menggunakan teknologi terbaru dan desain burner dengan teknik pembakaran api diffuse, tingkat efisiensi tinggi melalui udara pembakaran yang dipanaskan ulang dengan emisi NOx yang relatif rendah kini telah dicapai.

Ada banyak jenis tungku pemanas ulang yang beroperasi di pabrik baja. Struktur tungku pemanas ulang terdiri dari beberapa zona. Tungku pemanas ulang biasanya dirancang dengan beberapa zona pemanas yaitu (i) zona pemanasan awal, (ii) zona pemanasan, dan (iii) zona soaking. Potongan semi-finished steel diisi ke zona pemanasan awal dan perlahan-lahan bergerak melalui zona pemanasan dan soaking, secara berurutan. Potongan steel dipanaskan ke suhu target kurang lebih di zona pemanasan awal dan zona pemanasan dan di-soak di zona soaking untuk mempertahankan suhu seragam melalui potongan steel, yang terutama dipanaskan oleh transfer panas radiatif dari gas di sekitarnya. Setiap zona memiliki tujuan yang berbeda dan zona biasanya memiliki kontrol burner yang independen meskipun produk pembakaran bergerak melalui zona sebelumnya untuk keluar melalui saluran asap. Rasio udara terhadap bahan bakar biasanya diatur dengan niat untuk menghasilkan tingkat excess oxygen yang diinginkan dalam gas buang. Tujuannya adalah untuk memastikan bahwa semua bahan bakar terbakar di dalam tungku pemanas ulang tetapi pada saat yang sama untuk menghindari udara pembakaran berlebihan yang mengurangi efisiensi pemanasan tungku.

Konstruksi multi-zona tungku pemanas ulang membuat optimasi pembakaran sangat sulit karena interaksi zona, persyaratan produk yang selalu berubah, kecepatan ekstraksi yang berubah, dan tindakan ekstraksi bar itu sendiri. Ada banyak masalah yang dapat menyebabkan drift dalam hasil akhir. Beberapa masalah ini adalah sebagai berikut.

• Pengukuran gas atau udara yang tidak akurat
• Perubahan kelembaban udara
• Jumlah besar bahan bakar atau oksigen yang bermigrasi dari zona lain tungku
• Dalam kasus udara yang dipanaskan ulang melalui recuperators, dapat ada (i) kebocoran pada pipa atau recuperators, (ii) faktor koreksi suhu yang tidak terkalibrasi, dan (iii) variasi musiman
• Aus atau kerusakan pada valve dan aktuator
• Kebocoran di tungku

Selanjutnya berdasarkan kemampuan burner dan tingkat excess oxygen yang diinginkan, rasio stoichiometric tetap diperlukan untuk setiap zona. Rasio mungkin berbeda dari zona ke zona untuk dua alasan berikut.

• Excess oxygen yang diinginkan mungkin berbeda untuk setiap zona karena hubungan antara tingkat oksigen, suhu dan pembentukan skala.
• Stoichiometry mungkin perlu disesuaikan untuk turndown rate burner yang berbeda karena kemampuan mixing dari burner.

Biasanya, operator tungku pemanas ulang tidak tahu apakah oksigen berada di atau dekat set point yang diinginkan karena tidak ada umpan balik proses real-time. Konsekuensi dari mengoperasikan tungku dengan tingkat ketidakpastian ini dapat signifikan. Mempertimbangkan reaksi burner dan produk pembakaran teoretis, ada kemungkinan ketika stoichiometry bervariasi dari set point. Jika tingkat oksigen aktual dalam gas buang melebihi set point, efisiensi berkurang menambahkan biaya bahan bakar yang tidak perlu. Jika tingkat oksigen aktual lebih rendah dari set point maka tingkat karbon monoksida meningkat yang menciptakan kondisi operasi yang tidak aman serta efisiensi yang dikurangi karena bahan bakar yang tidak terbakar keluar dari tungku. Selain itu, controller rasio udara-bahan bakar di tungku pemanas ulang terus-menerus menyesuaikan set point mereka untuk memenuhi permintaan tungku yang berubah dan dengan demikian keadaan oksidasi juga selalu berubah. Dalam praktik tungku pemanas ulang mengalami beberapa tingkat pembakaran yang tidak sempurna. Ada beberapa masalah yang berkontribusi pada mixing yang buruk. Masalah ini adalah sebagai berikut.

• Efisiensi burner
• Turndown
• Kecepatan udara dan bahan bakar tidak cocok
• Kontrol rasio di luar pengaturan
• Kebocoran tungku

Pembakaran yang tidak sempurna karena mixing yang buruk juga dapat menghasilkan koeksistensi karbon monoksida dan oksigen. Dalam praktik umum untuk memiliki baik karbon monoksida dan oksigen yang ada. Oleh karena itu, operasi optimal dari tungku pemanas ulang memerlukan data produk pembakaran real-time dengan sensor yang sesuai.

Recuperator biasanya digunakan di tungku pemanas ulang sebagai unit pemulihan panas limbah untuk mewujudkan efisiensi termal tinggi dan konservasi energi. Panas limbah yang dipulihkan digunakan untuk memanaskan ulang udara pembakaran, yang kemudian diumpani ke burner. Udara yang dipanaskan ulang menghasilkan konservasi energi dan kinerja pembakaran yang baik. Namun, kekurangannya termasuk penggunaan sistem pemulihan panas skala besar untuk panas limbah. Selain itu, suhu udara yang dipanaskan ulang biasanya hanya sekitar 600 derajat C hingga 700 derajat C pada bestenya.

Ada dua perkembangan utama di bidang pemanasan semi-finished steel di masa lalu yang dekat. Perkembangan ini adalah (i) high temperature air combustion, dan (ii) oxygen fuel combustion.

High temperature air combustion

High temperature air combustion (HiTAC) technology menggunakan udara yang dipanaskan ulang melebihi 1000 derajat C. Adopsi teknologi pembakaran ini di tungku pemanas ulang memungkinkan pabrik baja untuk berkontribusi besar pada pengurangan konsumsi energi secara bersamaan serta pengurangan emisi karbondioksida dan oksida nitrogen. Pemanfaatan teknologi HiTAC juga mengarah pada pengurangan ukuran fisik tungku pemanas ulang dibandingkan dengan tipe tungku tradisional.

Konsep dasar teknologi HiTAC adalah kombinasi pemulihan panas limbah maksimum oleh regenerator siklus tinggi dan controlled mixing dari udara pembakaran yang sangat dipanaskan ulang dengan gas buang menghasilkan api yang seragam dan relatif rendah suhu.

Burner regeneratif yang digunakan dalam teknologi HiTAC memiliki karakteristik pembakaran yang unik. Karakteristik ini menghasilkan api yang efisien dan bersih dengan profil suhu dan flux panas yang merata. Properti ini menghasilkan tingkat produksi yang ditingkatkan dan kualitas produk yang lebih baik serta lingkungan yang jauh lebih tenang untuk komponen tungku. Teknologi HiTAC dapat menghasilkan pengurangan biaya operasi.

Teknologi HiTAC memberikan stabilitas api yang jauh lebih tinggi pada semua campuran bahan bakar-udara (termasuk campuran bahan bakar yang sangat kurangi), transfer panas yang lebih tinggi, dan kehilangan panas rendah dari saluran asap (panas limbah). Metode ini menyediakan cara untuk mendaur ulang panas dari sisi suhu tinggi (gas buang) kembali ke sisi campuran yang tidak terbakar menggunakan metode pertukaran panas yang sesuai. Pemanasan awal memberikan enthalpi tambahan pada campuran yang tidak terbakar tanpa pengenceran oleh produk pembakaran.

Dengan teknologi HiTAC ada fitur api yang sangat berbeda, stabilitas api, emisi yang dikurangi, dan penghematan energi yang signifikan. Warna api ditemukan jauh berbeda dari biasanya yang diamati biru atau kuning. Di bawah kondisi tertentu api biru kehijauan dan hijau telah diamati menggunakan bahan bakar hidrokarbon tipikal. Di sisi lain, oksidasi flameless (atau tanpa warna) dari bahan bakar juga telah diamati.

Fitur utama teknologi HiTAC adalah sebagai berikut.

• Pembakaran hidrokarbon dengan suhu pemanasan udara yang sangat tinggi menggunakan regenerator di burner.
• Panas sensible dari produk buang digunakan untuk memanaskan udara pembakaran (suhu lebih dari 1000 derajat C). Teknologi mencoba untuk mendapatkan pemanasan udara dekat suhu target tungku.
• Suhu gas buang sekitar 150 derajat C hingga 200 derajat C.
• Ekstrak sebagian besar energi dalam bahan bakar untuk proses pemanasan.
• Ada penghematan bahan bakar antara 50 % (mengganti udara dingin) dan 30 % (mengganti udara dari recuperators).
• Ada distribusi panas yang sangat merata di tungku.
• Generasi NOx sangat rendah.

Di burner regeneratif, ada konfigurasi pasangan dengan setiap burner beredar antara pembakaran dan pembuangan. Udara pembakaran beredar antara dua set jalur di burner. Ia masuk melalui satu set dan mengambil panas dari materi regenerator di burner. Gas produk pembakaran keluar melalui set lain dan memanaskan materi regenerator ke suhu tinggi. Pada siklus berikutnya udara pembakaran dan produk pembakaran beralih jalur.

Konsep HiTAC diilustrasikan dalam Gambar 1 dan dibandingkan dengan pembakaran tungku pemanas ulang konvensional. Api suhu yang sangat tinggi biasanya dihasilkan di tungku, jika pembakaran langsung antara bahan bakar dan udara segar suhu tinggi terjadi. Akibat dari geometri tungku yang dimodifikasi, tidak hanya pemadaman api dasar terjadi oleh gerak lemas udara masuk kecepatan tinggi tetapi juga pengenceran udara dengan gas buang (BH) harus terjadi sebelum pembakaran dengan memisahkan inlet bahan bakar dan udara. Perlu dicatat bahwa ini adalah kondisi di mana pembakaran biasa tidak dapat dipertahankan dengan udara suhu lingkungan. Selain itu, bahan bakar yang diinjeksikan terpisah ke dalam tungku juga menjerat gas buang di tungku, dan beberapa perubahan dalam bahan bakar, seperti pirolisis, dekomposisi, dan vaporisasi bahan bakar cair, jika ada, selama periode persiapan ini. Reaksi pembakaran yang lemah dapat terjadi antara bahan bakar dan produk yang dijerat (B*F) dan pembakaran utama terjadi di zona mixing dari bahan bakar dan udara yang dicairkan dengan jumlah besar gas buang (B*F*BH). Perubahan api karena konsentrasi oksigen yang rendah yang disebabkan oleh tingkat daur ulang gas buang yang tinggi mungkin menghasilkan zona reaksi yang lebih luas, di mana reaksi yang relatif lambat mungkin sedang terjadi. Dalam pembakaran yang telah terbentuk tanpa udara yang dipanaskan ulang, pembakaran langsung antara bahan bakar dan udara segar (F*A) terjadi di dekat burner. Kemudian, beberapa pembakaran dalam kondisi dicairkan dengan gas buang mungkin terjadi di bagian bawah api karena jeratan gas buang yang didaur ulang oleh udara pembakaran yang masuk. Pembakaran (F*A) di dekat burner menunjukkan suhu maksimum di tungku, dan sebagian besar nitric oxide yang dipancarkan dari terbentuk di sana. Namun, pembakaran di wilayah ini penting untuk mempertahankan pembakaran di tungku, dan seluruh api tidak dapat ada jika pemadaman terjadi di bagian ini.

Gambar 1 Konsep mixing dan pembakaran dengan teknologi HiTAC

Meskipun menggunakan udara yang sangat dipanaskan ulang, suhu rata-rata serta suhu puncak instan jauh lebih rendah di HiTAC daripada pembakaran biasa.

Oxy- fuel combustion system

Oxy-fuel mengacu pada praktik penggantian udara sepenuhnya sebagai sumber agen oksidasi untuk pembakaran dengan oksigen yang dapat diproduksi baik oleh teknologi kriogenik atau teknologi adsorpsi. Keuntungan umum penggantian udara dengan oksigen adalah jumlah nitrogen yang dibawa ke proses pembakaran dengan udara hampir atau sepenuhnya dihilangkan. Pengurangan nitrogen dalam pembakaran memungkinkan suhu api yang lebih tinggi dan efisiensi pembakaran karena volume lebih kecil dari gas pembakaran mengurangi jumlah panas yang diambil dari api dan hilang ke buang. Dengan demikian, keuntungan penggunaan oxy-fuel dibandingkan dengan pembakaran air-fuel adalah sebagai berikut.

• Pengurangan konsumsi energi
• Peningkatan laju pemanasan yang mengarah pada produksi yang lebih tinggi (tanpa peningkatan set point suhu tungku)
• Pengurangan emisi tungku

Selain keuntungan di atas, penggunaan pembakaran oxy-fuel kadang-kadang dapat menghasilkan investasi modal yang lebih rendah dibandingkan dengan metode lain untuk meningkatkan efisiensi seperti recuperators atau peralatan kontrol emisi. Pembakaran oxy-fuel juga dapat mengakibatkan kehilangan skala yang lebih sedikit karena kontrol yang lebih baik dan waktu pemanasan yang lebih singkat.

Dibandingkan dengan air-fuel, pembakaran oxy-fuel memiliki tekanan parsial yang jauh lebih tinggi untuk dua produk pembakaran, CO2 dan H2O. Ini meningkatkan laju transfer panas. Karena gas buang tidak dicairkan dengan nitrogen, fase gas berperan lebih aktif dalam proses transfer panas, tidak hanya karena konduktivitas transfer panas dan kapasitas panas CO2 dan H2O lebih tinggi tetapi juga karena keduanya adalah gas tiga atom yang memancarkan panas dengan tinggi.

Pola aliran di tungku oxy-fuel menguntungkan dibandingkan tungku air-fuel. Volume gas buang dikurangi 70 % hingga 80 % karena tidak ada nitrogen yang ada dan karena penghematan bahan bakar. Dengan demikian, waktu tinggal gas lebih lama, dengan lebih banyak waktu untuk mentransfer panas ke produk. Produk sebenarnya terendam dalam fluida gas buang yang terdiri dari CO2 dan H2O, yaitu suasana lembap dengan kapasitas yang lebih tinggi untuk mentransfer panas.

Saat membandingkan tungku oxy-fuel dengan tungku air-fuel, keduanya diatur pada suhu tungku yang sama, materi mencapai nilai set point lebih cepat di tungku oxy-fuel. Ini karena properti gas.

Dengan pembakaran oxy-fuel ada peningkatan besar dalam panas yang tersedia dibandingkan dengan pembakaran air-fuel. Peningkatan panas yang tersedia secara langsung terkait dengan pengurangan konsumsi energi dan peningkatan throughput tungku.

Peningkatan panas yang tersedia dari pembakaran berarti lebih sedikit panas yang hilang ke buang dan persentase lebih besar dari total input energi tersisa untuk melakukan kerja di tungku pemanas ulang. Dengan demikian, ketika panas yang tersedia meningkat jumlah total input energi yang diperlukan untuk melakukan jumlah kerja yang konstan berkurang.

Penghematan energi bervariasi tergantung pada jenis bahan bakar, rasio pembakaran yang ada dan suhu udara pembakaran. Faktor lain seperti pengurangan ukuran port asap dan kehilangan radiasi dapat mempengaruhi tingkat pengurangan energi aktual dengan oxy-fuel. Dampak lain dari peningkatan efisiensi pembakaran dengan oxy-fuel adalah kemampuan untuk meningkatkan laju pemanasan dan mendapatkan throughput tungku yang lebih besar.

Batas praktis untuk peningkatan produksi tergantung pada kemampuan materi semi-finished steel untuk menyerap panas dan waktu dan suhu di mana materi semi-finished steel terkena panas. Pengalaman dari berbagai instalasi oxy-fuel menunjukkan bahwa throughput materi dapat ditingkatkan dalam sebagian besar operasi tanpa meningkatkan set point suhu tungku dengan pengecualian tungku yang sudah memenuhi batas rampa suhu set. Selain peningkatan panas yang tersedia, suhu api oxy-fuel yang lebih tinggi dan potensi radiasi gas pembakaran memiliki dampak positif pada kapasitas pemanasan dan tingkat produksi.

Suhu api oxy-fuel umumnya 500 derajat C hingga 800 derajat C lebih tinggi dari suhu api air-fuel. Karena transfer panas radiasi bergantung pada selisih suhu dari sumber ke penerima ke kuat empat, pembakaran oxy-fuel menghasilkan peningkatan besar dalam potensi radiasi api ke materi. Produk pembakaran dari oxy-fuel juga merupakan sumber transfer panas radiasi yang lebih baik. Ini karena mayoritas produk pembakaran air-fuel adalah nitrogen yang tidak efisien sebagai mekanisme transfer panas radiasi seperti karbondioksida dan uap air yang terdiri dari mayoritas produk pembakaran oxy-fuel.

Dalam beberapa kasus, produksi tungku terbatas oleh jumlah emisi gas yang diizinkan keluar dari tungku. Pembakaran oxy-fuel juga dapat menjadi cara untuk mengurangi emisi tungku dan memungkinkan kapasitas produksi yang lebih tinggi dalam batas emisi yang diizinkan.

Volume gas buang jauh lebih rendah dengan oxy-fuel. Total volume gas buang dengan oxy-fuel umumnya 70 % hingga 90 % lebih sedikit dari total volume gas buang air-fuel. Dalam banyak kasus pengurangan volume gas buang saja dapat bermanfaat terutama di tempat peralatan kontrol polusi yang ada terbatas dan/atau di tempat emisi partikel menjadi perhatian. Hasil yang lebih penting dengan pembakaran oxy-fuel adalah emisi yang lebih rendah dari konstituen gas buang tertentu. Hasil yang paling mencolok dari penggunaan pembakaran oxy-fuel adalah pengurangan konsumsi bahan bakar. Dengan pengurangan konsumsi bahan bakar emisi CO2 lebih rendah selama waktu tertentu atau per unit materi semi-finished steel yang dipanaskan. Meskipun generasi CO2 saat ini bukan menjadi perhatian utama, pemanasan global dan perubahan iklim yang sedang berlangsung menunjukkan bahwa kondisi emisi CO2 yang lebih ketat mungkin menjadi faktor di masa mendatang. Perhatian yang lebih langsung bagi banyak operator tungku adalah emisi NOx. Dengan pembakaran oxy-fuel tekanan parsial nitrogen dalam produk pembakaran drastis berkurang menurunkan potensi pembentukan NOx bahkan pada suhu api yang tinggi. Banyak faktor mempengaruhi laju emisi NOx dari tungku yang dibakar oxy-fuel. Ketahanan produk oksigen adalah salah satu faktor tersebut. Namun, faktor utama dalam meminimalkan emisi NOx oxy-fuel adalah kontrol tekanan tungku. Kebocoran udara sekunder dikombinasikan dengan suhu api oxy-fuel yang tinggi dapat sangat mengurangi dampak pembakaran oxy-fuel sebagai teknik kontrol NOx.

Api oxy-fuel memiliki suhu yang lebih tinggi dengan volume dan panjang yang lebih sedikit dari api air-fuel. Karakteristik api dengan oxy-fuel perlu dipertimbangkan saat merancang sistem burner oxy-fuel untuk aplikasi pemanasan bahan baja. Secara umum, pemanas ulang steel memerlukan distribusi suhu seragam sehingga pemanasan berlebihan atau kurang lokal pada produk steel yang dipanaskan ulang dapat dihindari. Tipe dan penempatan burner oxy-fuel bergantung pada tipe tungku pemanas ulang dan kedekatan api dengan materi semi-finished steel.

Daur ulang produk pembakaran mempromosikan gerakan gas di ruang pemanasan, sehingga meminimalkan selisih suhu. Selain itu, daur ulang gas pembakaran ke dalam api oxy-fuel menurunkan suhu puncak api dan mempromosikan profil radiasi api yang lebih merata untuk melindungi produk terdekat dengan burner dari pemanasan berlebihan. Ada beberapa desain burner oxy-fuel yang tersedia untuk mendapatkan efek daur ulang termasuk nozzle yang dipatenkan bersama dengan desain lain yang memanfaatkan momentum api oxy-fuel untuk menghasilkan daur ulang gas.

Sambil memberikan manfaat besar pada efisiensi, volume rendah produk pembakaran dengan pembakaran oxy-fuel memerlukan perhatian khusus saat merancang sistem kontrol pembakaran. Kontrol yang tepat rasio pembakaran sangat penting untuk proses pemanasan karena produk pembakaran membentuk suasana pemanasan dan pada akhirnya mempengaruhi laju dan tipe pembentukan skala. Dalam sistem pembakaran air-fuel, volume tinggi nitrogen yang dibawa ke dalam proses pembakaran dengan udara memberikan peredam atau faktor keselamatan terhadap perubahan rasio udara terhadap bahan bakar. Dengan oxy-fuel peredam ini hampir sepenuhnya dihilangkan. Ini berarti bahwa perubahan persen rasio oksigen terhadap bahan bakar dengan pembakaran oxy-fuel akan memiliki dampak yang lebih besar pada suasana tungku pemanas daripada perubahan yang sama dengan pembakaran air-fuel.

Kontrol yang baik pada suasana tungku dengan pembakaran oxy-fuel memerlukan tingkat akurasi yang lebih tinggi untuk sistem kontrol dibandingkan dengan pembakaran air-fuel. Kompensasi mass flow biasanya diperlukan untuk memenuhi akurasi yang diperlukan untuk memelihara suasana tungku yang baik dengan pembakaran oxy-fuel. Variabel penting lain untuk kontrol pembakaran oxy-fuel melibatkan sistem kontrol exhaust dan tekanan tungku.

Volume gas buang dengan pembakaran oxy-fuel berkurang dalam rentang 10 % hingga 30 % dari volume exhaust pembakaran air-fuel tergantung pada jumlah penguatan efisiensi termal. Ini berarti desain yang ada yang digunakan untuk mengontrol tekanan tungku dengan pembakaran air-fuel dalam sebagian besar kasus tidak mencukupi untuk memelihara kontrol tekanan tungku yang baik saat beralih ke pembakaran oxy-fuel. Secara khusus, rentang kontrol instrumen kontrol tekanan dengan ukuran port asap dan damper yang lebih besar yang digunakan dengan pembakaran air-fuel berkurang hingga titik tidak efektif dengan volume exhaust pembakaran oxy-fuel. Oleh karena itu perlu mengurangi ukuran port asap saat beralih ke pembakaran oxy-fuel atau mengkompensasi volume exhaust yang lebih rendah saat merancang instalasi tungku pemanas ulang baru. Kurangnya kontrol tekanan tungku yang baik dapat menghasilkan kebocoran udara tersier yang dapat menyediakan sumber nitrogen untuk pembentukan NOx tambahan sehingga meminimalkan atau menghilangkan potensi pengurangan emisi. Kebocoran udara ke dalam tungku pemanas ulang juga mempengaruhi suasana tungku dan memperkenalkan komplikasi untuk kontrol kualitas permukaan steel.

Laju dan tipe pembentukan skala adalah pertimbangan penting untuk operasi tungku pemanas ulang steel terlepas dari tipe sistem pembakaran. Selain tipe alloy steel, suasana tungku bersama dengan laju pemanasan adalah faktor utama yang mengatur pembentukan skala. Kontrol yang baik pada rasio pembakaran dan tekanan tungku diperlukan untuk mempertahankan kontrol pada pembentukan skala dan kualitas permukaan steel. Namun, suasana yang dihasilkan oleh pembakaran oxy-fuel berbeda dari suasana dengan pembakaran air-fuel bahkan di bawah kondisi ideal.