Der nachträgliche Einbau von NOx-armen Brennern in bestehende Anlagen kann eine wirtschaftliche Lösung sein, um niedrige NOx-Emissionswerte bei bestehenden Feuerungsanlagen zu erreichen. Normalerweise benötigen Brenner mit niedrigen NOx-Werten entweder eine externe Rauchgasrückführung (EFGR) oder eine selektive katalytische Reduktion (SCR), um NOx-Emissionen von 9 ppmv und 50 ppmv CO oder weniger zu erreichen. Die Entwicklung eines NOx-armen Brenners, der in einen vorhandenen Brennerausschnitt passt und gleichzeitig innerhalb der Brennerlänge betrieben werden kann und die Emissionsziele ohne EFGR erfüllt, ist eine Herausforderung für die Industrie. Die Dow Chemical Company in Pittsburg, Kalifornien, sah sich mit dieser Herausforderung konfrontiert, als ihr Dowtherm® Heater-Ofen mit weniger als 9 ppmv NOx und 50 ppmv CO-Emissionen betrieben werden sollte. Zeeco lieferte Dow einen patentierten GLSF-Freistrahlbrenner der nächsten Generation, der eine kleine mechanische Stellfläche, ein kompaktes Flammenprofil und kürzere Flammenlängen bietet.
Die Zeeco® Next Generation Ultra-Low NOx Free-Jet Burner Technologie kann NOx-Emissionen von weniger als 9 ppmv ohne EFGR erzeugen. Der GLSF-Freistrahlbrenner erzeugt ein Flammenprofil mit sehr begrenzter Flamme-zu-Flamme-Wechselwirkung für Brennerinstallationen und erzielt gleichzeitig kürzere Flammenlängen. Die Brennerkonstruktion nutzt die "free jet" Mischtheorie, um die Menge an inerten internen Verbrennungsprodukten (Rauchgas) zu maximieren, die mit dem Brenngas in der Brennkammer gemischt werden, um ein rekonditioniertes Brennstoffgemisch aus Gas und Rauchgas zu erzeugen. Das resultierende Gemisch verbrennt dann im Verbrennungsprozess mit einer niedrigeren adiabatischen Flammentemperatur und erzeugt von Natur aus geringere NOx-Emissionen.
Ein weiteres Anliegen der Industrie für die Betreiber von Endverbraucheranlagen sind die Gesamtbetriebskosten für die nächste Generation von Brennern mit extrem niedrigen NOx-Werten. Bei einigen auf dem Markt befindlichen Modellen sind die Wartungskosten im Vergleich zu Brennern mit herkömmlichen Emissionen höher. Diese Kosten werden durch den geringeren Einsatz von teuren EFGR- oder SCR-Systemen ausgeglichen, um die gewünschte NOx-Reduzierung zu erreichen.
Zeeco wird die technischen Details des Free-Jet-Brenners, der in der Dow-Anwendung eingesetzt wird, erläutern und aufzeigen, wie das Design sowohl die Herausforderungen bei den Emissionen als auch bei den Betriebskosten meistert, und verifizierte, erfolgreiche Praxisergebnisse diskutieren.
BESCHREIBUNG DER ANWENDUNG
Die Dow Chemical Company in Pittsburg, Kalifornien, sah sich mit einer anspruchsvollen Emissionsanwendung konfrontiert, die weniger als 9 ppmv NOx-Emissionen für ihren Dowtherm® Heater-Ofen erforderte. Für den Ofen wurde ein einzelner Brenner benötigt, der eine maximale Wärmeabgabe von 26 MM Btu/Std. (6,55 MM Kcal/Std.) erreichen sollte. Bei dem Ofen handelte es sich um eine vertikale zylindrische Konstruktion mit einer spiralförmigen Schlange mit zwei Durchgängen. Die Verbrennungsluft wurde dem Brenner bei Umgebungstemperatur über ein Gebläsesystem zugeführt. Bei maximaler Leistung war das Verbrennungsluftsystem so ausgelegt, dass der Brenner mit einem Luftdruck von 3" H2O (76,2 mm H2O) versorgt wurde. Die Höhe des Ofens betrug 6.584 mm (21,6 ft) mit einem Durchmesser des Ofenrohrs von 2.896 mm (9,5 ft). Das Volumen des Ofens betrug ca. 43,3 m3 (1.530 ft3) und war für eine Rauchgastemperatur von 926,7°C (1.700°F) ausgelegt. Die Wärmeabgabe pro Bodenfläche betrug etwa 350.945 Btu/ft2 (994.964 Kcal/m2). Anwendungen mit einer Wärmeabgabe pro Bodenfläche von über 350.000 Btu/ft2 gelten in der Regel als schwierig, da die Temperatur, bei der die meiste thermische NOx-Bildung stattfindet, bei oder über 1.600°F liegt.
Brennernachrüstungen in Anwendungen, bei denen NOx-Emissionen von 9 ppmv oder weniger erforderlich sind, sind anspruchsvolle Projekte, da sie in der Regel entweder den Einsatz einer externen Rauchgasrezirkulation (EFGR) oder einer selektiven katalytischen Reduktion (SCR) erfordern. Ein weiteres Problem besteht darin, die Grundfläche eines NOx-armen Brenners der nächsten Generation so zu gestalten, dass er in den vorhandenen Brennerausschnitt passt. Flammenmuster oder -profile von Low-NOx-Brennern der nächsten Generation, die innerhalb der Brennerlängenbegrenzungen ordnungsgemäß funktionieren, haben sich ebenfalls als eine Herausforderung für die Industrie erwiesen. ZeecoDer GLSF-Freistrahlbrenner wurde so konstruiert, dass etwa 0,6 lb Dampf/lb Brenngas in den Luftstrom eingespritzt werden können, um die NOx-Reduktion bei Bedarf zu erhöhen, da EFGR für diese Anwendung nicht vorgesehen war. Die Verwendung einer kleinen Menge Dampf war weniger kostspielig als die Überarbeitung des Ofens, um die ca. 25% bis 35% EFGR hinzuzufügen, oder ein SCR-System, das normalerweise benötigt wird, um die erforderlichen NOx-Emissionswerte zu erreichen.
SCHLUSSFOLGERUNG
Die Dow Chemical Company in Pittsburg, Kalifornien, installierte einen einzelnen Zeeco GLSF-16 Freistrahlbrenner, um die NOx-Emissionsanforderungen von weniger als 9 ppmv für ihren Dowtherm®-Ofen zu erfüllen. Anwendungen, die weniger als 9 ppmv erfordern, werden normalerweise mit externer Rauchgasrückführung (EFGR) oder selektiver katalytischer Reduktion (SCR) erreicht. Für dieses Nachrüstungsprojekt lieferte Zeeco an Dow die patentierte Ultra-Low-NOx-Freistrahlbrennertechnologie der nächsten Generation, die sich durch eine sehr kleine mechanische Stellfläche, ein kompaktes Flammenprofil und kürzere Flammenlängen auszeichnet. Nach der Installation vor Ort wurden die Emissionen von einer dritten Partei auf weniger als 6 ppmv NOx-Emissionen und weniger als 3 ppmv CO-Emissionen geprüft. Dow profitierte von der Möglichkeit, die Emissionsanforderungen ohne teure externe Rauchgasrückführung (EFGR) oder selektive katalytische Reduktion (SCR) erfüllen zu können.
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