Im Mittelpunkt dieses Abstracts stehen die Feldergebnisse von acht Ethylenspaltöfen mit Zeeco GLSF Enhanced Jet-Brennern bei der PetroChina Sichuan Petrochemical Company Limited (SPC), die im Feld gemessene NOx-Emissionen von deutlich unter 90 mg/Nm3 erreichen. Zeeco hat herausgefunden, dass der Einsatz von Brennern mit extrem niedrigen Emissionen in Ethylenspaltanwendungen eine wirtschaftliche Lösung ist, um NOx-Werte von unter 90 mg/Nm3 bei bestehenden befeuerten Anlagen zu erreichen. Die Bereitstellung einer neuen Generation von NOx-armen Brennern, die für Ethylenkrackanwendungen geeignet sind, kann bei vielen Anwendungen eine Herausforderung darstellen. Die Flammenmuster oder Profile von Brennern mit extrem niedrigen NOx-Werten, die innerhalb der erforderlichen Brennerabstände und Wärmestrombegrenzungen ordnungsgemäß funktionieren, haben sich ebenfalls als Herausforderung erwiesen.
In diesem Beitrag geht es um eine Anwendung, bei der das Modell GLSF (Enhanced Jet Flat Flame Burner) zum Einsatz kam und bei der die NOx-Emissionen im Feld im Durchschnitt bei 50 mg/Nm3 lagen. Die vor Ort gemessenen NOx-Emissionen des Ofens lagen zwischen 35 mg/Nm3 (17 ppmv) und 65 mg/Nm3 (32 ppmv) bei der geplanten Wärmeabgabe. Die GLSF-Enhanced-Jet-Bodenbrenner verwenden die grundlegende Freistrahlmethode, bei der Brenngas und inerte Verbrennungsprodukte gemischt werden, um ein neues brennbares Gemisch zu bilden, bevor es in den Verbrennungsluftstrom gelangt. Das resultierende Gemisch verbrennt bei einer niedrigeren adiabatischen Flammentemperatur, was zu einer geringeren thermischen NOx-Produktion führt.
Zeeco hat diese Brennertechnologie mit extrem niedrigen NOx-Emissionen entwickelt, um eine sehr kleine mechanische Stellfläche und ein hervorragendes Wärmestromprofil ohne Flammenwechselwirkung oder Flammenüberschlag zu bieten. Flammeninteraktion zwischen Brennern kann zu Flammenaufprall auf die Prozessrohre und erhöhten Emissionen führen. Das Auftreffen der Flamme kann zu kürzeren Lauflängen und höheren Metalltemperaturen in den Rohren führen, was bei einer längeren Ethylenproduktion problematisch ist.
Vergleich mit emissionsarmen Brennern
Brenner mit extrem niedrigen Emissionen, wie sie in Ethylenkrackanlagen zu finden sind, verwenden in der Regel eine Art gestufte Brennstofftechnologie, bei der ein großer Teil des Gases aus den gestuften Gasspitzen ausgestoßen wird. Bei diesen speziellen Brennern sind die gestuften Brennstoffspitzen strategisch so positioniert, dass der Brennstoff aus den Öffnungen austritt und über den Verbrennungsluftstrom geleitet wird, bevor er die Wand erreicht. (Siehe Abbildung 3, "Low Emission Staged Fuel Burner") Um das Flammenbild zu verändern und einen gleichmäßigen Wärmestrom in den unteren Bereichen der Flammenhülle zu erreichen, müssen die Öffnungen in einem zunehmend abrupten Winkel zur Ofenwand gebohrt werden. Diese Öffnungswinkel bewirken eine schnellere Vermischung von Luft und Brenngas, wodurch der thermische NOx-Ausstoß steigt und ein Kompromiss zwischen dem Wärmestromprofil und der thermischen NOx-Produktion erforderlich ist. Wenn das Wärmestromprofil gleichmäßiger wird und im Durchschnitt über 90 % liegt, steigen die NOx-Emissionen in der Regel mit dem Anstieg des Wärmestromanteils. Wenn der NOx-Ausstoß sinkt, sinkt auch der Anteil des Wärmestroms.
Die Lage der gestuften Gasdüsen beeinflusst auch die Flammenqualität des Brenners. Wenn der Brenner z. B. sehr niedrige NOx-Emissionen erzeugen soll, müssen die gestuften Mündungen eher vertikal ausgerichtet sein. Diese vertikale Ausrichtung in Verbindung mit dem Verbrennungsluftstrom, der sich zwischen dem unverbrannten Gas und der Ofenwand befindet, erhöht die Wahrscheinlichkeit einer Flammenbeaufschlagung. Die Durchmischung der Brenngasenergie wird in höheren Lagen so stark reduziert, dass die Ofenströmungen die Flamme leicht in Richtung der Rohre beeinflussen können. Im Allgemeinen gilt: Je geringer die NOx-Emissionen sind, wenn das gestufte Gas vollständig über die Verbrennungsluftöffnung strömt, desto größer ist die Neigung zur Flammenbeaufschlagung oder zu heißen Stellen an den Rohren.
Schlussfolgerung
Dieses Projekt zeigte, dass acht Ethylenspaltöfen mit Zeeco GLSF Enhanced Jet-Brennern die anspruchsvollen Emissionsanforderungen von weniger als 90 mg/Nm3 NOx-Emissionen erfüllen. Obwohl die Brenner dicht nebeneinander montiert waren, zeigten sie keine Anzeichen von Flammeninteraktion oder Flammenüberschlag. Die kompakte Brennerkonstruktion ermöglichte es, mehrere Brenner näher beieinander zu installieren, ohne das Flammenverhalten zu beeinträchtigen. Die GLSF Min-Emissions- und Enhanced Jet-Brenner wurden in mehr als 340 anspruchsvollen Ethylenspaltöfen eingesetzt, einschließlich solcher, die NOx-Emissionsgarantien von weniger als 90 mg/Nm3 erfordern. Die GLSF Enhanced Jet-Brenner, die für diese Anwendung eingesetzt wurden, erreichten vor Ort gemessene NOx-Emissionen zwischen 35 mg/Nm3 (17 ppmv) und 65 mg/Nm3 (32 ppmv) bei der vorgesehenen Wärmeabgabe.
Technisches Papier herunterladen