Flammenüberschlag und Flammeninteraktion können bei Ethylenkrackanwendungen problematisch sein. Flammenüberschlagsprobleme können dazu führen, dass die Flamme auf die Ofenrohre auftrifft, was zu Hotspots führt. Solche lokalisierten hohen Temperaturen in den Rohren können eine vorzeitige Verkokung verursachen und zu kürzeren Zeiträumen zwischen der Entkokung und einer geringeren Ethylenproduktion führen. Seit den frühen 2000er Jahren haben Zeeco und Wison Engineering Ltd. bei vielen Modernisierungsprojekten zusammengearbeitet, bei denen die Anzahl der Bodenbrenner erhöht wurde und die Brenner näher zusammenrücken mussten. Selbst in diesen Situationen hilft der Einsatz der richtigen Technologie, problematische Vorfälle wie Flammenüberschlag und Interaktion zu vermeiden.
Abstrakt
Brennernachrüstungen in Ethylenkrackanlagen haben sich aufgrund der erforderlichen Brennerabstände und der daraus resultierenden Auswirkungen auf die Qualität der Brennerflamme als schwierige Projekte erwiesen. Wenn bestehende Öfen aufgerüstet werden, um höhere Kapazitäten zu erreichen, werden mehr Bodenbrenner hinzugefügt, was zu geringeren Abständen zwischen den Brennern führt und das Potenzial für ungünstige Flammenbedingungen wie Wechselwirkungen zwischen Brennern und Flammen und Flammenüberschlag erhöht.
Zeeco hat eine patentierte Brennertechnologie mit extrem niedrigen NOx-Werten entwickelt, den ZEECO® GLSF Min-Emissions Enhanced Jet Flat Flame Brenner, der nicht nur eine sehr kleine mechanische Stellfläche bietet, sondern auch ein Flammenprofil mit sehr geringer Wechselwirkung von Brenner zu Brenner und Flamme zu Flamme und ohne Flammenüberschlag erzeugt.
Die Flammeninteraktion zwischen den Brennern kann eine Flammenbeaufschlagung der Prozessrohre und erhöhte Emissionen verursachen. Flammenbeaufschlagung kann auch bei längerer Ethylenproduktion problematisch sein, was zu kürzeren Lauflängen und höheren Rohrmetalltemperaturen führt. Ein inhärenter Konstruktionsaspekt des GLSF-Flachflammenbrenners ist die Tatsache, dass das Brenngas zwischen der Ofenwand und dem Luftstrom eingeführt wird. Folglich wird die Flammeninteraktion zwischen den Brennern aufgrund der Lage der Brennerspitze und der sehr kompakten Bauweise minimiert. Da das Gas den Luftstrom nicht kreuzt, kann das Design der Spitzenbohrung verändert werden, um bessere Wärmestromprofile zu erzielen, ohne die thermischen NOx-Emissionen zu beeinträchtigen.
Ein weiteres Hauptproblem für den Endverbraucher ist das Überschlagen der Flamme. Wenn der Impuls der heißen Gase, die sich vom Brenner nach oben bewegen, geringer wird als der Impuls der kälteren Gase, die sich durch die Ofenrohre nach unten bewegen, kommt es zum Flammenüberschlag. Wir werden die Konstruktionsdetails und die Vorteile des GLSF-Brenners erläutern, spezifische Details zur Nachrüstungsinstallation und die während der Nachrüstung gemachten Erfahrungen darlegen und die Ergebnisse mehrerer Nachrüstungsanwendungen vorstellen.
Vergleich mit emissionsarmen Brennern
Emissionsarme Brenner in Ethylenkrackanlagen verwenden in der Regel eine gestufte Brennstofftechnologie. Bei diesen Brennern sind die Brennstoffspitzen strategisch so positioniert, dass der Brennstoff aus den Öffnungen austritt und den Verbrennungsluftstrom überquert, bevor er die Wand erreicht. Um das Flammenbild so zu verändern, dass ein gleichmäßiger Wärmestrom in den unteren Bereichen der Flammenhülle erreicht wird, müssen die Öffnungen in immer schärferen Winkeln zur Ofenwand gebohrt werden. Diese Öffnungswinkel führen zu einer schnelleren Vermischung von Luft und Brenngas, wodurch sich der thermische NOx-Ausstoß erhöht 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.
Schlussfolgerung
Wison hat viele Ethylenspaltöfen mit Zeeco GLSF Min-Emissions-Brennern nachgerüstet, um anspruchsvolle Flammenanforderungen zu erfüllen. Obwohl die Brenner dicht nebeneinander montiert waren, zeigten sie keine Anzeichen von Flammeninteraktion oder Flammenüberschlag. Die kompakte Brennerkonstruktion ermöglichte es, mehr Brenner dicht nebeneinander zu installieren, ohne das Flammenverhalten zu beeinträchtigen. Das GLSF Min-Emissions-Brennerdesign wurde in über 140 anspruchsvollen Ethylenspaltöfen eingesetzt, einige davon mit NOx-Emissionsgarantien von weniger als 90 mg/Nm3.
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