Nachrüstung von Brennern mit niedrigem NOx-Ausstoß und BMS zur Optimierung von Prozessheizungen

Brennernachrüstungen mit Verbrennungsluftregelung und Brenngasregelung in Prozessöfen sind eine wirtschaftliche Lösung, um niedrigere NOx-Emissionen und geringere Betriebskosten mit bestehenden befeuerten Anlagen zu erreichen. Der optimale Luftüberschuss, um niedrige NOx-Emissionen und geringere Betriebskosten zu erreichen, liegt bei etwa 8 % Verbrennungsluftüberschuss im Brenner. In diesem Beitrag wird untersucht, wie die Brennerkonstruktion GLSF Free Jet mit einem Verbrennungsluftregelungssystem eingesetzt werden kann, um weniger als 50 mg/Nm3 NOx-Emissionen bei einer Verbrennungsluftvorwärmung von 316 C und einer Brennstoffeinsparung von 0,68 % im Vergleich zum Betrieb mit 20 % Luftüberschuss zu erreichen.

Da die Bildung von Kohlenmonoxid (CO) normalerweise bei 5 % beginnt, wird in perfekt abgedichteten Öfen ohne Leckage überschüssige Luft durch den Brenner geleitet. Der Brenner arbeitet mit Abgastemperaturen über 760° C, mit Sauerstoffüberschuss (O2) und CO-Überwachung und kann mit 8% Luftüberschuss betrieben werden. Bei geringer CO-Bildung sollte der Luftüberschuss entsprechend erhöht werden. Bei starker CO-Bildung sollte der Brenngasdruck langsam abgesenkt werden, um eine explosive Reaktion zu vermeiden. Aus Sicherheitsgründen ist das Verbrennungsluftregelsystem so eingestellt, dass es mit 8 % Luftüberschuss arbeitet. Tritt die CO-Bildung bei 8 % Luft auf, erhöht das Kontrollsystem den Sauerstoffüberschuss, bis die CO-Bildung auf einem akzeptablen Niveau stabilisiert ist. In solchen Fällen tritt die CO-Bildung bei ca. 5 % Luftüberschuss auf, und der Ofen sollte auf Falschluftleckagen überprüft werden.

Ein weiteres Hauptanliegen für den Endbenutzer sind die Gesamtbetriebskosten für die nächste Generation von Brennern mit extrem niedrigem NOx-Ausstoß. Sie können im Vergleich zu konventionellen Emissionsbrennern höhere Wartungskosten verursachen. Zeeco bietet das wartungsärmste Design auf dem Markt für ähnliche NOx-Emissionsergebnisse. Zeeco hat eine patentierte ultra-niedrige NOx-Freistrahlbrennertechnologie der nächsten Generation mit einer kompakten mechanischen Grundfläche entwickelt. Der GLSF-Freistrahlbrenner erzeugt ein Flammenprofil mit sehr begrenzter Flamme-zu-Flamme-Wechselwirkung für Mehrfachbrenner-Installationen und erreicht gleichzeitig kürzere Flammenlängen. Zur Steuerung des Brenngases für die Prozessbrenner wird ein Verbrennungsluftregelungssystem installiert, um einen ordnungsgemäßen und sicheren Betrieb der Brenner zu gewährleisten und den geringen Platzbedarf zu erfüllen.

Zeeco wird den Einsatz der Free-Jet-Brennertechnologie in Verbindung mit einem Brennersteuerungssystem bei Nachrüstungsanwendungen und die Leistungssteigerungen sowohl bei den NOx-Emissionen als auch beim Verbrennungsluftüberschuss diskutieren.

Anmeldung

Der Zweck der Nachrüstungsanwendung bestand darin, die Brenner zu ersetzen, um extrem niedrige NOx-Emissionen zu erreichen. Im Folgenden wird eine Anwendung beschrieben, bei der die Prinzipien der Emissionsreduzierung und der Kontrolle des Luftüberschusses angewendet werden. Ein Coker-Ofen wurde mit vierundsechzig (64) Zeeco GLSF Free Jet Brennern nachgerüstet, die jeweils mit einer maximalen Wärmeabgabe von 2,93 MW arbeiten. Die gesamte maximale Wärmeabgabe des Kokerofens betrug 187,5 MW. Die Brenner wurden für den Betrieb im Gebläsemodus mit 316 C Verbrennungsluftvorwärmung bei 8 % Luftüberschuss ausgelegt. Darüber hinaus wurde der Ofen für den Betrieb mit einer Rauchgastemperatur von 820 C der aus dem Strahlungsbereich austretenden Gase ausgelegt.

Ergebnisse

Nach dem Einbau der vierundsechzig (64) Brenner in den Kokerofen hat eine dritte Partei die resultierenden Emissionen unter den unten aufgeführten Bedingungen gemessen:

Betriebsbedingungen:
Anzahl der Brenner: Vierundsechzig (64)
Brenner-Wärmeabgabe: 2,9 MW pro Brenner
Wärmeabgabe des Ofens: 185,6 MW pro Feuerung
Luftüberschuss: 8%
NOx-Emissionen: 49 mg/Nm3
CO-Emissionen: 5 mg/Nm3
Berechnete Brennstoffeinsparungen: 0,68% Brennstoffeinsparung im Vergleich zum Betrieb mit 20% Luftüberschuss

Schlussfolgerungen

Durch den Einsatz einer automatischen Luftüberschussregelung bei Brennern der nächsten Generation können nicht nur die Emissionen, sondern auch die Brennstoffkosten gesenkt werden. Daher können niedrigere Emissionen mit geringeren Betriebskosten erreicht werden. Brennernachrüstungen mit Verbrennungsluftregelung und Brenngasregelung in Prozessöfen sind eine wirtschaftliche Lösung, um niedrigere NOx-Emissionen und geringere Betriebskosten mit bestehenden befeuerten Anlagen zu erreichen. Der optimale Luftüberschuss, um niedrige NOx-Emissionen und geringere Betriebskosten zu erreichen, liegt bei etwa 8 % Verbrennungsluftüberschuss im Brenner. In diesem Beitrag wurde ein Beispiel dafür gegeben, wie die Brennerkonstruktion GLSF Free Jet mit einem Verbrennungsluftregelungssystem eingesetzt werden kann, um weniger als 50 mg/Nm3 NOx-Emissionen bei einer Verbrennungsluftvorwärmung von 316 C und einer Brennstoffeinsparung von 0,68 % im Vergleich zum Betrieb mit 20 % Luftüberschuss zu erreichen.