Im Jahr 2006 kaufte die Raffinerie von Valero Corpus Christi in Texas Zeeco® GLSF Free-Jet Next Generation Ultra-Low NOx Brenner für zwei Kessel, um die Emissionsvorschriften zu erfüllen. Diese Kessel waren in Konstruktion und Betriebsbedingungen identisch. Der GLSF Free-Jet-Brenner stellte die wirtschaftlichste Option zur Erfüllung der Emissionsvorschriften dar, da sie keine externe Rauchgasrückführung (EFGR) benötigen. Jeder Kessel ist über 70 Jahre alt, und die Nachrüstung von Brennern mit extrem niedrigen Emissionen ohne EFGR zur Erfüllung der strengen Emissionsanforderungen war eine Herausforderung.
Abstrakt
Die Nachrüstung von Brennern in Industriekesseln ist eine wirtschaftliche Lösung, um niedrigere NOx-Werte mit bestehenden befeuerten Anlagen zu erreichen. Die Konstruktion eines Brenners der nächsten Generation mit extrem niedrigen NOx-Werten, der in einen vorhandenen Brennerausschnitt passt, stellt jedoch in vielen Anwendungen weiterhin eine Herausforderung dar. Die Konstruktion eines Brenners mit einem Flammenbild oder -profil, das innerhalb des vorhandenen Platzes und der begrenzten Brennerlänge an der Rückwand ordnungsgemäß funktioniert und dennoch eine signifikante NOx-Reduzierung erreicht, hat sich ebenfalls als schwierige Aufgabe erwiesen.
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 die Installation von Mehrkesselbrennern und erreicht gleichzeitig kürzere Flammenlängen.
Eines der anderen Hauptanliegen für den Endnutzer sind die Gesamtbetriebskosten für Brenner der nächsten Generation mit extrem niedrigen NOx-Werten. Sie können im Vergleich zu Kesselbrennern mit herkömmlichen Emissionen höhere Wartungskosten verursachen. Zeeco bietet das wartungsärmste Design auf dem Markt für ähnliche NOx-Emissionsergebnisse. In diesem Beitrag werden diese Konstruktionsdetails, spezifische Details der Nachrüstungsinstallation und die Erfahrungen, die bei der Nachrüstung bestehender Kesselbrenner in der Corpus Christi Raffinerie von Valero gemacht wurden, einschließlich der Auswirkungen auf die Nebenluft, sowie die Ergebnisse von Emissionsprüfungen vor Ort für mehrere Nachrüstungsanwendungen erläutert.
Ursprüngliche Konstruktionsbedingungen
Jeder Kessel war mit zwei konventionellen Brennern ausgestattet. Die Informationen zu den Kesseln waren aufgrund des Alters der Anlage begrenzt, und viele Details in Bezug auf die Nachrüstung von Brennern der nächsten Generation waren vor 70 Jahren nicht von Bedeutung und wurden daher nicht eindeutig dokumentiert. Außerdem fehlten einige der ursprünglichen Konstruktionsunterlagen. Zeeco ersetzte jeden der vorhandenen konventionellen Brenner durch einen Zeeco GLSF Free-Jet-Brenner. Die Wärmeabgabe der neuen Brenner wurde auf 77,4 MM Btu/hr pro Brenner festgelegt. Der Druckabfall der Verbrennungsluft wurde auf 3,25" W.C. bei 15 % Luftüberschuss und einer Lufttemperatur von 100° F festgelegt.
Die neuen Brenner wurden so ausgelegt, dass bei Bedarf 0,3 lb Dampf/lb Brenngas in den Brenngasstrom eingespritzt werden können, um die NOx-Reduktion zu erhöhen, da EFGR für diese Anwendung nicht geplant war. Die Verwendung einer kleinen Menge Dampf war kostengünstiger als die Nachbearbeitung des Kessels, um etwa 14% EFGR hinzuzufügen, um den geforderten NOx-Emissionswert von 0,03 lb/MM Btu (HHV) zu erreichen.
Die neuen Brenner wurden in der bestehenden Brenner-Windkasten-Konfiguration installiert. Die Grundfläche der neuen Brenner war ungefähr gleich groß wie die der vorhandenen Brenner, so dass die Kesselmodifikationen für die Installation der Brenner minimiert wurden, um die Gesamtkosten für die Nachrüstung zu senken.
Schlussfolgerung
Die Nachrüstung der Kessel war aufgrund des Alters der Kessel und des Umfangs der für die Anwendung verfügbaren Informationen eine große Herausforderung. Nachdem die Herausforderungen erkannt und angegangen worden waren, konnten die Kessel jedoch die geforderten 0,03 lb/MM Btu NOx-Emissionen und 50 ppmv CO-Emissionen ohne den Einsatz von EFGR erreichen. Durch den Einsatz der Free-Jet-Mischtechnologie mit Flammenstabilisierungsleisten und sorgfältige Vor-Ort-Bewertungen und -Anpassungen konnten die anfänglichen Nachrüstkosten sowie die langfristigen Wartungs- und Betriebskosten gesenkt werden.
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