Este resumo se concentrará nos resultados de campo de oito fornos de craqueamento de etileno que usam queimadores de jato aprimorados Zeeco GLSF na PetroChina Sichuan Petrochemical Company Limited (SPC), que atingem emissões de NOx medidas em campo significativamente inferiores a 90 mg/Nm3. O site Zeeco descobriu que o uso de queimadores de emissões ultrabaixas em aplicações de craqueamento de etileno é uma solução econômica para atingir níveis de NOx inferiores a 90 mg/Nm3 em equipamentos de queima existentes. Fornecer uma pegada de queimador de baixa emissão de NOx de última geração que se encaixe em aplicações de craqueamento de etileno pode ser um desafio em muitas aplicações. O padrão ou perfil de chama do queimador de NOx ultrabaixo que pode operar adequadamente dentro do espaçamento necessário entre queimadores e das limitações de fluxo de calor também se mostrou um desafio.
Este documento se concentrará em uma aplicação que utiliza o modelo GLSF Enhanced Jet Flat Flame Burner (Queimador de Chama de Jato Plano Ativado) onde a média de emissões de NOx era de cerca de 50 mg/Nm3 no campo. As emissões de NOx medidas no campo do forno variavam entre 35 mg/Nm3 (17 ppmv) a 65 mg/Nm3 (32 ppmv) na liberação de calor projetada. Os queimadores GLSF Enhanced Jet utilizam o método básico de "jato livre" de mistura de gás combustível e produtos inertes de combustão para formar uma nova mistura combustível antes de entrar na corrente de ar de combustão. A mistura resultante queima a uma temperatura de chama adiabática mais baixa, resultando em menor produção térmica de NOx.
Zeeco desenvolveu essa tecnologia de queimador com baixíssimas emissões de NOx para proporcionar uma pegada mecânica muito pequena e um excelente perfil de fluxo de calor sem interação de chama com chama ou revolvimento da chama. A interação de chama entre queimadores pode causar impacto de chama nos tubos de processo e aumentar as emissões. O impacto da chama pode resultar em comprimentos de execução mais curtos e temperaturas mais altas do metal do tubo, questões problemáticas na produção prolongada de etileno.
Comparação com Queimadores de Baixas Emissões
Os queimadores de emissão ultra baixa encontrados em unidades de craqueamento de etileno tipicamente utilizam um tipo de tecnologia de combustível escalonado com uma grande parte do gás ejetado das pontas de gás escalonado. Estes queimadores específicos têm pontas de combustível encenadas estrategicamente posicionadas para que o combustível saia dos orifícios e passe sobre a corrente de ar de combustão antes de alcançar a parede. (Ver Figura 3, "Queimador de Combustível de Baixa Emissão Estadiada") Para modificar o padrão da chama e alcançar um fluxo de calor uniforme nas porções inferiores do envelope da chama, os orifícios devem ser perfurados em ângulos cada vez mais abruptos em direção à parede do forno. Estes ângulos de orifício fazem com que o ar e o gás combustível se misturem mais rapidamente, aumentando assim o NOx térmico, e exigindo um compromisso entre o perfil do fluxo de calor e a produção de NOx térmico. Como o perfil do fluxo térmico se torna mais uniforme, com uma média acima de 90%, as emissões de NOx normalmente aumentam junto com o aumento da porcentagem do fluxo. No mesmo sentido, como o NOx é reduzido, o percentual do fluxo térmico também é reduzido.
A localização das pontas de gás encenadas também afeta a qualidade da chama do queimador. Por exemplo, se o queimador for necessário para fazer emissões muito baixas de NOx, os orifícios encenados devem ser direcionados em uma direção mais vertical. Este sentido vertical, junto com a corrente de ar de combustão localizada entre o gás não queimado e a parede do forno, aumenta a probabilidade de impacto da chama. A mistura da energia do gás combustível torna-se tão reduzida em elevações mais elevadas que as correntes do forno podem facilmente influenciar a chama em direção aos tubos. Em geral, quanto menor for a emissão de NOx quando o gás encenado passar completamente sobre a abertura do ar de combustão, maior será a tendência para o impacto da chama ou pontos quentes nos tubos.
Conclusão
Esse projeto mostrou oito fornos de craqueamento de etileno com queimadores a jato aprimorados Zeeco GLSF que atingiram requisitos de emissões desafiadores de menos de 90 mg/Nm3 de emissões de NOx. Embora os queimadores tenham sido montados próximos uns dos outros, eles não mostraram sinais de interação de chama ou de revolvimento da chama. O design compacto do queimador permitiu a instalação de mais queimadores próximos uns dos outros sem afetar negativamente o comportamento da chama. Os projetos dos queimadores GLSF Min-Emissions e Enhanced Jet foram usados em mais de 340 fornos de craqueamento de etileno desafiadores, incluindo aqueles que exigem garantias de emissões de NOx inferiores a 90 mg/Nm3. Os queimadores GLSF Enhanced Jet usados para essa aplicação atingiram emissões de NOx medidas em campo entre 35 mg/Nm3 (17 ppmv) e 65 mg/Nm3 (32 ppmv) na liberação de calor projetada.
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