La instalación de quemadores de bajas emisiones de NOx en aplicaciones existentes puede ser una solución económica para lograr bajos niveles de emisiones de NOx en equipos de combustión ya instalados. Por lo general, los quemadores de bajas emisiones de NOx requieren bien una recirculación externa de gases de combustión (EFGR) o bien una reducción catalítica selectiva (SCR) para alcanzar emisiones de NOx de 9 ppmv y de CO de 50 ppmv o menos. Diseñar un quemador de bajas emisiones de NOx que se adapte al espacio de un quemador existente, al tiempo que funcione correctamente dentro de las limitaciones de longitud de combustión y cumpla los objetivos de emisión sin necesidad de EFGR, ha supuesto un reto para el sector. La empresa Dow Chemical Company, con sede en Pittsburg (California), se enfrentó a este reto cuando se le exigió que su horno Dowtherm® Heater funcionara con emisiones de NOx inferiores a 9 ppmv y de CO inferiores a 50 ppmv. Zeeco Dow una solución de modernización FREE JET patentado GLSF FREE JET de última generación, que ofrece un tamaño mecánico reducido, un perfil de llama compacto y longitudes de llama más cortas.
La tecnología FREE JET Zeeco® FREE JET de última generación con emisiones ultrabajas de NOx puede producir emisiones de NOx inferiores a 9 ppmv sin EFGR. FREE JET GLSF FREE JET produce un perfil de llama con una interacción entre llamas muy limitada en las instalaciones de quemadores, al tiempo que consigue longitudes de llama más cortas. El diseño del quemador utiliza la teoría de mezclaFREE JETpara maximizar la cantidad de productos de combustión internos inertes (gases de combustión) mezclados con el gas combustible en la cámara de combustión, con el fin de producir una mezcla de combustible reacondicionada compuesta por gas y gases de combustión. La mezcla resultante se quema entonces en el proceso de combustión con una temperatura adiabática de la llama más baja y produce emisiones de NOx intrínsecamente más bajas.
Otra preocupación del sector para la empresa operadora es el coste total de propiedad de los quemadores de NOx ultrabajo de última generación. Algunos diseños disponibles en el mercado han presentado costes de mantenimiento más elevados en comparación con los quemadores convencionales. Estos costes se ven compensados por el menor uso de costosos sistemas EFGR o SCR para lograr la reducción deseada de NOx.
Zeeco los detalles de ingeniería del FREE JET utilizado en la aplicación de Dow, cómo el diseño aborda tanto los retos relacionados con las emisiones como con el coste de propiedad, y comentará los resultados de campo verificados y exitosos.
DESCRIPCIÓN DE LA APLICACIÓN
La empresa Dow Chemical Company, con sede en Pittsburg (California), se enfrentaba a un exigente requisito en materia de emisiones que exigía un nivel de emisiones de NOx inferior a 9 ppmv para su horno Dowtherm®. El horno requería un único quemador diseñado para alcanzar una potencia calorífica máxima de 26 MM Btu/h (6,55 MM Kcal/h). El horno presentaba un diseño cilíndrico vertical, con un serpentín helicoidal de dos pasadas. El aire de combustión se suministraba al quemador a temperatura ambiente a través de un sistema de suministro de tiro forzado. A plena carga, el sistema de aire de combustión estaba diseñado para suministrar al quemador una presión de aire de 3” H₂O (76,2 mm H₂O). La altura del horno era de 21,6 pies (6.584 mm), con un diámetro circular de los tubos del horno de 9,5 pies (2.896 mm). El volumen del horno era de aproximadamente 1.530 pies cúbicos (43,3 m³) y estaba diseñado para una temperatura de los gases de combustión de 1.700 °F (926,7 °C). La liberación de calor por superficie era de aproximadamente 350.945 Btu/pie² (994.964 kcal/m²). Las aplicaciones con una liberación de calor por superficie superior a 350 000 Btu/pie² suelen considerarse difíciles, ya que la temperatura a la que se produce la mayor parte de la formación térmica de NOx es de 1 600 °F o superior.
La modernización de los quemadores en aplicaciones en las que se exige que las emisiones de NOx sean de 9 ppmv o menos supone un reto, ya que suele requerir el uso de recirculación externa de gases de combustión (EFGR) o de reducción catalítica selectiva (SCR). Otra preocupación es proporcionar un quemador de baja emisión de NOx de última generación que se adapte al espacio previsto para el quemador existente. Los patrones o perfiles de llama de los quemadores de baja emisión de NOx de nueva generación que puedan funcionar correctamente dentro de las limitaciones de longitud de combustión también han resultado ser un reto para el sector. FREE JET GLSF FREE JET Zeecose diseñó para utilizar aproximadamente 0,6 lb de vapor por libra de gas combustible inyectado en la corriente de aire con el fin de aumentar la reducción de NOx si fuera necesario, ya que no se había previsto el uso de EFGR para esta aplicación. El uso de una pequeña cantidad de vapor resultaba más económico que modificar el horno para añadir el EFGR de entre el 25 % y el 35 %, o un sistema SCR, que suelen ser necesarios para alcanzar el nivel de emisiones de NOx requerido.
CONCLUSIÓN
La empresa Dow Chemical Company, con sede en Pittsburg (California), instaló un único FREE JET Zeeco FREE JET para cumplir con el requisito de emisiones de NOx inferiores a 9 ppmv en su horno Dowtherm®. Las aplicaciones que requieren menos de 9 ppmv suelen conseguirse mediante la recirculación externa de gases de combustión (EFGR) o la reducción catalítica selectiva (SCR). Sin embargo, para este proyecto de modernización, Zeeco a Dow la tecnología patentada FREE JET de última generación con emisiones ultrabajas de NOx, que se caracteriza por un tamaño mecánico muy reducido, un perfil de llama compacto y una longitud de llama más corta. Una vez instalado in situ, un organismo independiente verificó que las emisiones de NOx eran inferiores a 6 ppmv y las de CO, inferiores a 3 ppmv. La capacidad de cumplir los requisitos de emisiones sin necesidad de recurrir a costosos sistemas de recirculación externa de gases de combustión (EFGR) o de reducción catalítica selectiva (SCR) resultó muy beneficiosa para Dow.
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