El vuelco de la llama y la interacción de la llama pueden ser problemáticos en las aplicaciones de craqueo de etileno. Los problemas de vuelco de la llama pueden provocar el impacto de la llama en los tubos del horno, dando lugar a puntos calientes. Estas altas temperaturas localizadas en los tubos pueden provocar una coquización prematura y acortar los periodos entre descoquizaciones y reducir la producción de etileno. Desde principios de la década de 2000, Zeeco y Wison Engineering Ltd. han trabajado juntos en muchas aplicaciones de modernización en las que el número de quemadores de suelo aumentó y los quemadores tuvieron que acercarse. Incluso en estas situaciones, el uso de la tecnología adecuada ayuda a evitar sucesos problemáticos como el vuelco de la llama y la interacción.
Resumen
Las modificaciones de los quemadores en las aplicaciones de craqueo de etileno han demostrado ser proyectos difíciles debido a los requisitos de espaciado de los quemadores y los efectos resultantes sobre la calidad de la llama del quemador. A medida que se actualizan los hornos existentes para lograr mayores capacidades, se añaden más quemadores de suelo, lo que da lugar a distancias más pequeñas entre los quemadores y a un mayor potencial de condiciones de llama adversas, como la interacción de la llama entre quemadores y el vuelco de la llama.
Zeeco ha desarrollado una tecnología patentada de quemador de NOx ultra bajo, el quemador de llama plana de chorro mejorado con emisiones mínimas ZEECO® GLSF, que no sólo ocupa muy poco espacio mecánico, sino que también produce un perfil de llama con una interacción muy limitada entre quemador y llama y sin vuelco de la llama.
La interacción de la llama entre los quemadores puede provocar el impacto de la llama en los tubos de proceso y el aumento de las emisiones. El impacto de la llama también puede ser problemático para la producción prolongada de etileno, lo que da lugar a longitudes más cortas y a temperaturas más elevadas del metal del tubo. Un aspecto inherente al diseño del quemador de llama plana GLSF es el hecho de que el gas combustible se introduce entre la pared del horno y la corriente de aire. En consecuencia, la interacción de la llama entre los quemadores se minimiza debido a la ubicación de la punta del quemador y al diseño muy compacto. Dado que el gas no atraviesa la corriente de aire, el diseño de la perforación de la punta puede modificarse para conseguir mejores perfiles de flujo térmico sin afectar negativamente a las emisiones térmicas de NOx.
Otra de las principales preocupaciones de la empresa operadora del usuario final es el vuelco de la llama. Cuando el impulso de los gases calientes que se mueven hacia arriba desde el quemador es menor que el impulso de los gases más fríos que se mueven hacia abajo en los tubos del horno, se produce el vuelco de la llama. Repasaremos los detalles de diseño y las ventajas del quemador GLSF, proporcionaremos detalles específicos de la instalación de la reconversión, las lecciones aprendidas durante la misma e incluiremos los resultados de varias de las aplicaciones de la reconversión.
Comparación con los quemadores de bajas emisiones
Los quemadores de bajas emisiones que se encuentran en las unidades de craqueo de etileno suelen utilizar la tecnología de combustible escalonado. Estos quemadores en particular tienen puntas de combustible escalonadas estratégicamente colocadas para que el combustible salga de los orificios y pase por encima de la corriente de aire de combustión antes de llegar a la pared. Con el fin de modificar el patrón de la llama para lograr un flujo de calor uniforme en las partes inferiores de la envoltura de la llama, los orificios deben perforarse en ángulos cada vez más abruptos hacia la pared del horno. Estos ángulos de los orificios hacen que el aire y el gas combustible se mezclen a un ritmo más rápido, aumentando así los NOx térmicos, y exigiendo un compromiso entre el perfil del flujo térmico y la producción de NOx térmicos. A medida que el perfil de flujo térmico se hace más uniforme, con una media superior al 90%, las emisiones de NOx suelen aumentar junto con el incremento del porcentaje de flujo. Del mismo modo, al disminuir el NOx, también disminuye el porcentaje de flujo térmico.
Conclusión
Wison ha reequipado muchos hornos de craqueo de etileno con quemadores de emisiones mínimas GLSF de Zeeco para cumplir los exigentes requisitos de la llama. Aunque los quemadores estaban montados muy juntos, no mostraban signos de interacción de la llama ni de vuelco de la llama. El diseño compacto del quemador permitió instalar más quemadores más juntos sin afectar negativamente al comportamiento de la llama. El diseño de quemador GLSF Min-Emissions se ha utilizado en más de 140 exigentes hornos de craqueo de etileno, algunos de ellos con garantías de emisiones de NOx inferiores a 90 mg/Nm3.
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