Reacondicionamiento de quemadores de bajo NOx con BMS para la optimización de los calentadores de proceso

La reconversión de quemadores con control del aire de combustión y del gas combustible en hornos de proceso es una solución económica para conseguir niveles más bajos de emisiones de NOx y menores costes de funcionamiento con los equipos de combustión existentes. El nivel óptimo de exceso de aire para conseguir bajas emisiones de NOx y menos costes de funcionamiento es de alrededor del 8% de exceso de aire de combustión a través del quemador. Este documento explorará cómo el diseño del quemador GLSF Free Jet puede utilizarse con un sistema de control del aire de combustión para lograr emisiones de NOx inferiores a 50 mg/Nm3 con un precalentamiento del aire de combustión de 316 C y un ahorro de combustible del 0,68% en comparación con el funcionamiento con un exceso de aire del 20%.

Dado que la formación de monóxido de carbono (CO) comienza normalmente al 5%, el exceso de aire se suministra a través del quemador en hornos perfectamente sellados sin fugas. El quemador funciona con temperaturas de los gases de combustión superiores a 760° C, con control del exceso de oxígeno (O2) y CO, y puede funcionar con un exceso de aire del 8%. Si se produce una ligera formación de CO, el nivel de exceso de aire debe aumentarse en consecuencia. Si se produce una formación significativa de CO, la presión del gas combustible debe reducirse lentamente para garantizar que no se produzca una reacción explosiva. Por razones de seguridad, el sistema de control del aire de combustión está configurado para funcionar con un exceso de aire del 8%. Si se produce la formación de CO al 8% de aire, entonces el sistema de control aumentará el nivel de exceso de oxígeno hasta que la formación de CO se estabilice en un nivel aceptable. En tales casos, la formación de CO se produce a aproximadamente un 5% de exceso de aire, y el horno debe ser revisado para detectar fugas de aire atrapado.

Otra de las principales preocupaciones para la empresa operadora del usuario final es el coste global de propiedad de los quemadores de NOx ultrabajos de nueva generación. Pueden tener costes de mantenimiento más elevados que los quemadores de emisiones convencionales. Zeeco ofrece el diseño de mantenimiento más bajo del mercado para resultados de emisiones de NOx similares. Zeeco ha desarrollado una tecnología patentada de quemador de chorro libre de NOx ultrabajo de nueva generación con una huella mecánica compacta. El quemador de chorro libre GLSF produce un perfil de llama con una interacción llama-llama muy limitada para instalaciones de quemadores múltiples, al tiempo que consigue longitudes de llama más cortas. Con el fin de controlar el gas combustible que llega a los quemadores de proceso, se instala un sistema de control del aire de combustión para que los quemadores funcionen de forma adecuada y segura y se ajusten a los requisitos de espacio reducido.

Zeeco hablará del uso de la tecnología de quemadores Free-Jet, junto con un sistema de control de quemadores en aplicaciones de retroadaptación y de las mejoras de rendimiento tanto en emisiones de NOx como en exceso de aire de combustión.

Aplicación

El objetivo de la aplicación de retroadaptación era sustituir los quemadores para conseguir emisiones de NOx ultrabajas. A continuación se describe una aplicación que utiliza los principios de reducción de emisiones y control del exceso de aire. Se reequipó un horno de coque con sesenta y cuatro (64) quemadores Zeeco GLSF Free Jet , cada uno de los cuales funcionaba con una liberación máxima de calor de 2,93 MW. La emisión máxima total de calor del horno de coque era de 187,5 MW. Los quemadores se diseñaron para funcionar en modo de tiro forzado con un precalentamiento del aire de combustión de 316 C y un exceso de aire del 8%. Además, el horno se diseñó para funcionar con una temperatura de los gases de combustión de 820 C de los gases que salen de la sección radiante.

Resultados

Una vez instalados los sesenta y cuatro (64) quemadores en el horno de coque, un tercero midió las emisiones resultantes registradas en las condiciones indicadas a continuación:

Condiciones de funcionamiento:
Número de quemadores: Sesenta y cuatro (64)
Liberación de calor del quemador: 2,9 MW por quemador
Desprendimiento de calor del horno: 185,6 MW por horno
Exceso de aire: 8%
Emisiones de NOx: 49 mg/Nm3
Emisiones de CO: 5 mg/Nm3
Ahorro de combustible calculado: 0,68% de ahorro de combustible en comparación con el funcionamiento con un 20% de exceso de aire

Conclusiones

El uso de un control automatizado del exceso de aire con los quemadores de nueva generación no sólo puede reducir las emisiones, sino también los costes de combustible. Por lo tanto, se pueden conseguir menores emisiones con menores costes de funcionamiento. Las adaptaciones de los quemadores con control del aire de combustión y del gas combustible en los hornos de proceso son una solución económica para lograr niveles más bajos de emisiones de NOx y menos costes de funcionamiento con los equipos de combustión existentes. El nivel óptimo de exceso de aire para conseguir bajas emisiones de NOx y menos costes de funcionamiento es de alrededor del 8% de exceso de aire de combustión a través del quemador. Este documento proporciona un ejemplo de cómo el diseño del quemador GLSF Free Jet puede utilizarse con un sistema de control del aire de combustión para lograr emisiones de NOx inferiores a 50 mg/Nm3 con un precalentamiento del aire de combustión de 316 C y un ahorro de combustible del 0,68% en comparación con el funcionamiento con un exceso de aire del 20%.