En 2006, la planta de refino de Valero en Corpus Christi (Texas) adquirió quemadores Zeeco® GLSF FREE JET® de última generación con emisiones ultrabajas de NOx para dos calderas, con el fin de cumplir con la normativa sobre emisiones. Estas calderas eran idénticas en cuanto a diseño y condiciones de funcionamiento. FREE JET GLSF FREE JET representaba la opción más económica para cumplir con la normativa sobre emisiones, ya que no requiere recirculación externa de gases de combustión (EFGR). Cada caldera tiene más de 70 años, por lo que la adaptación de quemadores de emisiones ultrabajas sin utilizar EFGR para cumplir con los estrictos requisitos de emisiones supuso todo un reto.
Resumen
La modernización de los quemadores en calderas industriales es una solución económica para reducir los niveles de NOx en los equipos de combustión existentes. Sin embargo, diseñar un quemador de última generación con emisiones ultrabajas de NOx que se adapte al espacio previsto para el quemador existente sigue siendo un reto para el sector en muchas aplicaciones. También ha resultado ser una tarea difícil fabricar un quemador con un patrón o perfil de llama que pueda funcionar correctamente dentro del espacio disponible y dentro de las limitaciones de longitud de combustión de la pared trasera, al tiempo que se logran reducciones significativas de NOx.
Zeeco desarrollado una tecnología patentada FREE JET de nueva generación con emisiones ultrabajas de NOx y un tamaño mecánico compacto. El FREE JET GLSF FREE JET produce un perfil de llama con una interacción entre llamas muy limitada para instalaciones con múltiples quemadores de caldera, al tiempo que consigue longitudes de llama más cortas.
Otra de las principales preocupaciones para la empresa operadora es el coste total de propiedad de los quemadores de nueva generación con emisiones ultrabajas de NOx. Estos pueden tener unos costes de mantenimiento más elevados en comparación con los quemadores convencionales de calderas de bajas emisiones. Zeeco el diseño de menor mantenimiento del mercado para obtener resultados similares en cuanto a emisiones de NOx. En este artículo analizaremos estos detalles de diseño, los pormenores específicos de la instalación de la modernización y las lecciones aprendidas durante la modernización de los quemadores de calderas existentes en la refinería de Valero en Corpus Christi, incluyendo el impacto del aire parásito y los resultados de las pruebas de emisión sobre el terreno para varias de las aplicaciones de modernización.
Condiciones de diseño originales
Cada caldera estaba equipada con dos quemadores convencionales. La información sobre las calderas era limitada debido a la antigüedad de la instalación, y muchos de los detalles relativos a la sustitución por quemadores de última generación no eran importantes hace 70 años, por lo que no se documentaron con claridad. Además, faltaba parte de la documentación original del diseño. Zeeco cada uno de los quemadores convencionales existentes por un FREE JET Zeeco FREE JET . El diseño de liberación de calor de los nuevos quemadores se fijó en 77,4 MM Btu/h por quemador. La caída de presión del aire de combustión se fijó en 3,25” W.C. con un exceso de aire del 15 % y una temperatura del aire de 100° F.
Los nuevos quemadores se diseñaron para utilizar 0,3 lb de vapor por libra de gas combustible inyectado en el flujo de gas combustible, 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 la caldera para añadir aproximadamente un 14 % de EFGR con el fin de alcanzar el nivel de emisiones de NOx requerido de 0,03 lb/MM Btu (HHV).
Los nuevos quemadores se instalaron en la configuración existente de la caja de aire de los quemadores. La superficie ocupada por los nuevos quemadores era aproximadamente la misma que la de los quemadores existentes, por lo que las modificaciones en la caldera para su instalación se redujeron al mínimo, con el fin de reducir el coste total de la modernización.
Conclusión
La modernización de las calderas supuso un gran reto debido a su antigüedad y a la escasa información disponible sobre la aplicación. Sin embargo, una vez identificados y resueltos los problemas, las calderas lograron alcanzar los niveles exigidos de emisiones de NOx de 0,03 lb/MM Btu y de CO de 50 ppmv sin necesidad de utilizar un EFGR. El uso de la tecnología FREE JET , junto con salientes de estabilización de la llama y minuciosas evaluaciones y ajustes sobre el terreno, permitió reducir los costes iniciales de la modernización, así como los costes de mantenimiento y funcionamiento a largo plazo.
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