Il rollover della fiamma e l'interazione della fiamma possono essere problematici nelle applicazioni di cracking dell'etilene. I problemi di rollover della fiamma possono portare all'impingement della fiamma sui tubi del forno, con conseguenti punti caldi. Queste alte temperature localizzate all'interno dei tubi possono causare coking prematuro e portare a periodi più brevi tra il de-coking e la riduzione della produzione di etilene. Dall'inizio degli anni 2000, Zeeco e Wison Engineering Ltd. hanno collaborato a molte applicazioni di revamping in cui il numero di bruciatori a pavimento è aumentato e i bruciatori dovevano essere avvicinati. Anche in queste situazioni, l'uso della tecnologia giusta aiuta a evitare problemi come il ribaltamento della fiamma e l'interazione.
I retrofit dei bruciatori nelle applicazioni di cracking dell'etilene si sono rivelati progetti impegnativi a causa dei requisiti di spaziatura dei bruciatori e dei conseguenti effetti sulla qualità della fiamma dei bruciatori. Quando i forni esistenti vengono aggiornati per raggiungere capacità più elevate, vengono aggiunti più bruciatori di piano, con conseguente riduzione delle distanze tra i bruciatori e maggiore possibilità di condizioni di fiamma avverse, come l'interazione tra bruciatori e il ribaltamento della fiamma.
Zeeco ha sviluppato una tecnologia brevettata di bruciatore a bassissimo NOx, il bruciatore ZEECO® GLSF Min-Emissions Enhanced Jet Flat Flame, che non solo offre un ingombro meccanico molto ridotto, ma produce anche un profilo di fiamma con un'interazione molto limitata tra bruciatore e bruciatore, tra fiamma e fiamma e senza roll-over della fiamma.
L'interazione della fiamma tra i bruciatori può causare l'impingement della fiamma sui tubi di processo e un aumento delle emissioni. L'impingement della fiamma può essere problematico anche per la produzione prolungata di etilene, con conseguente riduzione della lunghezza dei cicli e aumento delle temperature del metallo dei tubi. Un aspetto intrinseco del progetto del bruciatore a fiamma piatta GLSF è il fatto che il gas combustibile viene introdotto tra la parete del forno e il flusso d'aria. Di conseguenza, l'interazione della fiamma tra i bruciatori è ridotta al minimo grazie alla posizione della punta del bruciatore e al design molto compatto. Poiché il gas non attraversa il flusso d'aria, il design della foratura della punta può essere modificato per ottenere profili di flusso di calore migliori senza influire negativamente sulle emissioni termiche di NOx.
Un'altra delle preoccupazioni principali per l'utente finale è il rollover della fiamma. Quando la quantità di moto dei gas caldi che si muovono verso l'alto dal bruciatore diventa inferiore alla quantità di moto dei gas più freddi che si muovono lungo i tubi del forno, si verifica il rollover della fiamma. Verranno esaminati i dettagli di progettazione e i vantaggi del bruciatore GLSF, verranno forniti dettagli specifici sull'installazione in retrofit, le lezioni apprese durante il retrofit e verranno presentati i risultati di alcune applicazioni in retrofit.
I bruciatori a basse emissioni presenti nelle unità di cracking dell'etilene utilizzano in genere la tecnologia del combustibile a stadi. Questi particolari bruciatori sono dotati di punte di combustibile a stadi posizionate strategicamente in modo che il combustibile esca dagli orifizi e passi sopra il flusso d'aria di combustione prima di raggiungere la parete. Per modificare l'andamento della fiamma in modo da ottenere un flusso di calore uniforme nelle porzioni inferiori dell'involucro della fiamma, gli orifizi devono essere perforati con angoli sempre più bruschi verso la parete del forno. Questi angoli di orifizio fanno sì che l'aria e il gas combustibile si mescolino più rapidamente, aumentando così gli NOx termici e richiedendo un compromesso tra il profilo del flusso di calore e la produzione di NOx termici. Quando il profilo del flusso di calore diventa più uniforme, con una media superiore al 90%, le emissioni di NOx aumentano in genere con l'aumento della percentuale di flusso. Allo stesso modo, quando gli NOx diminuiscono, diminuisce anche la percentuale di flusso termico.
Wison ha installato in un secondo momento molti forni per il cracking dell'etilene con i bruciatori a emissioni minime GLSF di Zeeco per soddisfare i requisiti di fiamma più impegnativi. Anche se i bruciatori sono stati montati a distanza ravvicinata, non hanno mostrato segni di interazione o di ribaltamento della fiamma. Il design compatto del bruciatore ha permesso di installare più bruciatori a distanza ravvicinata senza influire negativamente sul comportamento della fiamma. Il design del bruciatore GLSF Min-Emissions è stato utilizzato in oltre 140 forni per il cracking dell'etilene, alcuni dei quali con garanzie di emissioni di NOx inferiori a 90 mg/Nm3.
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