Nel 2006, l’impianto di raffinazione Valero di Corpus Christi, in Texas, ha acquistato i bruciatori Zeeco® GLSF FREE JET® Next Generation Ultra-Low NOx per due caldaie, al fine di conformarsi alle normative sulle emissioni. Queste caldaie erano identiche sia nella progettazione che nelle condizioni operative. FREE JET GLSF FREE JET rappresentava l’opzione più economica per soddisfare le normative sulle emissioni, poiché non richiede il ricircolo esterno dei gas di combustione (EFGR). Ciascuna caldaia ha più di 70 anni e l’installazione di bruciatori a emissioni ultra-basse senza ricorrere all’EFGR per soddisfare i rigorosi requisiti sulle emissioni rappresentava una sfida.
L'adeguamento dei bruciatori nelle caldaie industriali rappresenta una soluzione economica per ottenere livelli di NOx più bassi con le apparecchiature di combustione esistenti. Tuttavia, la progettazione di un bruciatore di nuova generazione a emissioni ultra-basse di NOx, in grado di adattarsi all'ingombro del bruciatore esistente, continua a rappresentare una sfida per il settore in molte applicazioni. Anche la realizzazione di un bruciatore con un profilo di fiamma in grado di funzionare correttamente entro i limiti di spazio disponibili e di lunghezza di combustione sulla parete posteriore, ottenendo al contempo riduzioni significative delle emissioni di NOx, si è rivelata un compito difficile.
Zeeco sviluppato una tecnologia brevettata FREE JET a emissioni ultra-basse di NOx di nuova generazione con un ingombro meccanico ridotto. Il FREE JET GLSF FREE JET produce un profilo di fiamma con un’interazione tra le fiamme molto limitata per installazioni con più bruciatori in caldaia, ottenendo al contempo lunghezze di fiamma più brevi.
Una delle altre principali preoccupazioni per l’azienda utilizzatrice è il costo totale di proprietà dei bruciatori a emissioni ultra-basse di NOx di nuova generazione. Questi possono comportare costi di manutenzione più elevati rispetto ai bruciatori convenzionali per caldaie a basse emissioni. Zeeco la soluzione con i minori costi di manutenzione sul mercato a parità di risultati in termini di emissioni di NOx. Nel presente documento esamineremo questi dettagli di progettazione, le specifiche relative all’installazione in caso di retrofit e le esperienze acquisite durante l’adeguamento dei bruciatori delle caldaie esistenti presso la raffineria Valero di Corpus Christi, compreso l’impatto dell’aria di trascinamento e i risultati dei test di emissione sul campo per diverse applicazioni di retrofit.
Ogni caldaia era dotata di due bruciatori convenzionali. Le informazioni sulle caldaie erano limitate a causa dell’età dell’impianto e molti dei dettagli relativi alla sostituzione con bruciatori di nuova generazione non erano considerati importanti 70 anni fa e, di conseguenza, non erano stati documentati in modo chiaro. Inoltre, mancava parte della documentazione progettuale originale. Zeeco ciascuno dei bruciatori convenzionali esistenti con un FREE JET Zeeco FREE JET . La potenza termica dei nuovi bruciatori è stata fissata a 77,4 MM Btu/ora per bruciatore. La caduta di pressione dell’aria di combustione è stata fissata a 3,25” W.C. con un eccesso d’aria del 15% e una temperatura dell’aria di 100° F.
I nuovi bruciatori sono stati progettati per utilizzare 0,3 lb di vapore/lb di gas combustibile iniettato nel flusso di gas combustibile, al fine di aumentare la riduzione di NOx se necessario, poiché per questa applicazione non era previsto l’EFGR. L’uso di una piccola quantità di vapore risultava meno costoso rispetto alla modifica della caldaia per aggiungere circa il 14% di EFGR al fine di raggiungere il livello richiesto di emissioni di NOx pari a 0,03 lb/MM Btu (HHV).
I nuovi bruciatori sono stati installati nella configurazione esistente della camera di combustione. L’ingombro dei nuovi bruciatori era approssimativamente delle stesse dimensioni di quello dei bruciatori esistenti, pertanto le modifiche alla caldaia per l’installazione dei bruciatori sono state ridotte al minimo per contenere il costo complessivo dell’intervento di retrofit.
L'adeguamento delle caldaie ha rappresentato una sfida molto impegnativa a causa della loro età e della scarsa disponibilità di informazioni relative all'applicazione. Tuttavia, una volta identificate e risolte le difficoltà, le caldaie sono riuscite a raggiungere i livelli richiesti di emissioni di NOx pari a 0,03 lb/MM Btu e di CO pari a 50 ppmv senza ricorrere all’EFGR. L’utilizzo della tecnologia FREE JET con sporgenze di stabilizzazione della fiamma, unito ad accurate valutazioni e regolazioni in loco, ha consentito di ridurre sia i costi iniziali di adeguamento sia i costi di manutenzione e funzionamento a lungo termine.
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