Контроль выбросов во время холодной загрузки печи

Высокая Выбросы окиси углерода, из печи в то время как температура в настоящее время увеличили разрешение может превышать пределов, если необходимые меры не принимаются. Вот несколько предложений.

Экологические требования продолжать сокращать допустимых выбросов оксидов азота (NO ^ югу х ^) выбросы из промышленных нагревателей (1). Это привело к разработке ультра-низким NO ^ х ^ к югу горелок (2, 3).

Термальный NO ^ х ^ к югу выбросов в значительной степени зависят от температуры (рис. 1). Хотя условия равновесия не достигается в пламени, на рисунке показано соотношение между NO ^ х ^ к югу выбросов и реакционной зоны (пламя) температуры.

Таким образом, большинство NO ^ х ^ к югу методов сокращения попытаться снизить температуру пламени и свести к минимуму максимальная температура в пламени. Некоторые из этих методов включают закачки пара или воды в огонь, воздух и / или топлива, постановка, рециркуляция топочных газов, ультра-худой смешивания и устранения подогрева топлива и / или воздуха для горения.

Важно также, чтобы свести к минимуму выбросы окиси углерода (CO), который регулируется загрязнителя. СО и NO ^ х ^ к югу выбросов оба сильны функции горючей смеси (рис. 2). В ближайшем стехиометрических условий для конкретного вида топлива сжигается (около 9,5 для воздуха / CH 4 югу ^ ^ сгорания), а горючей смеси увеличивается, уменьшается, а CO NO ^ х ^ к югу увеличивается.

В обычной практике, большинство горелки работают около 3% избыток кислорода (примерно 15% избытка воздуха), чтобы обеспечить низкий уровень выбросов CO и высокую эффективность сгорания. Этот избыток O2 помогает компенсировать несовершенным смешивания, что происходит в реальной горелки. Она также позволяет для любого изменения в условиях эксплуатации, которые могут возникнуть во время нормальной работы, такие, как суточные и сезонные изменения температуры окружающего воздуха и влажности воздуха, а также незначительные изменения в составе газовом топливе.

В условиях равновесия, есть достаточно времени для всех реакций, идти до конца, так химической кинетики не важны. Однако большинство реальных процессов горения не равновесные процессы и кинетика обычно имеют важное значение. В большинстве стран с низким уровнем выбросов NO x конструкции горелки, перемешивание намеренно затягивали протянуть реакции и уменьшить пиковые температуры в пламени. Топлива и воздуха, не идеально смешиваются и не имеют неограниченное количество времени, чтобы среагировать.

Химическая кинетика расчетов с использованием CHEMKIN (4, 5) показать, как CO поколения зависит от различных параметров. 3 приведены предсказал CO уровней в зависимости от выхода зоны реакции температуры CH югу ^ ^ 4 сжигается с различными количество избыточного воздуха, для исходных данных (+100%) время пребывания в совершенно перемешивают реактор (PSR). Эти температуры являются температура газа выходе из зоны реакции горения (что было управлять, варьируя количество тепла, потери от модели реактора PSR). CO выбросов очень высоки при низких температурах и быстро уменьшаться с ростом температуры газа. При запуске условия, уровень избыточной O2 зачастую высок, потому что демпферы горелки воздуха обычно устанавливаются для нормальных условий стрельбы курса. Поскольку фактические скорости стрельбы, как правило, низкой при запуске, превышение уровня воздуха до высокой скорости стрельбы постепенно увеличивается до нормальных условиях эксплуатации. На рисунке 3, концентрация CO уменьшается с превышением уровня воздуха из-за эффекта разбавления ..

Рисунок 4 участков предсказал выбросов CO в зависимости от температуры реакции выхода зоны для различных времен пребывания в зоне пламени с 7,5% избыток O2. Относительно высокий уровень избыточной O2 была использована так как это состояние является общим при запуске. Рисунок 4 показывает, что чем дольше время пребывания, тем меньше CO получается, потому что есть больше времени для CO должны быть преобразованы в СО2.

3 и 4 свидетельствуют о важности химической кинетики формирования CO.

Режим пуска

Многие факторы делают запуска условия существенно отличаются от нормальных рабочих условиях. Первым и наиболее очевидным является то, что печь холодная. Это означает, что печь стены поглощают гораздо более значительная доля лучистой энергии, чем они занимаются во время жарки. Это высшее лучистой поглощения при запуске отводит тепло от пламени по более высокой ставке и снижает температуру пламени, по сравнению с нормальной хозяйственной деятельности.

На начальном горелка-офф, печь полный атмосферного воздуха. Горелки с высокой увлечения печи газа жидкость прохладнее пламени при запуске, где большие объемы воздуха уносятся в пламя. Уровень избыточного O2 выше, как из-за воздуха в печи и потому, что горелки работают с демпферами на или рядом с широко открытыми, хотя топливо Расходы, приведенные ниже изначально при запуске. Как показано на рисунке 2, более высокие уровни избыточного воздуха в сочетании с более низкой температуре газа более высокие уровни CO.

Во время запуска, скорость стрельбы горелка изначально низкой и постепенно возрос до скорострельность дизайн, как обогреватель нагревается. Это сделано для предотвращения термически шокирующие материалы в нагревателе, которые могут привести к повреждению. Когда стрельба низка во время загрузки, скорость выхода газа в горелку ниже, и печь проект также редко, пока обогреватель нагревается. Ниже скорострельность и нижней печи проект снижение скоростей газа в нагревателе, что увеличивает время пребывания. Как показано на рисунке 4, увеличить время пребывания как правило, сокращает выбросы CO. Но, тем медленнее скорости выхода газа в горелку привести к бедным смешивания топлива и воздуха в камеру сгорания, который в целом увеличивает выбросы CO.

NO ^ х ^ к югу выбросов в целом имеют тенденцию к понижению в течение coldfurnace пусков из-за изначально более низких температурах дымовых газов. Тем не менее, выбросы CO, как правило, выше в период холодной печи пусков из-за неполного сгорания, вызванных увлечением холодной газов печи в пламени, а также увеличения потерь тепла на холодных стенках печи. Эта проблема особенно распространена в ультра-низким NO ^ х ^ к югу горелки, которые включают большое количество печных увлечения газа в огонь. Как дымовых газов температурой увеличение выбросов CO быстро уменьшаться.

К сожалению, короткий всплеск CO при холодной загрузке может создать проблемы для предприятия с воздуха разрешение на основании, например, каждый час средних для данного загрязняющего вещества. Этот краткий, но высокие CO всплеска может поставить печь из соответствия - даже если оно может произойти только на относительно короткое время запуска, который может иметь место только один раз в год или даже реже.

Многочисленные динамики проходить в течение нагревателя при запуске. Состава топлива, возможно, меняется. Это не редкость, чтобы начать обогреватель видов топлива, таких как природный газ, пока процессы на заводе функционируют и газоперерабатывающего завода является доступным для использования в горелки. Скорострельность в настоящее время увеличили и нагреватель Ваннинг вверх. Количество избыточного O2 уменьшается при увеличении скорости стрельбы. Проект печи, как правило, увеличивается в нагреватель нагревается. Это займет время до нормальных условиях эксплуатации достигается - когда скорострельность, обогреватель проект температуры и избыточного O2 находятся на их расчетные значения.

Таблица влияния различных параметров при запуске условия на NO ^ югу х ^ и CO выбросов. Температура пламени ниже из-за высокой ставки теплообмена в более холодные стены печи. Температуры дымовых газов важно из-за высокой увлечения в ультра-низким NO ^ х ^ к югу горелки. Время пребывания меньше из-за уменьшения ставки стрельбы и более низкие уровни проекта. Большинство эффекты при загрузке, как правило, снижение NO ^ х ^ к югу и увеличение Ко фактические последствия зависят от конкретного применения и условий.

Количественная оценка эффектов

Один горелки. Рисунок 5 иллюстрирует NO ^ югу х ^ и выбросов CO при запуске опытно-промышленные испытания печи с одной ультра-низким NO ^ югу х ^ с естественной тягой горелки стрельбе вертикально вверх. Состава топлива на 15% водорода и 85% природного газа (> 90% CH 4 югу ^ ^). Первоначально печь примерно в условиях окружающей среды и горелки при относительно низкой скорости стрельбы с достаточно высоким уровнем избыточного O2. Печи проект был низким, поэтому количество воздуха, вытащил в горелку было меньше, чем сумма, заход в расчетных режимах.

Из рисунка видно, что вначале не к югу ^ х ^ выбросов были низкими, а выбросы CO были относительно высокими. После запуска скорострельность была постепенно увеличена. Печах и проект увеличилось. NO ^ х ^ к югу выбросов постепенно возросло, а сократилось CO.

Затем проект испытательной печи доводили до целевого уровня. Сочетание тепла и O2 изменения концентрации производства всплеск СО и окунуться в NO ^ х ^ к югу около 900F. Дальнейшее повышение температуры привело к югу NO ^ х ^ расти и CO уменьшаться.

Окончательное сокращения NO ^ х ^ к югу за 1400 F было вызвано сокращение избыточных O2 к цели около 3%. Дальнейшее повышение температуры, в то же избыток O2, привело бы к югу NO ^ х ^ снова повышаться.

Два премикс горелки. На рисунке 6 показан NO ^ югу х ^ и выбросов CO при запуске 2 ультра-низким NO ^ югу х ^, премиксов, сияя стене горелки стрельбы в опытно-промышленные испытания печи. Состава топлива во время запуска было 100% природного газа (> 90% CH 4 югу ^ ^). Здесь же, печь была первоначально примерно в условиях окружающей среды и горелки, находятся на относительно низкой скорости стрельбы с достаточно высоким уровнем избыточного O2. Воздуха двери горелки были открыты лишь около 10% и уменьшить количество воздуха educted в горелку и обеспечить стабильное пламя.

Так как температура тугоплавких прилегающих к горелкам стал жарче, пламя стало более стабильным. Это позволило оператору постепенно увеличить тепловыделение горелки. Как релиз горелки тепла увеличилось, воздух двери были дополнительно открыты, чтобы больше воздуха через горелку. Эти шаги были повторены несколько раз во время процесса загрузки.

Рисунок 6 показывает, что СО и NO ^ х ^ к югу выбросов премикс тенденция лучистой стене горелки аналогичным образом, и аналогичные тем, которые на рисунке 5 выше о 700F. То есть, как СО и NO ^ х ^ к югу от выбросов премикс горелки снизилась температура окно печи увеличилась во время запуска. NO ^ х ^ к югу от выбросов премикс горелки уменьшается с температурой, поскольку, как плитка с ростом температуры, горелка стала более стабильной, так что оператор может увеличить количество воздуха, происходит в горелке. При увеличении потока воздуха, топлива, предварительно смешанные с больше воздуха, что привело к снижению температуры пламени.

Фотографии на рисунке 6 соответствуют печи температуры 800F и 1300 F. На 800F, пламя появляется ярко-желтый, что свидетельствует о том, что пламя было жарко. В 1300 F, пламя было светло-голубой, значительно прохладнее, чем ярко-желтого пламени, что объясняет низкий NO ^ х ^ к югу выбросов.

Рисунок 7 участков выбросы от ультра-худой премикс низким уровнем выбросов NO x этаже горелки, которая обычно используется в растрескивания печей. Топлива для этих испытаний было примерно 51% природного газа (> 90% CH 4 ^ ^ к югу) и 49% водорода. Эти данные были собраны во время запуска с избытком O2 уровня примерно на 11% до примерно 900F, а затем уменьшается до примерно 8,6% избыток O2 около 1000 F. Это соответствует увеличению расхода топлива около 900F при сохранении прежнего демпфер горелки воздуха параметры и условия проекта. Таким образом, расход топлива возрастает, а расход воздуха остается примерно той же, что приводит к избыточной O2 ievel к снижению. В этом случае, NO ^ х ^ к югу увеличился и CO быстрое уменьшение с температурой выше о 900F.

Рекомендации

Теоретический анализ и экспериментальные результаты показывают, что выбросы CO зачастую высок во время запуска из-за эффекта тушения пламени. Холоднее печи, тем выше передача тепла от пламени печи. Расширения передачи энергии из пламени снижает его температуру, по сравнению с работы при типичной рабочей температуры печи. Понижении температуры пламени может увеличить выбросы CO.

Тушения пламени проблема стоит особенно усугубляется во многих ультра-низким NO ^ х ^ к югу проекты, которые включают рециркуляции дымовых газов. газов холодной печи потянул в пламя и дальнейшего снижения его температуры.

Увеличение выбросов CO часто проблема, потому что они могут превышать допустимые пределы, которые обычно основаны на нормальных условиях и не пуска. Эти временные экскурсии CO можно решить несколькими способами.

Стратегии, которая была использована в некоторых ультра-низким NO ^ х ^ к югу горелок в высокотемпературной печи крекинга является включение отдельный набор форсунок, которые используются только во время запуска. Эти так называемые "Советы при запуске", обычно обеспечивают лучшее смешивание топлива и воздуха в камеру сгорания, и не вызывают столько рециркуляции газов печи, топливные инжекторы использоваться при нормальной работе. Советы при запуске, как правило, более высокие NO ^ х ^ к югу выбросов при нормальной эксплуатации, чем обычно советы получится. Тем не менее, на старте, печи и пламя температура гораздо ниже, а к югу NO ^ х ^ выбросов ниже, чем при нормальной эксплуатации.

После определенной температуры печи не было достигнуто, говорить о 1200 F, то впрыска топлива переключается с запуска советы регулярным поездкам. CO выбросов, как правило, очень низкая, что температура выше, но нет к югу ^ х ^ выбросов начинают расти при запуске советы. Переключение регулярным поездкам предотвращает NO ^ х ^ к югу от повышения целевого уровня.

Недостатки запуска советы увеличить капитальные затраты и более сложные операции. Некоторые новые усовершенствованные конструкции горелки, что более низкие выбросы CO при старте системы, без необходимости запуска советы, также доступны.

Дороже, решением является использование низким содержанием углерода топлива во время запуска, например, водорода или углеводородного топлива смешивается с водородом. Низким содержанием углерода уменьшает выбросы CO. Тем не менее, дополнительные расходы, связанные с использованием краткосрочных поставках довольно дорогое топливо может быть значительным. Кроме того, горелки, возможно, потребуется внести изменения для обработки высокого водородного топлива из-за увеличения скорость распространения пламени.

Другой вариант, чтобы избежать превышения допустимых пределов при запуске является работа с регулирующими органами и изменить воздуха позволяет учитывать для переходного увеличение выбросов CO. Например, допустимый предел для выбросов CO может быть выше, если в печи температура опускается ниже определенной температуры, например, 1000 F. CO выбросов будет по-прежнему регулируется, но с учетом понижения температуры печи во время запуска.

В действительности, печи обычно работают при значительно сниженным ставкам стрельбы во время запуска. Это означает, что, хотя концентрация СО в дымовых газах может быть существенно выше, чем при нормальной эксплуатации, фактический расход массы СО не может быть гораздо выше из-за снижения ставки стрельбы. Предоставление операторам большую гибкость при запуске в отношении выбросов CO может сократить продолжительность загрузки, как это можно было бы запустить еще быстрее, если за допустимые пределы CO были выше, в это время.

ЛИТЕРАТУРА

1. Baukal, CE, "Промышленное загрязнение горения и контроля". Marcel Dekker, New York, NY (2004).

2. Baukal, CE, под ред. "Горение John Zink Справочник", CRC Press. Бока-Ратон, штат Флорида (2001).

3. Baukal, CE, изд. "," Промышленная Справочник Горелки ". CRC Press. Бока-Ратон, штат Флорида (2004).

4. Glarborg, П. и др. ", PSR: Fortran программы для моделирования Хорошо Stirred реакторов". Sandia National Labs Доклад SAND86-8209 UC-4 (1986).

5. Ки, RJ, "Эль Аль". ", Chemkin-II: Fortran химической кинетики Пакет для анализа газовых Кинетика фазового химического". Sandia National Labs Доклад SAND89-8009B UC-706 (1989).

Чарльз BAUKAL, JR.

JIANHUI HONG

ВЭС Бассман

Ричард Т. Уэйбел

ДЖОН ZINK Ко

Чарльз BAUKAL, JR., PhD, PE, является директором Института John Zink (11920 Е. Apache, Tulsa, OK 74116, телефон: (918) 234-2854, факс: (918) 234-1827, E почта: charles.baukal <a href="mailto:charles.baukal@iohnzink.com"> @ <iohnzink.com />). Он имеет более чем 25 летний опыт работы в области промышленного сжигания в металлы, минералы, нефтехимической, текстильной и бумажной промышленности. Имеет 10 патентов и является автором двух книг, редактировал четыре книги, и написал множество технических публикаций. Он имеет степень бакалавра, MS и ученые степени в машиностроении и MBA, является совет сертифицированных инженера-эколога (BCEE) и квалифицированные экологической специалистов (QEP), а также является членом Американского общества инженеров-механиков (ASME), воздухо-и Управление отходами ассоциации (ОМА) и горения Института.

JIANHUI HONG, ПГА, в настоящее время старший инженер процесс John Zink Ко (E-почта: <a href="mailto:jianhui.hong@johnzink.com"> jianhui.hong @ <johnzink.com />), и работал в качестве инженера расширенный развития на уровне фирм, а также. Он имеет несколько американских и иностранных патентов на ультра-стабильный пилот вспышки ветрозащитный с низким уровнем NOx сжигания аппарата управления и метод, и XP steamassisted вспышки. Его в других областях знаний включают: кинетического моделирования с участием NOx, SOx и сажи; глобальной оптимизации стека стали структуры и ФАР тепловых радиометры для измерения эпицентре пламени и лучистой доля промышленных вспышек. Он имеет степень бакалавра Цинхуа Univ. (Пекин) и кандидат от Бригама Янга университет, и в химическом машиностроении.

ВЭС Бассман, доктор философии, старший научных исследований и разработок инженера John Zink Ко (E-почта: wes.bussmanejohnzink.com). Он имеет 15 лет опыта в фундаментальных научных исследований, промышленных технологических исследований и разработок, а также инженерные конструкции топочных. Он получил 9 патентов, является автором ряда статей и докладов на конференциях, а также способствовало несколько сгорания связанных книг. Кроме того, он провел несколько курсов в Univ. г. Талса. Он имеет степень бакалавра, MS и ученые степени в машиностроении из Univ. г. Талса. и является членом Каппа Эпсилон Му математического общества и Sigma Xi исследовательское общество.

Ричард Т. Уэйбел, доктор философии, директор по технологии сжигания John Zink процесса горелка группы (E-почта: dick.waibel <a href="mailto:dick.waibel@johnzink.com"> @ johnzink.com </ >). Он был вице-президентом Международной Пламя научно-исследовательского фонда (IFRF) с 2005 года, председатель Американской Пламя исследований комитета IFRF с 1995 года. Он обладает более чем десятком патентов США с участием инновационных улучшений горелки и является автором более 120 научных работ на промышленных установках, промышленный дизайн горелка, сокращения выбросов NOx и других burnerrelated темам. Он имеет степень бакалавра и доктора наук топлива штата Пенсильвания, Univ.

Белковая инженерия создает молекулярный переключатель

Процесс инженерных систем готова удовлетворить устойчивости задачи

Пористых керамических белков сортов магнитно

Письмена

Ферментативный маршрут к этанолу прогрессирует

Техника изготавливает сантехника для микрофлюидальном системы

Растения и проекты

Химического восстановления за счет конденсации

Исправления

Информационная технология

DC-Аиш связи

Айше оказывается 95 в этом месяце