次世代低NOxボイラーバーナーレトロフィット-現場での性能と考察

2006年、Valero Corpus Christi Texas Refining施設は、排出規制を遵守するために、2つのボイラー用にZeeco® GLSF Free-Jet Next Generation Ultra-Low NOx Burnersを購入しました。これらのボイラーは、設計も運転条件も同じものでした。GLSF Free-Jetバーナーは、外部排ガス再循環（EFGR）を必要としないため、排出ガス規制を満たすための最も経済的な選択肢となりました。それぞれのボイラーは70年以上前のものであり、厳しい排ガス規制を満たすためにEFGRを使用しない超低排ガスバーナーを後付けすることは困難でした。

概要

産業用ボイラーのバーナー改造は、既存の火力設備で低NOxレベルを達成するための経済的な解決策である。しかし、既存のバーナーのカットアウトに適合する次世代超低NOxバーナーのフットプリントを設計することは、多くの用途において業界の課題であり続けている。

Zeeco は、コンパクトな機械的フットプリントを持つ特許取得済みの次世代超低NOxフリージェット・バーナー技術を開発した。GLSF フリージェット・バーナーは、複数のボイラー・バーナー設置のために火炎と火炎の相互作用を非常に制限した火炎プロファイルを生成し、同時に短い火炎長を実現する。

エンドユーザーである事業会社にとってのもう一つの主要な懸念事項の一つは、次世代超低NOxバーナーの全体的な所有コストである。Zeeco は、同程度のNOx排出量でありながら、市場で最も低メンテナンスの設計を提供しています。この論文では、これらの設計の詳細、具体的な改造設置の詳細、およびValero社のコーパスクリスティ製油所における既存ボイラーバーナーの改造で得られた教訓について、トランピングエアの影響、およびいくつかの改造アプリケーションのフィールドエミッションテスト結果を含めて検討する。

オリジナル設計条件

各ボイラーには、2つの従来型バーナーが装備されていた。ボイラーに関する情報は、設置された年代が古いため限られており、次世代バーナーの改造に関する詳細の多くは、70年前には重要ではなかったため、明確に文書化されていなかった。加えて、当初の設計資料の一部が欠落していた。Zeeco 、既存の従来型バーナーをそれぞれ、Zeeco GLSF Free-Jetバーナーに交換した。新しいバーナーの熱放出設計は、1バーナー当たり77.4MM Btu/hrとした。燃焼空気圧力損失は3.25 "W.C.、空気温度100°F、空気過剰率15%に設定された。

この用途ではEFGRが計画されていないため、新しいバーナーは必要に応じてNOx削減効果を高めるため、燃料ガス流に0.3 lbスチーム/lb燃料ガスを注入するように設計された。少量の蒸気の使用は、要求されるNOx排出レベル0.03 lb/MM Btu (HHV)を達成するために約14%のEFGRを追加するためにボイラーを改造するよりも安価であった。

新しいバーナーは、既存のバーナー風箱構成に設置された。新しいバーナーの設置面積は既存のバーナーとほぼ同じサイズであったため、バーナー設置のためのボイラーの改造は最小限に抑えられ、改修の全体的な設置コストを削減することができた。

結論

このボイラーの改修は、ボイラーの老朽化とアプリケーションの情報量の多さから、非常に困難なものでした。しかし、課題を特定して対処した結果、ボイラーはEFGRを使用せずに、要求される0.03 lb/MM BtuのNOx排出量と50 ppmvのCO排出量を達成することができたのです。火炎安定化レッジを備えたFree-Jetミキシング技術の使用と、入念な現場評価と調整により、初期の改修コストと長期的な保守・運用コストを削減することができました。