로이 비스넷, Zeeco Inc., USA는 수소 반응기 공급 히터의 교체 버너가 일주일 이내에 개조 비용을 절감 한 방법에 대해 논의합니다.
미국 동부 해안의 한 대형 정련소는 천연 드래프트 수소 반응기 공급 히터에서 최대 열 방출을 충족시키는 데 문제가 있었습니다. 버너 개조 프로젝트에 대한 정제기의 이전 긍정적 인 경험으로 인해, 그들은 미국에 본사를 둔 연소 장비 제조업체에 연락했습니다. Zeeco 그리고 지침을 요청했습니다. Zeeco 버너 전문가들은 검사를 완료하고 히터의 기존 버너에있는 버너 팁 중 일부가 꽂혀 있다고 지적했습니다.
이 버너 팁의 막힘(plugging)으로 인해 현 조건에서 열 방출이 제한되었습니다. 열 방출을 증가시키려고 시도하면 연료 가스 압력 경고가 발생했습니다. 따라서 버너가 용량 곡선의 상단에서 작동할 수 있도록 팁을 청소하는 것이 권장되었습니다. 이렇게 하면 가열기가 증가된 열 방출로 작동하고 시설 전반적으로 공급 속도를 향상시킬 수 있습니다. 그러나 정제 업체는 기존 버너 팁이 지난 2개월 이내에 청소되었으며 실제로 정제 업체는 수용 가능한 공급 속도로 작동하기 위해 거의 매월 청소해야한다고 보고했습니다. 정련업자는 팁 청소가 스캐폴드를 제작해야하는 시간이 많이 걸리는 작업이며, 기존 버너의 매니폴드 설계는 각 개별 버너 팁에 공급되는 압축 피팅이있는 개별 스테인레스 스틸 튜브를 제거한 다음 여섯 개의 버너 각각에 대한 여덟 개의 버너 팁을 제거해야한다고 보고했습니다. 공정의 복잡성과 빈도는 청소가 수행 될 때마다 파이프 배관공과 목수가 필요했기 때문에 시설에 상당한 유지보수 비용 부담을 가중시켰다. 정련업자는 또한 기존 버너가 초저 NOx 설계였으며 10 년 미만이었으며 923 Btu / SCF LHV의 평균 연료 가스 조성으로 작동했다고보고했습니다.
정유 공장의 다른 곳에서, Zeeco GB 단일 제트 버너는 동일한 연료 가스 공급으로 작동하는 공장의 다른 히터에 개조되었으며 정련기는 이러한 버너가 고유 한 설계 차이로 인해이 엄격한 유지보수가 필요하지 않다고 지적했습니다. 사실, 한 히터는 팁 플러그 문제없이 여섯 달 동안 개조 후 작동했으며 다른 히터는 팁 청소가 필요없이 개조 후 일년 만에 작동 마크를 통과했습니다. 두 히터 모두 지정된 용량과 배출물보다 더 나은보고를하고있었습니다.
도전 과제
정유 팀과 버너 전문가 팀은 현재 운영에서 손실 된 기회 비용의 양을 계산하고 $ 10 000 / day를 초과한다고 결론지었습니다. 정련사는 기존 버너를 GB Single Jet 버너로 교체하는 것이 운영상의 의미가 있다고 판단했지만 가능한 한 빨리 개조를 완료하고 정유 공장 운영을 중단하지 않기를 원했습니다. CFD 및 버너 테스트는 현장의 유사한 응용 프로그램에서 파일에 대한 경험적 작동 및 배출 데이터로 인해 필요하지 않았습니다. 버너는 923 Btu LHV의 평균 연료 가스를 발사하는 동안 0.030 lb / MMBtu 또는 26 vppm의 배출 보증을 충족해야하며 6 개의 상향 연소 버너가있는 자연 드래프트 수직 원통형 히터에서 사양에 맞게 작동해야했습니다. 버너 원 직경은 5.5 ft이고 튜브 원 직경은 15.3 ft였다. 바닥에서 대류 섹션까지의 방사 섹션 높이는 29.5 피트로 측정되었습니다.
해결책
GB Single Jet 버너는 최대 화염 높이 19.8ft, 화염 폭 2.8ft, 열 방출 11.68MMBtu/hr로 총 70MMBtu/hr을 갖도록 설계되었습니다. 버너는 4:1의 턴다운 요구 사항을 충족하고 평균 923 Btu LHV 연료 가스를 발사하는 동안 26 vppm 또는 0.030 lb/MMBtu를 초과하지 않는 배기가스 보장을 충족해야 했습니다. 버너는 정유 공장이 원하는 일정에 맞게 15 주 이내에 생산 및 배달되어야했으며, 정유 공장 및 버너 제조업체 전문가 팀은 히터가 계속 작동하는 동안 버너를 설치할 계획을 개발했습니다. 버너가 도착했을 때, 설치 팀은 용광로를 사용하지 않고 일주일 동안 한 번에 하나의 버너를 교체했습니다 (그림 1 참조).
그림 1. 개조 프로젝트 중에 용광로에 설치할 준비가 된 새로운 버너.
선택한 버너의 작동 특성:
- 내부 연도 가스 재순환(IFGR), 단계적 연료 및 단계적 공기를 통해 NOx를 줄입니다.
- 자연적, 강제적, 유도, 균형 잡힌 유입 또는 터빈 배기 연소 공기 유도
- 업파이어링, 사이드 소성 및 다운소성 용도로 구성할 수 있습니다.
- 플레넘 장착 또는 개별 윈드 박스
- 열 방출 범위 - 자연 초안 : 1-20 MM Btu / hr (0.293-5.860 MW)
- 열 방출 범위 - 강제 초안 : 1-20 MM Btu / hr (0.293-5.860 MW)
- 턴다운: 대부분의 경우 10:1 이상
- 초과 공기 범위 설계: 8% 이상 – 대부분의 경우
- 연소 공기 압력 강하 - 자연 초안 : 0.2-1in (5-25 mm) 물 기둥
- 연소 공기 압력 강하 - 강제 초안 : 0.5-4in (12.7-100 mm) 물 기둥
기술
개조 프로젝트를 위해 선택된 Zeeco GB Single Jet 라운드 화염 버너는 비대칭 단일 팁과 콘 디자인을 사용하여 내부 연료 가스 재순환을 촉진합니다. 이 설계는 단계적 공기 및 가스 기술을 활용하여 NOx 배출(대부분의 응용 분야에서 20-49 vppm)을 줄이고 새로운 응용 분야 및 개조 기회를 증가시킵니다. 버너는 원뿔 어셈블리에서 단일 가스 팁 발사를 사용하지만 버너의 중심선에서 발사하는 대신 팁과 원뿔이 오프셋되어 버너 타일의 내부 직경에 더 가깝게 발사됩니다 (그림 2 참조).
그림 2. 버너의 다른 연소 공기 및 내부 연도 가스 재순환 영역을 보여주는 전형적인 GB 단일 제트 버너의 버너 목구멍.
안정되어 있는 화염
단일 팁과 원뿔은 간단하고 안정적인 디자인입니다. 팁 드릴링에는 버너를 점화하는 데 사용되는 점화 포트, 이차(풍부한) 연소 구역을 만드는 데 사용되는 발사 포트, 이차(풍부한) 연소 구역을 향상시키는 중앙 스테이지 연료 포트가 포함됩니다. 모든 포트가 가까운 거리에 있기 때문에 점화 가스는 많은 스테이지 연료 버너 설계의 380mm 이동 거리에 비해 30mm 미만의 짧은 거리를 이동합니다. 가스는 매우 짧은 거리를 이동하기 때문에 표준 버너 설계에 비해 버너 안정성에 부정적인 영향을 미칠 가능성이 훨씬 적습니다.
콤팩트한 디자인
단 하나의 팁과 콘을 갖춘 버너의 컴팩트 한 디자인은 종종 제한된 공간으로 새로운 응용 프로그램 및 개조를 위해 선택됩니다.
화염 상호 작용의 낮은 확률
버너는 작은 풋프린트와 버너 인후통에 단 하나의 팁만 위치하기 때문에, 버너 타일의 주변에 가스 팁이 있는 기존의 스테이지 연료 버너와 비교할 때 하나의 버너에서 발사된 가스는 인접한 버너로부터 더 멀리 떨어져 있습니다. 이 설계는 버너에서 버너로 발사되는 가스가 더 멀리 떨어져 화염 상호 작용의 가능성과 '화염 구름'의 가능성을 크게 줄인다는 것을 의미합니다.
낮은 유지보수
팁과 콘이 하나뿐이므로 유지보수 필요성이 줄어 듭니다. 기본 팁과 콘 설계는 수십 년 동안 현장에서 입증되어 왔으며 전반적인 유지보수 요구 사항이 낮기 때문에 많은 운영 그룹에서 선호하는 설계입니다.
정확한 연소 공기 제어
각 버너에 대한 연소 공기를 제어하는 것은 적절한 작동에 매우 중요합니다. GB Single Jet은 이중 블레이드 대향 모션 댐퍼 시스템을 사용하여 연소 공기를 제어합니다. 댐퍼 블레이드는 녹을 방지하기 위해 304SS 샤프트에 장착됩니다. 그런 다음 댐퍼 샤프트를 베어링에 장착하여 쉽게 이동할 수 있습니다.
이 버너는 버너 인후에서 연소 공기의 일정 비율을 단계화하고 버너의 중심선에서 발사하는 대신 콘 어셈블리에서 오프셋 된 단일 가스 팁 발사를 사용하기 때문에 버너 화염의 바닥으로 IFGR을 생성 할 수 있습니다. 이 배열은 또한 연소 구역으로의 IFGR의 양을 최대화하기 위해 안정적인 저압 영역을 만드는 데 도움이됩니다. 증가된 IFGR은 화염 코어의 피크 화염 온도를 극적으로 감소시킵니다. 그림 3은 피크 화염 온도를 낮추면 열 NOx 방출이 감소한다는 것을 보여줍니다.
그림 3. 피크 화염 온도 대 열 NOx 생산.
대부분의 저녹스 및 초저녹스 버너는 안정된 버너 화염을 제공하기 위해 여러 개의 가스 팁, 복잡한 타일 형상 및 화염 홀더를 사용합니다. 그러나 단 하나의 가스 팁과 콘 부품만으로도 기존의 원료 가스 버너보다 더 강력한 배출 요구 사항을 충족시킬 수 있는 선택된 버너가 여러가지 용광로에 맞게 개조될 수 있습니다. 선택된 GB Single Jet 버너의 타일 형상은 보통 직사각형으로 더욱 비용 효율적이며 저녹스 버너에 필요한 일반적인 타일 크기보다 작습니다. 이로 인해 기존의 용광로 버너 장착과 같은 개조 작업이 간소화됩니다. 예를 들어 정유 공장 개조 프로젝트와 같은 경우, 이 작은 타일 크기로 값비싼 바닥강과 마감재 개조의 필요성이 제거됩니다. 결국 추가 비용을 절감할 수 있습니다.
버너 조정 가능성
이전 버너 개조에서 배운 교훈은 일단 설치되면 버너의 기계적 조정 가능성이 바람직하다는 것입니다. 대부분의 개조는 수십 년 동안 지속적으로 사용 된 용광로에서 발생합니다. 운영 인력은 유지보수에 부지런하지만 일반적으로 용광로의 외부 영역이 가장 많은 관심을 받고 있으며, 턴어라운드 중에 용광로의 내부 작동 영역을 검사하고 유지 관리합니다. 많은 정유 공장은 현재 이년에서 다섯 년마다 턴어라운드를 계획하고 있으며, 이로 인해 내부 영역에 대한 피해를 시정할 기회가 줄어든 상태다.
수십 년 동안 서비스를 통해 바닥 내화 수준이 저하 될 수 있습니다. 결과적으로 프로젝트 팀은 각 버너 위치에서 특정 내화 두께에 맞게 각 개별 버너를 계획하고 기계적으로 조정할 수 있어야 합니다. 기계적 조정이 제공되지 않으면 버너의 작동을 최적화하여 가장 낮은 설계 NOx 배출을 달성 할 수 없습니다. 용광로 내화 차이가 너무 심하면 버너의 안정적인 작동에도 영향을 줄 수 있습니다.
필요한 필드 조정을 제공하기 위해 GB 단일 제트 버너에는 세 가지 조정 영역이 있습니다. 첫 번째 조정은 버너 전면 플레이트에 추가 장착 구멍 세트이며, 두 번째 조정은 수직 조정을위한 주 연료 가스 라이저 및 파일럿을위한 장착 허브이며, 세 번째 조정은 주 연료 가스 라이저 및 파일럿의 수평 조정을위한 슬라이딩 장착 플레이트입니다.
버너 전면 플레이트에 대한 추가 장착 구멍은 기존 버너를 제거하는 동안 에어 플레넘의 기존 장착 볼트가 손상되었을 때 제기되는 문제에 대한 해결책을 제공합니다. 기존 장착 볼트로부터 작은 각도로 오프셋되는 전면판에 추가 장착 구멍 세트를 포함함으로써, 유지보수 담당자는 이러한 문제가 발생하더라도 새로운 버너를 설치할 수 있다. 기존의 손상된 장착 볼트를 뚫는 대신 오래된 볼트를 깎아 내고 새로운 장착 볼트를 새 위치에 설치할 수 있습니다.
주 연료 가스 라이저 및 파일럿 어셈블리의 수직 위치를 조정하기 위해 장착 허브와 세트 나사를 포함하는 것은 또 다른 주요 조정입니다. 세트 나사 및 장착 허브는 수십 년간의 서비스로 뒤틀린 바닥 내화물 또는 히터 바닥의 고르지 않은 영역의 영향을 완화합니다. 이 조정 용량을 통해 설치 팀은 최적의 버너 작동과 NOx 배출 감소를 위해 콘 어셈블리, 주 연료 가스 팁 및 파일럿 위치를 정확하게 설정할 수 있습니다.
마지막으로, 일반적인 GB 단일 제트 버너 설계에는 작은 버너 연료 가스 라이저와 버너 전면 플레이트에 구멍이 뚫린 파일럿 장착 플레이트가 포함됩니다. 이를 통해 버너의 주 발사 메커니즘을 주 연료 가스 라이저, 콘 어셈블리 및 파일럿 위치 사이의 발사 형상을 변경하지 않고 수평 방향으로 조정할 수 있습니다.
시간 경과에 따른 유지보수
이 프로젝트에 대한 정유 공장의 예상 ROI는 기존 버너에 비해 유지보수 비용 절감과 열 방출 용량 및 공급 속도의 예상 회복을 기반으로합니다. 선택한 버너 설계는 가스 팁이 있는 단일 가스 라이저 어셈블리를 사용하며, 이는 수많은 정유 공장 및 설비에서 오랜 기간 동안 입증된 설계입니다. 필요한 경우 연료 가스 라이저의 제거는 네 개의 장착 너트를 풀고 버너에서 연료 가스 라이저를 제거하여 쉽게 수행 할 수 있습니다. 쉽게 탈착할 수 있는 단일 연료 가스 라이저와 가스 팁으로 정유 공장은 유지보수 비용을 훨씬 낮추고 청소 시간을 줄일 것으로 예상했습니다.
결과
버너 개조의 즉각적인 결과 중 하나는 용광로가 18 psig의 상당히 낮은 연료 가스 압력에서 작동하기 시작했으며 그 압력에서 원하는 열 방출을 달성하기 위해 여섯 개의 버너 중 다섯 개만 필요하다는 것입니다. 새로운 작동 압력은 최대 27.5psig보다 훨씬 낮았으며 버너는 안정적인 화염과 낮은 화염 상호 작용으로 예상대로 작동했습니다 (그림 4 참조). 이러한 작동 매개 변수를 사용하면 새로운 버너가 일주일 미만의 작동 비용으로 비용을 지불했습니다.
그림 4. 이 중간 프로젝트 이미지는 세 개의 새로운 버너와 세 개의 오래된 버너가 작동 중임을 보여줍니다. 새로운 버너는 '화염 구름'이나 화염 상호 작용에 대한 부정적인 불꽃이없는 직립 화염을 나타 냈습니다.
정유 공장은 개조 후 6 개월 만에 버너가 18 psig에서 계속 작동하며 열 방출 및 공급 속도 목표를 달성하기 위해 6 개의 버너 중 다섯 개만 작동한다고보고합니다. 현재까지 청소가 필요하지 않았습니다. 여섯 달 간의 평가 끝에 정유 공장은 GB 단일 제트 버너로 네 개의 히터를 추가로 개조하기로 결정했습니다. 모두 최소한의 유지보수로 현장에서 잘 수행되었습니다. 모든 개조 된 용광로는 평균 923 Btu LHV 연료 가스에서 0.030 lb / MMBtu 또는 26 vppm의 배출 보증 이하로 계속 작동합니다. 스택 테스트는 독립적인 당사자에 의해 수행되고 기록되었으며, 성능은 예측된 NOx 방출보다 훨씬 낮았다(표 1 참조).
표 1
Roy Bisnett은 2015년부터 Zeeco Inc에서 최종 사용자 지원의 역할을 맡고 있습니다. 그는 미국 동부와 캐나다 전역의 정유 및 석유 화학 시설에서 발생하는 모든 연소 관련 문제들에 대한 해결책을 찾기 위해 노력하고 있습니다. 그는 Zeeco에 합류하기 전에 석유 정제 분야의 최종 사용자 관련 근무를 10년 이상 해왔으며, 수많은 산업 전용 교육 및 인증 프로그램을 여러 차례 수료한 졸업생입니다.
기사 다운로드