Reducción de emisiones contaminantes

NOx, SOx, polvo y mercurio
Janine Keune y Pedro Martín. Ingenieros de la División de Medioambiente de Lechler.

En este artículo, sus autores analizan la reducción de emisiones utilizando las últimas tecnologíasde control de la contaminación del aire.

1. IntroducciónL

2. Reducción deemisiones por
refrigeración del gas

Los procesos de enfriamiento y acondicionamiento de gas en las plantas decemento ayudan a la reducción de loscontaminantes, principalmente óxido denitrógeno (NOx), dióxido de azufre (SOx),mercurio (Hg) y polvo.

El polvo de cemento puede absorber mercurio y es capturado en filtros de mangaso electrostáticos. Para proteger los filtros
de los daños causados por la alta temperatura del gas y para aumentar la eficienciadel filtro electrostático, se instala un siste-Maquinaria y Producto

a competencia y condiciones delmercado empujan a los operadores y fabricantes de plantas decemento a aumentar la producción y reducir el consumo de energía,
al mismo tiempo que se aumenta la eficiencia y se intenta ahorrar en costos. Ala par, se debe observar el cumplimiento
de unas normativas estatales cada vez
más estrictas en la protección ambiental,

que presionan de forma constante en
pro de la inversión en innovaciones. Porlo tanto, las tecnologías de control de lacontaminación del aire juegan un papel
cada vez más importante en la industriadel cemento.

Vista general de las aplicaciones de refrigeración y acondicionamiento de gas en una planta cementera.

18 ISSN: 0008-8919. PP.: 48-51

Revista Técnica CEMENTO HORMIGÓN • Nº 1.002 • ENERO-FEBRERO 2021

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ma de refrigeración de gas aguas arriba,
en una torre de enfriamiento de gas (GCT)o en el conducto de bajada.
La temperatura es un factor físico que
determina la adsorción y se produce atemperaturas de gas más bajas. Por otra
parte, la reducción de la temperatura
también reduce el caudal volumétrico degas y por tanto aumenta la concentraciónde contaminantes, así como el tiempode permanencia dentro del filtro. Esto es
beneficioso para el rendimiento generalde eliminación de polvo, logrando una
mayor eficiencia, de lo que podemos deducir que la adsorción de mercurio es más
eficaz cuanto más baja es la temperatura.
Otra ventaja de la reducción de temperatura del gas es el menor consumo deenergía requerido por el ventilador debido a que se reduce el volumen de gas.
Otro efecto positivo de la refrigeración
por gas es que al alcanzar temperaturas
cercanas al punto de rocío y un volumen
de gas de combustión menor, el potencial de interacción entre la cal hidratada yel SO2 mejora, por lo que se puede reducir el consumo de cal.

mento de la humedad, y es esencial una
evaporación completa dentro de la distancia de evaporación disponible. De locontrario, podrían producirse pegaduras
en la torre de acondicionamiento con losconsiguientes inconvenientes.
Como cada torre de acondicionamiento
y planta tienen sus propias características, una solución eficiente requiere undiseño a medida del sistema, por lo quese recomienda ponerse en manos de expertos como Lechler que, con su conocimiento profundo de las boquillas y su
comprensión de los procesos de pulverización, puede proporcionar soluciones
completas a medida: desde lanzas deatomización, hasta sistemas completosde enfriamiento de gas.

4. Uso de la mejor
tecnología disponible
El propósito de la inyección de un sistema de enfriamiento de gas es producir lamayor superficie posible de interacciónde las dos fases (líquido inyectado y gas atratar), necesaria para la transferencia decalor y masa mediante la utilización de lamínima energía. Para ello se dispone deboquillas de doble fluido (aire-líquido) yde boquillas de alta presión de líquido
con caudal de retorno (“spillback”).
Los costos de operación más bajos posibles se obtienen con boquillas “spillback”
que no requieren aire comprimido parala atomización, aunque el ratio de tamaños de gota es menor, por lo que nopermite modificar el tamaño de gota unavez diseñado e instalado.
Debido a las limitaciones de espacio estructurales, el mercado pide torres deacondicionamiento más pequeñas cadavez, y es principalmente por esta razón
por lo que las boquillas de doble fluido
suelen ser la única solución posible paramuchos proyectos, debido a que necesitan menos distancia de evaporación alproducir gotas de menor tamaño. Además, la atomización de doble fluido tiene
mayor capacidad para adaptar el tamaño

La refrigeración por gas ofrece una serie
de ventajas que aumentan la eficiencia
de la separación del polvo y reducen el
consumo de reactivos necesarios para elcontrol de emisiones de mercurio y dióxidos de azufre. Por lo tanto, una planta decemento puede ahorrar una cifra significativa en costos operativos.

3. La ingeniería alservicio de los nuevos
retos
Los sistemas de enfriamiento de gas
presentan múltiples desafíos a los operadores de plantas de cemento para garantizar un funcionamiento estable y sin
inconvenientes. Para ello se debe logra
una pulverización adecuada generando
un tamaño de la gota adecuado para una
evaporación en todas las condiciones deoperación, dado que el polvo (consistente en materia prima) es sensible al au-Revista Técnica CEMENTO HORMIGÓN • Nº 1.002 • ENERO-FEBRERO 2021

Esquema de una boquilla “spillback” de Lechler

Esquema de una boquilla VarioJet® de Lechler.

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Maquinaria y Productosde gota. Lechler ha diseñado sus boquillas de doble fluido, como VarioJet® oLaval, para permitir un espectro de gotas
finas optimizado para la aplicación conun bajo consumo de aire.
Sólo la comparación a largo plazo delos costos de inversión, mantenimiento
y operación, basada en los parámetros
locales individuales de cada planta decemento (operación y confiabilidad delmolino, precios de la energía, etc.), brindará a los operadores una buena posición para decidir el mejor sistema.

Equipo VarioCool® de Lechler.

5. Soluciones
completas, probadas ypersonalizadas
El sistema de enfriamiento de gas VarioCool® es una solución diseñada de acuerdo con los requisitos individuales decada cliente y sus condiciones del proceso, considerando criterios de diseño tales
como la distancia de evaporación disponible, las condiciones del proceso (temperaturas de entrada y salida y volumen
variable del gas), distribución óptima dela pulverización, cobertura completa delárea y distribución de los gases de combustión.

Maquinaria y Producto

Flujo del gas antes de la optimización.

Flujo del gas después de la optimización.

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El equipo de refrigeración VarioCool® está
configurado a medida con componentes de fabricantes reconocidos para un
funcionamiento continuo, con los componentes funcionales más importantes
redundantes. El PLC de control asegura
un rendimiento óptimo del sistema ajustando la pulverización de acuerdo con lascondiciones del proceso para evitar condiciones adversas.
Otro factor de crucial importancia para
asegurar una evaporación completa es
la distribución homogénea del gas en
la entrada y nivel de las boquillas. Para
verificar estas condiciones óptimas sehace uso de un estudio CFD que detectará turbulencias y distribuciones del gas
desiguales antes de la implementación,
ofreciendo si fuera necesario soluciones
con deflectores o placas perforadas. Este
estudio CDF también considera la posi-Revista Técnica CEMENTO HORMIGÓN • Nº 1.002 • ENERO-FEBRERO 2021

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ción de las lanzas de inyección para una
correcta evaporación, evitando fondos
húmedos y pegaduras.
Es importante que el cliente cuente con
el soporte de un fabricante que ofrezca
altos conocimientos de ingeniería y experiencia en el acondicionamiento degases, desde el diseño e ingeniería dedetalle hasta la puesta en servicio, fasede operación y posterior suministro derepuestos y piezas de desgaste en todo
el mundo.

6. Eliminación eficientede emisiones NOx
El proceso de fabricación del cemento
genera emisiones de óxidos de nitrógeno nocivos (NOx) y muchos países ya
han reducido los valores límite, algunos
incluso hasta una media diaria de 200
mg/Nm3, lo que obliga a las plantas decemento a adaptar sus sistemas en consecuencia.
A medida que más plantas sustituyen
combustibles para obtener valores calóricos más altos, los separadores primarios de NOx (por ejemplo, los quemadores de bajo contenido de NOx) ya
no son suficientes para satisfacer una
demanda con límites de emisión másbajos. Por este motivo, es necesario introducir medidas secundarias, comoinyectar amoniaco acuoso o urea en elgas de combustión para reducir el NOxquímicamente.

Equipo Lechler VarioClean®–NOx.
Lechler. Su gran ventaja, en comparación con las boquillas de un solo fluido,
es la capacidad de ajuste del tamaño delas gotas y la realización de un amplio
rango de control de caudal para controlar el tamaño de las gotas y la profundidad de penetración, según el tamañodel conducto y los requisitos del proceso. Las boquillas deben producir unespectro de gotas óptimo para asegurar una penetración lo suficientemente
profunda en el gas de combustión parauna distribución óptima del agente reductor en el flujo de gas de combustión
y la evaporación.

La eficiencia del proceso de desnitrificación depende significativamente dela ventana de temperatura correcta, eltiempo de residencia de la solución inyectada en esta ventana y la mezcla en elgas del agente reductor con el NOx. Para
un uso óptimo del reactivo y por tantola reducción de los costos operativos, eltamaño de la gota y la velocidad también son de importancia crucial en esteproceso.

Además, un concepto de control correcto puede ayudar a una reacción eficientey mantener el escape de amoniaco al mínimo. Lechler ofrece un sistema de NOx
modular para diferentes límites de emisiones, pudiendo ampliarse con posterioridad para adaptarse a nuevos límites
de emisión más exigentes. Las diferentes
configuraciones de estos equipos ayudan a las plantas de cemento a cumplir
con los niveles de reducción especificados y los valores de escape de amoniaco,
pero también reducen el consumo deagente reductor en al menos un 30%,
proporcionando un retorno de la inversión rápido y significativo.

Para cumplir con las diferentes condiciones del proceso, recomendamos el uso
de lanzas de inyección equipadas conboquillas de doble fluido tipo Laval deEl sistema de inyección VarioClean®-NOx
se puede actualizar de forma flexible
en los tres niveles de configuración dela eficiencia de la planta SNCR (Sistema

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de Reducción no Catalítica). Cada configuración está definida por el número delanzas y niveles de inyección, así comoen el software de regulación y sensorespara el control de todos los factores deinfluencia.

7. ConclusiónLas boquillas de inyección juegan unpapel importante en el enfriamiento yacondicionamiento eficiente del gas.
Para las operaciones de fabricación delcemento, es importante que los operadores de la planta y los fabricantes
de equipos cuenten con un proveedor
que domine la tecnología y el procesode pulverización y que pueda ofrecer
una asistencia completa. Un sistema deinyección bien diseñado puede reducir
los problemas de mantenimiento y loscostes de los reactivos para el control deemisiones.
Un sistema de acondicionamiento degas bien diseñado funciona de manera
eficiente y sin interrupciones los 365 díasdel año. En este sentido, nuestro equipo
de ingenieros ofrece su amplia experiencia y soluciones basadas en más de 500
referencias en todo el mundo para la
refrigeración de gas en torres de acondicionamiento, conductos, enfriadores declínker, así como acondicionamiento degas en de NOx y de SOx.

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