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Sistemas de tratamiento de gases de combustión: tecnologías, contaminantes y guía de adquisiciones

Una caldera industrial de tamaño mediano que quema carbón con un 1,5% de azufre puede producir cientos de kilogramos de dióxido de azufre cada día. Sin tratamiento, ese SO2 ingresa a la chimenea y se convierte en el mayor problema de cumplimiento de la planta. El tratamiento de los gases de combustión elimina contaminantes como SO2, NOx y partículas de los gases de escape de la combustión antes de su liberación, y para la mayoría de los operadores la verdadera decisión no es si instalarlo, sino qué combinación de tecnologías cumplirá el límite de emisiones de manera confiable sin costos operativos excesivos. Este artículo cubre los principales contaminantes, los procesos centrales de tratamiento, las cuestiones materiales que afectan el rendimiento a largo plazo y los criterios prácticos utilizados para seleccionar un sistema.

¿Qué elimina realmente el tratamiento de los gases de combustión?

Los gases de combustión son los gases de escape que se producen cuando se quema combustible en una caldera, horno, horno o incinerador. Su composición exacta depende del combustible y de las condiciones de combustión, pero los contaminantes a los que se dirigen las regulaciones se dividen en un pequeño número de categorías. El dióxido de azufre se forma cuando el azufre del combustible se oxida durante la combustión. Los óxidos de nitrógeno se forman en parte a partir de compuestos de nitrógeno en el combustible y en parte por la fijación térmica del nitrógeno a altas temperaturas de la llama. Las partículas incluyen cenizas, hollín y sales condensadas. Los gases ácidos como el HCl y el HF aparecen principalmente al quemar residuos o biomasa, y la combustión del carbón también puede liberar mercurio y otros metales pesados.

Principales contaminantes de los gases de combustión y las tecnologías más utilizadas para controlarlos.
contaminante fuente típica Tecnología de control más común
SO2 Carbón, petróleo, combustibles con alto contenido de azufre. Desulfuración de gases de combustión húmedos o secos
NOx Combustión a alta temperatura SCR o SNCR
Partículas Cenizas, hollín, sales condensadas. Precipitador electrostático, filtro de bolsa, ESP húmedo
HCl y gases ácidos Combustión de residuos o biomasa lavado alcalino
Mercurio y metales pesados. Combustión de carbón Inyección de carbón activado, lavado húmedo.

El punto clave es que ningún proceso por sí solo elimina todos estos contaminantes. Por lo tanto, un sistema completo de tratamiento de gases de combustión consta de una serie de etapas, y cada etapa se selecciona para los contaminantes específicos que generan el combustible y el proceso.

Tecnologías básicas de tratamiento de gases de combustión

Aunque existen docenas de variantes de procesos, la mayoría de los sistemas a gran escala se construyen en torno a tres etapas: desulfuración, desnitrificación y control de partículas. Comprender cómo funcionan estas etapas y dónde se ubican en la ruta del gas es la forma más rápida de evaluar un diseño propuesto.

Desulfuración de gases de combustión

La eliminación de SO2 es la tarea más importante en la mayoría de los sistemas de tratamiento de gases de combustión. La desulfuración húmeda de los gases de combustión, normalmente utilizando piedra caliza o lechada de cal, sigue siendo el método más utilizado porque alcanza eficiencias de eliminación del 90 al 98 % y produce un subproducto de yeso utilizable. El gas se pone en contacto con la suspensión en una torre de absorción, donde el SO2 se disuelve y reacciona antes de que el líquido se recoja y procese. Los procesos semisecos y secos inyectan sorbente en polvo en la corriente de gas y se eligen cuando el agua de refrigeración es escasa o el costo de capital debe mantenerse bajo, pero generalmente consumen más reactivo. Para plantas con límites estrictos de SO2, la DGC húmeda es la opción predeterminada. Un bien diseñado sistema de desulfuración de gases de combustión industriales puede reducir el SO2 de salida a unas pocas partes por millón, dependiendo de la carga de entrada y la calidad del reactivo.

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Desnitrificación

El control de NOx sigue una química diferente. La reducción catalítica selectiva inyecta amoníaco o urea en los gases de combustión y pasa la mezcla sobre un lecho de catalizador, convirtiendo los NOx en nitrógeno y agua. SCR opera en un rango de temperatura de aproximadamente 300 a 400 °C y alcanza una reducción del 80 al 90 %, por lo que es la opción estándar para calderas de carbón y hornos grandes. SNCR, que inyecta reactivo sin catalizador, funciona a temperaturas más altas y proporciona una menor eficiencia, por lo que se adapta a unidades más pequeñas o lugares donde no es práctico adaptar un catalizador. La colocación es crítica: si el catalizador se instala donde la temperatura es demasiado baja, el deslizamiento de amoníaco aumenta y el catalizador se degrada. Una combinación adecuada equipo de desnitrificación de gases de combustión debe dimensionarse en función del flujo de gas y el perfil de concentración de NOx, no solo en función de la potencia de la caldera.

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Control de partículas y niebla fina

La etapa de limpieza final normalmente tiene como objetivo el polvo y los aerosoles finos. Un precipitador electrostático convencional o un filtro de bolsa manejan muy bien las cenizas secas, pero los gases de combustión que han pasado por la desulfuración húmeda están saturados con vapor de agua y transportan finas gotas, sales disueltas y partículas submicrónicas. Un precipitador electrostático húmedo resuelve este problema aplicando un campo de alto voltaje a una superficie colectora húmeda, capturando aerosoles finos que de otro modo formarían una columna visible. Esta es la razón por la que muchas instalaciones recientes colocan un precipitador electrostático húmedo después de la torre de desulfuración: elimina la última fracción de partículas, reduce la niebla de ácido sulfúrico y hace que la descarga sea menos visible.

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Selección de materiales para el manejo de gases de combustión.

La corrosión es el factor que separa un sistema de tratamiento de gases de combustión que dura quince años de uno que necesita reparaciones importantes en tres. Los gases de combustión sin tratar contienen SO2, SO3, HCl y vapor de agua; Una vez que el gas se enfría o se lava, el ambiente se vuelve ácido y muy agresivo. Los conductos de acero al carbono se oxidan rápidamente cuando funcionan por debajo del punto de rocío ácido. Por ello, el plástico reforzado con fibra de vidrio se ha convertido en un material estándar en este servicio. Los conductos de escape, las torres de absorción y las torres de depuración de FRP resisten el ácido sulfúrico y otros medios corrosivos, pesan mucho menos que el acero y pueden fabricarse en grandes diámetros sin largas uniones soldadas en campo. El mensaje práctico es que un diseño de desulfuración puede parecer perfecto en el papel y aun así fallar en el campo si el material del conducto es incorrecto. Los compradores deben solicitar el margen de corrosión de cada componente, el método utilizado para la unión y pruebas de instalaciones similares en el servicio de gases de combustión.

Cómo evaluar y seleccionar un sistema de tratamiento de gases de combustión

La selección de tecnología comienza antes que la selección de equipos. La planta necesita datos de referencia precisos: flujo de gases de combustión en Nm3/h, concentraciones de SO2 y NOx en la entrada, carga de partículas, temperatura del gas, contenido de humedad y límites de emisión que se aplican en el sitio. Con esos datos, la evaluación sigue una secuencia repetible.

  1. Defina la concentración de salida requerida para cada contaminante y agregue un margen para la variación de carga y el futuro endurecimiento de los límites.
  2. Compare las tecnologías candidatas en cuanto a eficiencia de eliminación y costo operativo. El FGD húmedo proporciona la mayor eliminación de SO2, el SCR proporciona la mayor eliminación de NOx y un ESP húmedo cubre los aerosoles finos que los filtros de bolsa pasan por alto.
  3. Verifique los sistemas de soporte: suministro de reactivos, tratamiento de aguas residuales, manejo de subproductos y consumo de energía, porque estos costos suelen exceder el precio del equipo en los primeros años.
  4. Evaluar proveedores en cuanto a capacidad de ingeniería, capacidad de fabricación, experiencia en instalación y referencias en la misma industria.

Trabajar con un proveedor que pueda diseñar, fabricar y poner en marcha todo el tren reduce los problemas de interfaz entre etapas. Referencias de proyectos de la Proyectos de tratamiento de gases de combustión de la industria eléctrica. demostrar cómo las mismas tecnologías centrales se adaptan a diferentes calidades de combustible y condiciones de permiso. en el industria de fibras químicas , el tratamiento de los gases de combustión a menudo se combina con la eliminación de gases específicos del proceso, como el CS2, lo que requiere etapas adicionales de condensación y depuración aguas arriba del tren de tratamiento principal.

El patrón que recorre los proyectos exitosos de tratamiento de gases de combustión es consistente: datos de entrada precisos, tecnología madura y materiales resistentes a la corrosión. Comience con el análisis del combustible y el límite de emisiones, y solo luego compare los proveedores. Un sistema completo que coincida con la composición real de los gases de combustión costará menos de operar y mantendrá la planta cumpliendo año tras año. Jiangsu Shenjiang Environmental Technology ha diseñado, fabricado e instalado equipos de tratamiento de gases de combustión para plantas de energía, fabricación de papel, petróleo y otras plantas industriales desde 1996, combinando la fabricación de productos FRP con la ingeniería y puesta en marcha de sistemas completos.