Reporte - SICA Proyecto de Cementos del Norte, S.A. ... una mezcla de combustible 94% de petcoke y...

Proyecto de Cementos del Norte, S.A.

“Sustitución de energía fósil por Recuperación de energía de

desechos”

Reporte

Por: ElectrowattEkono GmbH Centro Nacional de Producción

Hamburg, Germany más Limpia de Honduras

Dr.Ing. Heinrich Schug San Pedro Sula

Ing. Mario Mendez

Sept.2005

EED CENOSA Project: CNP + LH

Sustitución de Combustibles Fósiles por Energía Generada por Desechos

Contenido

1: Introducción:

2. Situación actual del tratamiento de desechos

3. Descripción del proceso

4. Consumo de energía

5. Sistema de quema

6. Porciones de desecho para sustitución

7. Disponibilidad de los desechos

8. Composición de los combustibles y desechos

9. Contenido de energía de los desechos y posibilidad de sustituir combustibles fósiles

10. Tratamiento y almacenamiento de desechos

11. Sustitución de combustibles fósiles

12. Desechos peligrosos

13. Impacto ambiental

Erstellt von Dr. Heinrich Schug Seite 2 von 27



14. Resumen

1: Introducción:

CENOSA opera un horno cementero con producción promedio de 2,000 Mg/d. Combustibles

fósiles tales como carbón, búnker o gas natural son de uso predominante en las industrias

cementeras. Sin embargo, combustibles de baja calidad tales como Coque de petróleo y

combustibles derivados de desechos (tradicionalmente: aceites usados, solventes vencidos y

llantas usadas) han tenido demanda creciente en los últimos años. En el proceso de

producción de cemento es necesaria alta entrada de energía para calcinar la materia prima y

quemar el clínker de cemento. El proceso de calor necesario en CENOSA proviene de la

quema de petcoke, carbón bituminoso y aceite bunker (actualmente CENOSA esta quemando

una mezcla de combustible 94% de petcoke y 6% de carbón).

En la industria textil, agrícola, maderera y plástica se generan grandes cantidades de residuos,

los cuales son dispuestos en botaderos de basura. Estos residuos tienen parcialmente alto

contenido de energía, el cual puede ser usado para sustituir parte de la energía de los

combustibles fósiles.

Para proteger el medio ambiente CENOSA esta considerando la sustitución de energía fósil

por energía de los desechos. Este reporte muestra las posibilidades de sustitución e indica los

equipos necesarios.

2. Situación Actual del Tratamiento de Desechos

Residuos o desechos de procesos productivos que no son mercadeables y desechos domésticos

son dispuestos en botaderos de basura.




Actualmente los desechos son dispuestos en botaderos de basura no preparados para la

protección del medio ambiente. Esto significa que los botaderos de basura no tienen sus

fondos sellados para proteger el suelo y la capa freática contra la contaminación de los

desechos peligrosos tales como aceites, metales pesados y componentes orgánicos peligrosos.

Por otro lado no se protege el aire ya que los desechos se descomponen o se queman sin

depuración de los gases o componentes volátiles.

La mayor parte de los botaderos de basura están localizados cerca de los caminos o zonas

residenciales. No existe regulación alguna sobre la operación de tales lugares, así que los

desechos son dispuestos por los ciudadanos o las industrias sin tratamiento regular en los

sitios mismos. A menudo los desechos son esparcidos por el viento o comidos por animales.

Botaderos de basura operando de esta manera causarán contaminación del suelo, capa freática

y aire por los materiales peligrosos.

3. Descripción del Proceso

CENOSA opera una planta cementera suministrada por FL Smidth de Dinamarca. Con

algunas modificaciones de ingeniería hechas desde 1999 por PMT Zyklontechnik GmbH, la

planta es capaz de producir hasta 2,200 Mg/d de clínker, quemando fuel oil o carbón

bituminoso. Sin embargo, desde el año pasado la tasa de producción decreció a 2,000 Mg/d,

porque el combustible usado es una mezcla de petcoke con carbón. El equipo de control de la

planta fue mejorado con un sistema de control automático proveído por FLS Automation.

Los principales elementos de que consta la planta son:

Trituradora de martillos.

Almacén pre homogenizador de material prima.

Molino de crudo (entrada de materias primas).

Silo homogenizador para harina cruda.

Torre de precalentamiento.

Combustión secundaria precalcinador.




Horno rotativo.

Quemador principal.

Enfriador de satélites.

Quebradora de clinker.

Molino de carbón.

Filtro de mangas filtrantes.

Almacén de cemento y clínker.

Molino de cemento.

La materia prima de entrada (caliza, esquisto) son obtenidos de canteras abiertas así como la

broza de hierro. La materia prima es transportada a la planta para ser fragmentada en la

trituradora de martillos individualmente, siguiendo después del transporte que va al almacén

de prehomogenización para apilamiento circular según el método Chevron. Un transportador

de paletas de arrastre (recuperador), lleva el material a la tolva de descarga colocada debajo

del centro de la columna del apilador del almacén. Después, cada materia prima es dosificada

por una báscula pesadora descargando en una banda transportadora que alimenta el molino de

crudo en la cual ellos son molidos y mezclados totalmente. La harina cruda obtenida es

transportada al silo de homogenización. Una vez que la harina cruda ha sido homogenizada,

es transportada a la torre de precalentamiento. El precalentador es un ILCE de 4 etapas,

diseñado con dos ciclones en lo alto. La alimentación del horno rotativo es transportada a la

parte superior de la etapa II y alimentada al precalentador. La alimentación del horno rotativo

pasa por el precalentador para que la harina cruda sea descarbonatada antes de entrar el horno

rotativo rotatorio. Cruzando el horno rotativo las material primas son calentadas hasta

derretirse o punto de sinterización. Al derretirse o sinterizarse ellos forman nuevos

compuestos, los cuales se llaman clínker. El clínker deja el horno rotativo pasando el enfriador

planetario para ser fragmentado. Lugo se guarda en el almacén de clínker.




Vista del horno rotativo de cemento con enfriador plantario.

La temperatura necesaria de proceso es provista por el quemador principal a la salida del

horno rotativo. En este quemador pet coke, carbón bituminoso y aceite bunker pueden ser

quemados. Regularmente una mezcla de petcoke y carbón es usada. El flujo de gases deja el

quemador a una temperatura aproximada de 2000 ºC y son enfriados por la material prima a

1100°C en la entrada del horno rotativo. Al dejar la entrada del horno rotativo el flujo de

gases calientes entra al precalentador a través de una cámara secundaria de combustión. El

precalentador es de tipo de ciclón de 4 etapas en el cual la material prima fría es precalentada

y calcinada. El flujo de gases es enfriado por la harina cruda desde 1100°C hasta cerca de 350

°C. En la cámara secundaria de combustión combustible adicional puede ser quemado para

sostener la necesaria temperatura para precalentar la harina cruda.

Las principales emanaciones de la producción de cemento provienen del sistema del horno

rotativo y son descargadas al aire. Esto proviene de reacciones físicas y químicas de la materia

prima y los combustibles. Los principales elementos presentes en los gases de escape son

nitrógeno del aire en la combustión, CO2 de la calcinación y quema de combustible, vapor de

agua de la combustión, secamiento y exceso de oxigeno. En todos los hornos rotativos los

materiales sólidos se mueven contracorriente con respecto a los gases calientes de




combustión. Este flujo contracorriente de la materia prima afecta la liberación de

contaminantes, ya que la materia prima actúa como absorbente.

Muchos componentes que resultan de la quema de combustibles o de la transformación de

material prima en clínker, permanecen en la fase de gas hasta ser absorbidos o se condensen

en la harina cruda. Esto en cambio depende de su posición dentro del sistema del horno

rotativo. Cabe mencionar que el material que deja la fase de calcinación en el proceso tiene

alto contenido de oxido de calcio y por consecuencia alta capacidad de absorber especies

ácidas tales como HCl, HF y SO2.

La presencia de cloro es el factor más crítico en el proceso térmico. El cloro puede reaccionar

con el calcio. En este caso CaCl2 se formará en el clinker. La mayor parte del CaCl2

reaccionará con el sodio o potasio formando NaCl or KCl. Estas sales se subliman en la zona

de calcinación y recristalizan en la zona de descarbonatación, lo que resulta en un ciclo

interno del cloro. A medida que la concentración de cloro crece podría bloquear los tubos del

ciclón, provocando parada total del horno rotativo. Para superar esto, se debe monitorear

cuidadosamente el contenido de cloro. Si hubiera alto contenido de cloro en el combustible

sustituto, la entrada de este combustible se debe reducir o un tubo de desvío se deberá

construir para retirar de los gases NaCl y KCl. El flujo de gases salientes deja el precalentador

y son desempolvados por el filtro de mangas. El flujo de gases ya limpio deja la planta a

través de la chimenea.

4. Consumo de Energía

Para producir clínker a partir de harina cruda se necesitan 850 kcal ( 3558 kJ) por kilogramo

de clínker. Esta cantidad de energía es proveída por la quema de petcoke, carbón bituminoso o

aceite bunker. Estos combustibles son llamados combustibles fósiles.

CENOSA produce 83 Mg/h de clinker de 185 Mg/h de harina cruda . Para producir esta

cantidad de clínker se necesita una entrada energética de 295,314 MJ/h. Para proveer el




proceso calorífico necesario por ejemplo, cerca de 8.89.0 Mg/h de mezcla combustible de

petcoke y carbón bituminoso deberá ser quemada.

Experiencias con la producción de cemento en Europa muestran que es posible sustituir hasta

un 32% de energía fósil por desechos con alto poder calorífico, y hasta un 20% con llantas

usadas.

CENOSA se prepara para sustituir de un 10 a 20 % de combustible fósil por desechos.

5. Sistema de quema

En tres puntos del proceso, energía puede ser introducida al horno cementero rotativo o en el

sistema precalentador.




Layout de la planta

Quemador principal

Normalmente en el horno cementero rotativo de CENOSA, 100% de los combustibles son

alimentados por el quemador principal a la salida del mismo. Los combustibles

predominantes son aceite bunker, carbón bituminoso y petcoke. La temperatura en el horno

rotativo decrece desde 2000 °C a temperatura de flama en el quemador principal hasta 1100

°C a la entrada del horno. El horno tiene un largo de 68 m y debido a su diseño el tiempo de

residencia del flujo de gases en el horno es cerca de 10s, el proceso de cemento deberá ser

operado con exceso de aire, debido a reacciones oxidantes en la producción de clínker. A la

entrada del horno el contenido de oxigeno es cerca de 4.5%. En el quemador principal todo

tipo de desechos dentro del punto 6 pueden ser quemados. Pero desechos sólidos necesitan ser

fragmentados en pequeños pedazos de tal manera que puedan ser esparcidos en el flujo de

gases. Todos los componentes orgánicos serán destruidos completamente debido altas

temperaturas, oxigeno adecuado y largos periodos de residencia en el horno rotativo.

Combustion secundaria

A la entrada de la harina cruda en el horno rotativo, el flujo de gases deja el horno y entra al

precalentador. La temperatura preferida del flujo de gases es 1100 °C – 1000 °C. A este punto

del proceso adicional, energía puede ser introducida al precalentador para mantener la

temperatura necesaria de proceso. Usualmente hasta un 10% de los combustibles pueden ser

alimentados en la cámara secundaria de combustión. El combustible predominante usado en

CENOSA en este punto es carbón pulverizado. Al final de la cuarta etapa ciclónica

(FLSmidth enumera la más alta etapa con número I, y la más baja con número IV) la

temperatura del flujo de gases es cerca de 850 °C, debido al diseño de la planta el tiempo de

residencia del flujo de gases hasta este punto es cerca de 2s. El proceso es realizado con

exceso de aire.




Debido a las temperaturas del flujo de gases a la entrada del precalcinador y el contenido de

oxígeno, los desechos arderán espontáneamente y se quemarán completamente. En la medida

que las temperaturas del flujo de gases bajan de 1100°C, materiales peligrosos como aceites

de transformadores con PCB no pueden ser quemados a este punto para obtener completa

destrucción de los materiales orgánicos peligrosos. Estos desechos pueden ser solamente

introducidos en el quemador principal por las altas temperaturas (hasta 2000 °C) y los

periodos largos de tiempo de residencia en el horno.

Entrada al Horno Rotativo

Mientras que el combustible estándar es alimentado en el sistema del horno por el quemador

principal o en cámara de combustión secundaria, desechos sólidos deberán ser alimentados en

un tercer punto del sistema. Desechos sólidos con tamaño de partículas grandes, tales como

chips de madera o llantas pedaceadas, puede ser alimentado en la entrada del horno rotativo

junto a la harina cruda caliente destinada al sistema.

6. Porciones de desecho para sustitución

Hay tres grupos de desechos que pueden ser quemados

a) desecho sólido

b) desecho líquido

c) desecho pastoso

La composición química de los desechos; contenidos de Cl, S, Ca, Si, Al, Fe , metales pesados

y sus valores de poder calorífico, son de interés primordial en la sustitución de combustibles

fósiles. Los valores de poder calorífico deberán de ser tan altos como el necesario para

mantener la entrada de calor en el proceso del cemento. La composición química (Cl, S,

metales pesados) deberá ser compatible con el cemento. El tamaño del grano deberá ser tan




pequeño como el necesario para una combustión completa. Por otro lado, debido a la

protección del medio ambiente se vuelve necesario la quema de desechos especiales, los que

podrían ser peligrosos al medio ambiente.

Considerando lo anterior las siguientes fracciones de desechos son de interés en la sustitución

de combustibles fósiles:

a) Combustibles sólidos

Plásticos (botellas, drones, barriles, envolturas, etc)

Papel

Madera (astillas, aserrín)

Llantas

Hules

Suelos orgánicos contaminados

b) Combustibles liquidos

Desechos líquidos

Aceites usados

Líquido de frenos

Aceite para transformadores

Aceite hidráulico

Solventes orgánicos

Pigmentos

Líquidos conteniendo PCB o PCP

c) Desechos pastosos

Lodos orgánicos contaminados

Pigmentos

Lodo de papel

Lodos de aserrín

La disponibilidad, la cantidad y los costos de pretratamiento y almacenamiento de los

desechos son decisivos para una operación económica.




7. Disponibilidad del desecho

Después de investigación hecha por CENOSA es sabido que a este momento cerca de 12,760

Mg/año de plásticos, textiles y madera son desechados en botaderos de basura. Para estos

desechos no existe uso posterior.

De esta investigación se espera que cerca de 710 Mg/año de madera descartada pueda ser

reunida. En su mayoría son residuos de producción de muebles y aserrín. Procedente de la

agricultura e industria de plásticos existen cerca de 1,200 Mg/año y de la industria textil

11,000 Mg/año están disponibles.

Un adicional de 6,980 Mg/año de los desechos arriba mencionados es vendido para

reutilizarlos.

8. Composición de los combustibles y desechos

Unidad pet cokeAceite

bunker carbón madera PE textiles

Mezcla

de

plásticos Carbón W% 87.6 84.5 68 47.2 85.2 4450 ~62Hidrógeno W% 3.8 10.8 4.5 6.5 14.2Azufre W% 5.1 3.2 0.6 0 – 0.3 <0.1Cloro W% 00.1 00.4 0.28.5Nitrógeno W% 1.5 <0.1Oxigeno W% 1.2 8.4 45.4Humedad W% 0.6 2.3 37 – 0 1040 1540Ceniza W% 0.2 16.5 0 – 6 0.4 213 1320Poder

Calor

Neto

MJ/kg 34.5 40 32.310.5 –

27.7~43 ~1524 ~2232

Materia

VolátilW% 2030 7585 8598




Los datos químicos de la tabla arriba mencionada muestran un rango amplio en el contenido

de los elementos comparado al de los combustibles fósiles.

La cantidad de cloro y azufre en los desechos disponibles están en el mismo rango del de los


Mientras que la ceniza, metales pesados y azufre llegan a formar parte del clínker, el poder

calorífico, material volátil y tamaño de las partículas tienen influencia en las condiciones de

quema. Altas cantidades de materia volátil hacen que las partículas ardan al entrar el horno

rotatorio. Esto significa que la llama del quemador durará menos que la llama proveniente de

la quema petcoke o carbón.

El contenido de cloro de los desechos ha de ser monitoreado cuidadosamente, para más altos

contenidos de cloro como en las mezclas estándar de combustibles, el contenido de sodio y

potasio podría incrementarse en un ciclo cerrado. Estas sales podrían precipitar como

incrustaciones de sal en la instalación, lo cual podría conducir a bloqueos.

Flujo de diferentes elementos en horno rotativo cementero.




9. Contenido de energía de los desechos y posibilidades de sustitución por


Así como lo muestra la tabla en el punto 8 el valor calorífico de los residuos varía en un rango

amplio. Para el cálculo de las tasas promedio de sustitución, cifras son asumidas para los

poderes caloríficos de los mencionados desechos.

Combustible Mezcla

Sustituta

Estándar

Sustituto

madera

Mezcla

Sustituta

textiles/

plásticos

Sustituto

textiles

Sustituto

plásticos

Sustituto

PE

Pet coke

CV. 33,700 kJ/kg

Razón de

sustitución

kg/kg

21,980

1.53

19,100

1.76

26,074

1.29

19,500

1.73

32,000

1.05

43,000

0.78

Carbón

bituminoso

CV. 25,452 kJ/kg

Razón de

sustitución

kg/kg

21,980

1.16

19,100

1.33

26,074

0.83

19,500

1.31

32,000

0.79

43,000

0.59

Bunker oil

CV. 40,000 kJ/kg

Razón de

sustitución

kg/kg

21,980

1.82

19,100

2.10

26,074

1.53

19,500

2.05

32,000

1.25

43,000

0.93

Tasa ó razón de sustitución es definida como un kilo de combustible fósil sustituido por x

kilos de desechos combustibles.




La mezcla estándar es la procedente de tres desechos, los cuales están disponibles al

momento.

Para la sustitución de combustibles fósiles hay diferentes posibilidades debido a la

composición del combustible o la mezcla de combustibles dependiendo de la disponibilidad

temporal.

Los desechos sean entregados en proporciones conocidas (mezcla estándar)

Solamente plásticos y textiles estén disponibles.

Solamente textiles están disponibles.

Por la variación temporal de la mezcla de desechos, no hay afirmación definitiva de mezcla

real posible.

El uso de residuos como sustitutos de combustibles requerirá exceso de aire un poco arriba del

usado por los combustibles fósiles. El consumo específico de energía por kilo de clínker

puede también subir. Cerca de un 10 a 20% de combustible fósil puede ser sustituido en este

momento.

En plantas cementeras de Europa hasta un 32% de la energía necesitada es provista por

desechos (madera, textiles, plásticos, papel) y hasta 20% por llantas. Llantas usadas tienen un

poder calorífico de 36,000 kJ/kg aprox, lo cual significa que con 1 kg de llantas 1.07 kg de pet

coke o 1.41 kg de carbón pueden ser sustituidos.

10. Tratamiento y almacenamiento de desechos

De la investigación hecha por CENOSA es sabido que cerca de 12,760 Mg/año de combustible

sólido están disponibles para sustitución de combustible fósil. La principal fracción de

desechos son textiles con 11,000 Mg/año, plásticos con 1,200 Mg/año y madera con 710

Mg/año (Informe año 2,003)




Desechos sólidos usualmente son entregados por camiones en sus lugares de almacenamiento.

Madera, plásticos y textiles deberán ser almacenados en lugar cerrado debido al viento y

lluvia. De cualquier tipo de desechos una mezcla de alimentación puede ser preparada. Para la

quema de combustibles sólidos en un horno rotativo cementero es necesario cortarlos en

pedazos pequeños con diámetro menor de 20 mm. Para proteger las cuchillas de las maquinas

cortadoras los metales deben retirarse primero. Normalmente los plásticos, textiles y maderas

son conducidos con transportador neumático a la quema.

Equipo necesario:

Lugar de almacenaje para diferentes fracciones

Separación de metales

Triturador de uno o dos pasos

Silo de almacenamiento con diferentes compartimientos.

Sistema de mezcla

Sistemas de transporte

Equipo de dosificación

Sistema de alimentación al quemador principal

Sistema de alimentación a la cámara del precalcinador

Desechos especiales como suelos contaminados (con productos de hidrocarburos) pueden ser

directamente alimentados al horno junto con la mezcla de materias primas.

Condiciones de diseño para pretratamiento

Desecho sólido

Es asumido que con un tiempo de operación de 300 Días por año del horno rotativo cementero

cerca de 43 Mg/d o 1.8 Mg/h de combustible sustituto son dispuestos. Sobre lo mismo se

asume que esos desechos son entregados 250 días al año. Esto significa que el desecho será

entregado por 4 a 5 camiones diariamente. Para el manejo de entregas un área de aceptación y

almacenaje deberá ser proveída. El área de almacenaje deberá protegerse contra viento y

lluvia.




La capacidad del área de almacenaje depende de la cantidad de desecho esperada.

Madera es el desecho menos disponible. Asumiendo que la madera es entregada por camión

con capacidad máxima de 20 Mg y peso especifico de 200 a 500 kg/ m³, se necesitará

capacidad de almacenaje de 150 m³.

La cantidad entregada de plásticos es de 1,200 Mg/año. Se espera que este desecho sea

entregado por camiones con máxima capacidad de 20 Mg. Con peso específico de 100 a 500

kg/m³ la capacidad de almacenaje de 200 m³ será suficiente.

La cantidad probable de textiles que se entregará será de 11,000 Mg/año. El peso específico

será de 80 a 200 kg/m³, y el volumen de almacenaje necesario 1, 000 m³. Por definición de

volumen de almacenamiento se asume que a lo máximo 3 camiones entregarán una fracción

de desecho por día.

Es para recordar que los desechos deberán ser entregados en camiones con o sin mecanismo

de descarga por volteo, así que el área seleccionada deberá estar preparada para recibir todo

tipo de camiones. Por condiciones de quema, es necesario recordar que madera y plástico

están disponibles temporalmente. De los desechos, una mezcla de combustibles debe ser

preparada antes, esto puede ser hecho por una excavadora.

Esta excavadora puede alimentar al mismo tiempo el sistema triturador o molino de cuchillas,

el cual es necesario para reducir las partículas a menos de 20 mm. La capacidad del sistema

triturador deberá ser el doble de la capacidad continua debido a revisión y mantenimiento.

Todos lo desechos deberán ser entregados en el turno de día, de tal manera que haya un

responsable en el área de aceptación de descarga de camiones. En promedio de 3 a10

camiones serán descargados en el día. El descargador contará con tiempo suficiente para

mezclar el menú de alimentación y servir al sistema triturador. Por consecuencia el sistema

triturador será diseñado con capacidad tres veces más grande que la capacidad horaria. Antes




de triturar, las piezas metálicas deberán ser separadas para evitar quiebra de cuchillas en el

triturador.

El material triturado será almacenado en un silo intermedio, con un turno de operación del

triturador; dos silos con volumen de 150m³ cada uno será suficiente. Atención especial en la

construcción de las descargas del silo para evitar puenteo de los desechos dentro del silo. El

desecho puede ser tomado por un transportador de tornillo helicoidal hacia una banda

transportadora o sistema de transporte neumático. Transportar el material triturado sólo con

banda transportadora no es posible con lluvia y viento. En el caso que se use un transportador

de banda esta debe estar bajo techo o cubierta.

Cerca del quemador un silo alimentador tomará control del desecho. Este silo tendrá

capacidad de 1 a 3 horas. Al usar un sistema de dosificación el desecho entrará en el

quemador.

Vista lateral de elevación de un sistema de almacenamiento extendido con cuatro

compartimientos para diferentes tipos de desecho incluyendo triturador y sistema de

transporte.




Vista de elevación seccional del sistema de almacenamiento

Vista de planta de un sistema extendido de almacenamiento




Vista del transportador de banda en CENOSA

El primer paso para realizar la preparación de combustible secundario y alimentar al sistema,

este transportador puede ser usado para transportar combustible secundario desde el lugar de

tratamiento hacia el conducto de alimentación hacia la combustión secundaria.

Vista de la estación de banda alimentadora




Transportador de tornillo para alimentar la banda transportadora.

Por este transportador de tornillo el transportador de banda puede ser alimentado con

desechos sólidos secundarios triturados. Cambiando la velocidad del tornillo posibilita

dosificar el desecho combustible.

Desechos líquidos

En el futuro podría ser interesante quemar desechos líquidos. Ellos pueden ser alimentados al

quemador principal con un sistema similar al del aceite bunker. Líquidos y desechos pastosos

son almacenados en tanques. Líquidos que no reaccionan entre ellos pueden ser almacenados

en un tanque. Todos los demás líquidos o desechos pastosos deben ser guardados en tanques

especiales. Desechos líquidos o pastosos son alimentados al quemador usando vapor o aire.

Para proteger las bombas y boquillas de aspersión, piedras y piezas de metal deben ser

removidos.

Equipo necesario

Tanques de almacenamiento

Separador de piedras y piezas metálicas (malla, criba)




Filtro de particulars finas

Bombas

Equipo dosificador

Tubería

Sistema alimentador del quemador




11. Sustitución de combustible fósil

En la planta de CENOSA hay dos lugares donde combustibles fósiles pueden ser sustituidos

por desechos.

El primer lugar es el quemador principal en la salida del horno rotativo. La temperatura de

quema en este punto es cerca de 2,000 °C.. El tiempo de residencia del flujo de gases en el

horno rotativo es cerca de 10 s, la temperatura se salida de los gases es cerca de 1,100 °C. En

la etapa del cuarto ciclón la temperatura de salida de los gases será cercana a 850 °C. El

tiempo de residencia hasta este punto será más de 2s. Hasta ahora CENOSA esta quemado

solamente combustible fósil.

Con la cantidad de desecho disponible cerca de 10 a 15% de combustible fósil puede ser

sustituido.

Siempre que los desechos disponibles no sean tóxicos o peligrosos, ellos pueden ser

alimentados en ambas partes del proceso.

Quemador principal

Madera triturada, textiles y plásticos pueden ser alimentados al quemador principal. Debido al

alto contenido de materia volátil los combustibles secundarios arderán de una vez. Por esto la

flama será más corta comparada con los combustibles fósiles. Esta provocará temperaturas

más altas a la salida del horno rotativo. Así que, el quemador principal necesita ser adaptado

al nuevo combustible para conseguir las condiciones de quema óptimas.

Desechos combustibles preferidos.

Plásticos.

Textiles.

Lodos secos de aguas residuales.




ROTAFLAM® type KO (coal and oil operation)

Coal: 9.855 kg / hHeavy fuel oil: 6.300 kg / hPlastics (Tetrapak): 3.500 kg / h

ROTAFLAM® burner KOS 93 MW for HOLCIM Untervaz Zement Plant

Waste oil: 6.750 kg / hAnimal powder: 3.000 kg / hDistillation residuals: 1.500 kg / hContaminated water: 500 kg / h

Solid wastesLiquid wastes

Heavy fuel oilFlame stabilizer

Ejemplo de quemador PILLARD para combustible Standard y desechos combustibles




La experiencia de PILLARD de diferentes plantas cementeras muestra que la quema de

desechos es posible sin afectar el medio ambiente

Combustión secundaria

También en este lugar los desechos combustibles mencionados arderán de una vez debido a

las altas temperaturas de los gases y al exceso de contenido de oxigeno.

Desechos combustibles preferidos:

Llantas usadas

Lodos escurridos de planta de tratamiento

Papel

Lodos aceitosos

Plásticos

Textiles

En cualquier caso será necesario hacer pruebas de quema antes de arrancar la planta con

combustibles sustitutos para encontrar las condiciones correctas de operación.

12. Desechos peligrosos

La incineración de desechos peligrosos es un proceso de ingeniería que emplea oxidación

térmica a alta temperatura (normalmente 900 °C o más alta) para destruir fracciones orgánicas

de los desechos. Las temperaturas mínimas necesarias para incineración varían desde 875 °C

para incineración de desechos municipales hasta más de 1100 °C para incineración de

compuestos estables orgánicos. El tiempo de residencia deberá ser no menos de 2s en alta

temperatura.

La producción de clínker para cemento en hornos rotativos cementeros también incluye altas

temperaturas de combustión. En comparación con otros tipos de incineradores de desechos

peligrosos, los hornos cementeros rotativos poseen características que los hacen ser una




tecnología eficiente en la destrucción de desechos de alta toxicidad y estables orgánicamente.

Las temperaturas de combustión y tiempos de residencia en los hornos rotativos cementeros

exceden la de los incineradores comerciales de desechos peligrosos. Estas altas temperaturas

de combustión y largos tiempos de residencia, junto con fuerte turbulencia encontrada en los

hornos cementeros rotativos, aseguran la completa destrucción de compuestos orgánicos muy

estables.

Desechos peligrosos como los aceites de transformadores usados, aceites hidráulicos, aceites

de freno, solventes orgánicos etc. pueden ser quemados en el horno rotativo debido a las altas

temperaturas y oxigeno suficiente.

Considerando el largo tiempo de residencia en el horno rotativo aun compuestos orgánicos

como PCB, PCP o dioxinas y Furanos pueden ser destruidos completamente. Estos desechos

normalmente tienen alto poder calorífico y pueden ser usados para sustituir combustibles

fósiles. Debido a su toxicidad o componentes peligrosos estos desechos solamente pueden ser

quemados en el quemador principal.

Fuel pressure: 812 barAtomizing air: 6 8 barMax. particle size: 6 mm

Liquid waste atomization

13 years of continuous improvement

Fotografía del quemador para líquidos de Pillard




En el horno cementero rotativo de CENOSA un quemador PILLARD es usado. El suplidor

del quemador tiene muchos años de experiencia con la quema de desechos peligrosos en

hornos cementeros rotativos y es capaz de apoyar a CENOSA con la mejor tecnología

disponible.

13. Impacto en el Ambiente

La quema de combustibles secundarios en un horno cementero rotativo destruirá

completamente compuestos orgánicos. Los responsables de esta destrucción son las altas

temperaturas, el largo periodo de residencia y el exceso de oxigeno. Mientras que las cenizas

de los combustibles secundarios son parte del clínker, los otros elementos son transformados

en óxidos gaseosos o componentes en el flujo de gases.

Emisiones:

Dioxido de Carbono (CO2)

CO2 es producido en la calcinación de caliza y quema de combustibles. Estas emisiones son

dependientes del proceso y no se pueden evitar. Dióxido de carbono no es dañino a los seres

humanos y naturaleza, pero afecta la capa de ozono y causa efectos de invernadero.

Monóxido de carbono y carbon organico total(TOC)

Remanentes orgánicos en la materia prima de la historia de la tierra (partes de organismos y

plantas) se decompondrán con el precalentamiento de la materia prima. En consecuencia

emisiones de CO y TOC pueden ocurrir. Aun en operación regular del horno rotativo, CO no

puede ser un estándar en la calidad del proceso de combustión. En cualquier caso extremo

altas temperaturas de quema y tiempos de residencia combinados con exceso de oxigeno

asegurará la quema completa de los combustibles alimentados.

Dioxinas y furanos(PCDD/F)




Debido a las condiciones de combustión mencionadas dentro del proceso de clínker dioxinas y

furanos serán completamente destruidas. Experiencias con hornos rotativos cementeros en

Europa revela que la “novo síntesis” no ocurrirá.




Óxidos de Nitrógeno

La producción de clínker es un proceso en alta temperatura con temperaturas de flama hasta

2,000 °C en la zona de sinterización, y hasta 1,450 °C de temperatura del material. Debido a

la calidad del producto el proceso debe ser operado con exceso de oxigeno. Dentro de estas

condiciones de proceso del oxigeno y nitrógeno del aire se forma NOx inevitablemente. Este

NOx es llamado NOx térmico. Comparado con otros procesos de quema NOx formado del

nitrógeno del combustible es pequeño.

Dióxido de Azufre(SO2)

Azufre es alimentado con la materia prima y combustibles en el proceso del cemento y

reacciona en presencia de oxigeno formando (SO2). Dentro del sistema del horno rotativo

SO2 necesariamente reacciona con álcalis (K2O, Na2O) formando sulfatos alcalinos (K2SO4,

Na2SO4) los cuales forman parte del clínker. Componentes sulfurosos especiales tales como

Pirita y Marcasita alimentados junto a la harina cruda en el precalentador se evaporarán con

temperaturas cercanas a los 350 °C formando SO2, el cual será expulsado. Contrario a los

sulfuros de la materia prima, sulfuros de los combustibles no incrementarán las emisiones de

SO2, por esto azufre reacciona con los álcalis dentro del horno rotativo.

Componentes clorinados y fluronados

Compuestos de cloro y flúor son alimentados con la materia prima y los combustibles dentro

del horno rotativo. Los cloruros se volatizan en la zona de quema se condensan en las partes

más frías para formar anillos dentro del horno rotativo o formaciones de pegaduras los cuales

desequilibran el desempeño de la planta. En hornos con precalentador hasta un 99% de los

cloruros son recapturados por la alimentación entrante, en la zona de calcinación la




concentración de cloruro en este punto podría ser extremamente alta (>1%) comparada con la

de la materia prima alimentada (~ 0.01%).

Ya que la mayor parte de los cloruros son volátiles, la cantidad retenida en el clínker es

extremamente pequeña (< 0.03%). Consecuentemente el nivel de álcalis en el clínker es

también reducido. La influencia combinada de cloruros alcalinos en las propiedades del

cemento es por tanto considerada como insignificante.

En desperdicios derivados de combustibles tales como desperdicios de aceites contaminados

con cloro, hidrocarburos clorinados, desechos de llantas, cloruros aparecen en formas

diferentes en concentraciones más altas y causan problemas serios operacionales aun con

conducto de desvío (by pass).

Mientras que el flúor es ligado al clínker, en el caso de altas entradas de cloro, ciclos de cloro

dentro del proceso pueden aparecer. Esto por razones técnicas es indeseable. Para evitar esto

las entradas de cloro deben ser limitadas. Dentro de estas condiciones las emisiones de cloro y

flúor están por debajo de los limites regulatorios.

En CENOSA el flúor viene en forma de fluoruro de calcio(CaF2) llamado también “Fluorita”

el cual es usado como mineralizador y fundente , siendo agregado a la harina cruda. Sprung

and von Seebach (1968) reportan que entre un 88 y 98% de los fluoruros son incorporados en

el clínker, y solamente una pequeña fracción reporta a CKD (Cement Kiln Dust ~ Polvo de

horno de cemento), probablemente como CaF2. Emisiones de flúor fueron reportadas tan

bajas como (0.0091.42 mg F1/Nm3) no necesariamente debido a la volatilidad del flúor,

pero probablemente a la eficiencia de los precipitadotes.

Metales pesados

Metales pesados son alimentados con la materia prima y el combustible en el horno rotativo.

Debido a su comportamiento metales pesados estarán ligados a la matriz del clínker

completamente, metales volátiles ligeros como el mercurio y Talio estarán parcialmente




ligados al clínker, mientras que la otra parte será emitida. Para evitar sobrepasar los límites en

emisiones, la entrada de tales metales pesados necesita ser limitada.

14. Resumen

CENOSA esta operando un horno rotativo con producción de cemento de 2,000 Mg/d. Hasta

hoy ellos alimentan el proceso con energía fósil para mantener las temperaturas de proceso

necesarias. CENOSA requerirá licencia para usar combustible secundario como sustituto de

energía fósil.

CENOSA realizó una investigación para identificar la producción de residuos y

disponibilidad de desechos. Esta investigación arrojo que madera, textiles y plásticos están

disponibles como combustibles secundarios.

El uso de combustibles secundarios tendrá influencia en la operación del horno rotativo ya

descrito anteriormente. Materiales no peligrosos pueden ser alimentados en ambos sistemas

de combustión del horno rotativo sin influenciar en los límites de las emisiones, porque los

componentes de los desechos son comparables a los existentes en los combustibles fósiles. El

quemador principal en la salida del horno rotativo debe ser adaptado a recibir combustible

secundario debido a diferente comportamiento en la quema.

Desechos peligrosos, como aceites de transformadores (conteniendo PCB, PCP etc.), deben

ser quemados por el quemador principal. Considerando altas temperaturas dentro del horno,

largo tiempo de residencia y el exceso de oxigeno, todos los materiales orgánicos peligrosos

deben seguramente ser destruidos, tal como lo indican experiencias en Europa. El gran largo

del horno rotativo y la cantidad de material caliente presente produce alta estabilidad térmica.

Aun si el horno cementero rotativo fuera forzado a un paro de emergencia por falta de

combustible primario o falla severa, todos los desechos peligrosos y no peligrosos, serán

destruidos completamente. En este caso de paro de horno la alimentación de desechos debe

pararse.




Desde el comienzo de la década de los 80, llantas y aceites usados son quemados como

combustibles secundarios en los hornos cementeros rotativos en Europa. Desde la mitad de la

década del 90 plásticos, textiles, maderas provenientes de la producción y desechos

seleccionados sustituyen hasta un 32% de los combustibles fósiles.

El uso de los ya descritos combustibles secundarios no es un decrecimiento en la calidad del

cemento ni un incremento en las emisiones peligrosas debido a su composición química

semejante con la de los combustibles fósiles.

Con el uso de combustibles secundarios el ambiente será beneficiado en la cantidad de

desechos que no serán dispuestos en los botaderos de basura. Por otro lado, los recursos

naturales serán preservados.

Los resultados de las medidas existentes concernientes al uso de combustibles alternativos y

desechos en Alemania, Suiza y Austria han probado que los contaminantes se queman con

toda seguridad, si los líquidos son filtrados y los desechos derivados de combustible son

esparcidos en el flujo de gases. Con respecto a las emisiones de compuestos clorados tales con

PCB y dioxinas los valores de emisión en los hornos rotativos de cemento pueden ser

alcanzados en otros procesos de combustión únicamente a través de equipos de depuración

posterior en gran escala.


Reporte - SICA Proyecto de Cementos del Norte, S.A. ... una mezcla de combustible 94% de petcoke y...

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