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Recuperación de energía a partir de los gases emitidos por la torre de calcinación de ciclones

Advanced Cyclone Systems, S.A. (ACS).
Codols Solids Processing

La eficiencia elevada del sistema de ciclones ‘Hurricane’ ha permitido limitar el contenido de ceniza de los gases calientes de la torre de precalcinación en Duna-Dráva Kft (Hungría).

El objetivo es reutilizar estos gases calientes para moler coque de petróleo en el molino de carbón, de forma que no afecte a su calidad, incrementando, por tanto, los beneficios.

Introducción

Advanced Cyclone Systems, S.A. (ACS) diseñó y suministró un ciclón ‘Hurricane’ para la planta de Duna-Dráva Cement Kft en Beremend, Hungría (perteneciente al Grupo Heidelberg Cement, líder del mercado global de agregados), como parte de un proyecto de recuperación de energía.

El objetivo del proyecto fue mantener la calidad del coque de petróleo molido con unas características específicas en términos de contenido de cenizas, y para ello la empresa contactó con ACS para que diseñara un sistema de ciclones que minimizara la concentración de partículas de polvo muy fi nas en la salida de gases calientes que sale de la torre de precalcinación (ver Figura 1).

Figura 1. Diagrama del proceso.

Figura 1. Diagrama del proceso.

Identificación del problema y la solución

Para conseguir que el coque de petróleo molido tuviera las especificaciones de contenido de cenizas, las partículas de polvo tenían que ser eliminadas de la corriente del gas. Por lo tanto, el objetivo era minimizar la concentración de polvo en un 10% del aire caliente (37.513 m3/h @ 327 ºC) con el menor impacto posible en la temperatura del gas. Para poder diseñar el sistema de ciclones más eficiente posible, ACS usó las condiciones específi cas de la planta, como la distribución de las partículas por tamaño, la densidad, la concentración de entrada, la temperatura y la tasa de fl ujo de gas.

Finalmente, ACS proporcionó un sistema de ciclones ‘Hurricane’ para reducir las emisiones entre un 87,15% y un 92,92%, lo cual representaba una disminución de la concentración de polvo fi no de 42.100 mg/Nm3 hasta 4.200 mg/Nm3, con una caída de presión de solamente 1,3 kPa.

Sobre los ciclones ‘Hurricane’

Los ciclones ‘Hurricane’ están patentados y numéricamente optimizados. Las geometrías maximizan la captación de polvo para cada una de las aplicaciones, a la vez que minimizan la re-entrada y mantienen las pérdidas de carga en niveles razonablemente bajos. Estos ciclones han demostrado una eficiencia impresionante en la captura de polvo muy fi no con un Diámetro de Volumen Medio (VMD) inferior a 5 μm.

Los ‘Hurricane’ son el resultado de la formulación y resolución de problemas no lineales y no convexos después de años de trabajo conjunto con la Facultad de Ingeniería de Porto, e incorporan los descubrimientos más recientes del impacto de aglomeración en la eficiencia en la recogida del ciclón (Chemical Engineering Journal 162, 2010: 861-876). Un único ciclón ‘Hurricane’ es más eficiente que cualquier ciclón que se pueda encontrar disponible en el mercado para la misma pérdida de carga.

Figura 2. Ciclón ‘Hurricane’.

Figura 2. Ciclón ‘Hurricane’.

Ventajas del sistema ‘Hurricane’

  • Eficiencia muy elevada.
  • Diseño personalizado.
  • Solución muy económica.
  • Sin restricciones de temperatura.
  • Costos de mantenimiento prácticamente nulos.
  • Sistema robusto y sin partes móviles.
  • Baja pérdida de carga.
  • Sistema compacto.
Figura 3. Distribución de las partículas por tamaño usada en una simulación provista por el cliente.

Figura 3. Distribución de las partículas por tamaño usada en una simulación provista por el cliente.

Condiciones de funcionamiento y resultados

  • Densidad de partículas: 0,6 kg/m3
  • Volumen de diámetro medio de las partículas: 2,3 μm
  • Caudal real: 37.513 m3/h, vía húmeda
  • Temperatura del gas: 327 ºC
  • Carga del producto en el ciclón: 42.100 mg/Nm3
  • Eficacia garantizada: > 87,0%
  • Perdida de carga total esperada: 1,3 kPa
Figura 4. Predicción del grado de eficiencia máximo y mínimo con correspondientes valores globales de eficiencia.

Figura 4. Predicción del grado de eficiencia máximo y mínimo con correspondientes valores globales de eficiencia.

Disposición general

El sistema de ciclones ‘Hurricane’ está compuesto por 12 ‘Hurricanes’ de ø700 mm cada uno, dispuestos en dos baterías de 6 ciclones en paralelo, con una tolva de descarga y un plenum gas por batería y una válvula de mariposa doble para la descarga de polvo de cada tolva. Todo el equipo está fabricado en acero carbono ST37.

El número y tamaño de los ciclones se determina con un programa informático basado en los el diseño de optimización y aglomeración de partículas de los ciclones de ACS.

Conclusiones

ACS logró reducir el nivel de polvo por debajo de los valores garantizados. Así, el cliente mostró su satisfacción con la calidad del PET coque, que responde a las características que solicitaba en su petición Duna-Dráva Cement Kft.

Figura 5. Disposición general del sistema de ciclones ‘Hurricane’.

Figura 5. Disposición general del sistema de ciclones ‘Hurricane’.

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