Oxidació tèrmica

Què és?


L’oxidació tèrmica (també anomenada sovint “incineració”, “incineració tèrmica” o “combustió oxidativa”) és el procés d’oxidació de gasos i olors combustibles en un flux de gasos residuals escalfant una barreja de contaminants amb aire o oxigen per sobre de la seva auto-ignició. apuntar a una cambra de combustió i mantenir-la a una temperatura elevada durant un temps suficient per completar la combustió a diòxid de carboni i aigua.

Després de l’oxidació tèrmica, els principals components del gas residual tractat són el vapor d’aigua, el nitrogen, el diòxid de carboni i l’oxigen. Depenent del contingut de contaminants dels gasos residuals bruts que s’incinerin i de les condicions de funcionament de l’oxidant tèrmic, poden ser presents altres contaminants als gasos residuals tractats com CO, HCl, HF, HBr, HI, NOX, SO2, COV, PCDD / PCDF, PCB i compostos de metalls pesants (entre d’altres). Pot requerir tractament amunt en funció de la composició de gasos residuals bruts o un tractament addicional aval del gas residual tractat.

Depenent de les temperatures de combustió durant les principals etapes de la incineració, els metalls pesants volàtils i els compostos inorgànics (per exemple, sals) s’evaporen totalment o parcialment. Aquestes substàncies es transfereixen dels residus d’entrada als gasos residuals tractats i a les cendres volants que conté. Es creen cendres voladores de residus minerals (pols) i cendres sòlides més pesades (cendres inferiors).

Esquema d’un oxidant tèrmic regeneratiu

Figura 1. Esquema d’un oxidant tèrmic regeneratiu

Esquema d’un oxidant tèrmic recuperatiu

Figura 2. Esquema d’un oxidant tèrmic recuperatiu

El temps, la temperatura (uns 200-400 ° C per sobre de l’encesa automàtica), la turbulència (per barrejar) i la disponibilitat d’oxigen afecten la velocitat i l’eficiència del procés de combustió. Aquests factors proporcionen els paràmetres bàsics de disseny per als sistemes d’oxidació d’olors i COV.

S'utilitzen diversos tipus d'oxidants tèrmics:
  • L'oxidant tèrmic recte, format per una cambra de combustió i que no inclou cap recuperació de calor dels gasos de combustió.
  • L'oxidant tèrmic regeneratiu(Figura 1), seguint els passos següents:
    • corrent de gasos residuals que entra a l’oxidant per l’entrada comuna i que passa a una cambra regenerativa a través d’una vàlvula de papallona;
    • després passa per una matriu d'intercanvi de calor ceràmica, que fa pujar la temperatura del gas gairebé fins a la temperatura d'oxidació;
    • després entra a la cambra de combustió, que es manté a 800-1000 ° C mitjançant els cremadors, la calor alliberada disminueix el consum de combustible dels cremadors;
    • després, surt de la cambra de combustió a través d’una segona matriu d’intercanviador de calor ceràmic, transferint la seva energia tèrmica per ser reutilitzada per preescalfar el següent cicle;
    • alliberant el flux de gas net a través d’una vàlvula de sortida per descarregar-lo.
    A causa de la temperatura de l’espai de combustió relativament elevada, del gran excés d’aire i de la petita influència de la flama, només es formen petites quantitats de monòxid de carboni i NOX.
    Aquest sistema és especialment adequat per a corrents de gasos residuals amb cabals d'entre 5,000 i 10,000 Nm3 / h. En general, s’aconsegueix una recuperació de calor del 90-97% (preescalfament de gasos residuals).

  • L'oxidant tèrmic recuperatiu (Figura 2), comprenia una cambra de combustió, el preescalfador de gasos residuals i, si escau, un intercanviador de calor de recuperació d’energia secundària, la calor transferida contínuament al preescalfador. Aquest sistema és especialment adequat per a cabals de flux de gasos residuals compreses entre 1000 i 50000 Nm3/ h. En general, s’aconsegueix un 50-80% de recuperació de calor.
  • Motors de gas i / o calderes de vapor, amb un 57-67% de recuperació d’energia. El gas residual es crema al motor. S’ha de controlar la concentració del gas d’entrada per garantir que es cremi eficientment al motor. Si cal, es pot afegir gas natural com a combustible de suport o és possible que calgui diluir el flux de residus. Els generadors aigües avall produeixen electricitat. El motor conté un convertidor catalític, principalment per oxidar el monòxid de carboni al corrent de gas. El motor s’acompanya d’una caldera de vapor per utilitzar la calor residual dels gasos de combustió per a la producció de vapor. L’aigua d’alimentació de la caldera es preescalfa amb l’aigua de refrigeració del motor. Amb temperatures de combustió baixes, la formació de NOX és baixa. El gas de combustió que surt del motor de gas és conduït per catalitzadors d’oxidació per reduir el contingut de monòxid de carboni.

Disseny, manteniment i eficiència

Els criteris de disseny d’un sistema d’oxidant tèrmic depenen principalment de la naturalesa del flux de gasos residuals (és a dir, característiques químiques i físiques com la mida de les partícules, la composició i també característiques tèrmiques com el poder calorífic i el nivell d’humitat), que determina les condicions de combustió.

Els oxidants tèrmics s’han d’inspeccionar regularment i, si cal, netejar-los per mantenir un bon rendiment i eficiència. Quan es produeixen excés de deposicions, cal fer accions preventives netejant el gas entrant abans que entri a l'oxidant.

Els paràmetres supervisats que haurien de provocar una alarma quan se superin els valors establerts inclouen:
  • temperatura de combustió;
  • concentració de COV;
  • concentració de monòxid de carboni;
  • pressió;
  • alimentació de gas liquat;
  • alimentació d'aire comprimit.
Un altre paràmetre important a controlar és el contingut d’oxigen del gas efluent, que proporciona informació sobre les condicions de combustió. Això és crucial quan s’oxiden tèrmicament els compostos halògens.

Aplicabilitat

Taula 1 mostra els límits d’aplicació i les restriccions associades a l’oxidació tèrmica (adaptat d’EIPPCB, 2016, taula 3.204).

Taula 1. Límits d’aplicació i restriccions associades a l’oxidació tèrmica.
Qüestió Límits / restriccions
Cabal de gas (Nm3/ h) 90-86000 (oxidant recte i regeneratiu)
90-86000 (oxidant tèrmic recuperador)
Temperatura (° C) 900-1200
Pressió (MPa) atmosfèric
Caiguda de pressió (mbar) 10 - 50
Contingut de partícules (Nm3/ h) <3
Temps (s) de residència 0.5-2
Humitat relativa dels gasos residuals màxim 70%

referències

EIPPCB (2016). Document de referència sobre les millors tècniques disponibles (MTD) per als sistemes de tractament / gestió d’aigües residuals i gasos residuals en el sector químic. Informe JRC Science for Policy.
Bulgarian BG Catalan CA English EN French FR German DE Greek EL Italian IT Portuguese PT Spanish ES