Oxidación térmica
¿Qué es?
La oxidación térmica (también conocida como 'incineración', 'incineración térmica' o 'combustión oxidativa') es el proceso de oxidación de gases combustibles y olores en una corriente de gas residual al calentar una mezcla de contaminantes con aire u oxígeno por encima de su autoignición. en una cámara de combustión y manteniéndola a alta temperatura durante el tiempo suficiente para completar la combustión a dióxido de carbono y agua.
Después de la oxidación térmica, los componentes principales del gas residual tratado son vapor de agua, nitrógeno, dióxido de carbono y oxígeno. Dependiendo del contenido de contaminantes del gas residual crudo que se incinera y de las condiciones de funcionamiento del oxidante térmico, pueden estar presentes otros contaminantes en el gas residual tratado como CO, HCl, HF, HBr, HI, NOX, SO2, COV, PCDD / PCDF, PCB y compuestos de metales pesados (entre otros). Puede requerir un tratamiento aguas arriba dependiendo de la composición del gas residual crudo o un tratamiento aguas abajo adicional del gas residual tratado.
Dependiendo de las temperaturas de combustión durante las principales etapas de incineración, los metales pesados volátiles y los compuestos inorgánicos (por ejemplo, sales) se evaporan total o parcialmente. Estas sustancias se transfieren de los residuos de entrada tanto al gas residual tratado como a las cenizas volantes que contiene. Se crean cenizas volantes de residuos minerales (polvo) y cenizas sólidas más pesadas (cenizas de fondo).
Figura 1. Esquema de un oxidante térmico regenerativo
Figura 2. Esquema de un oxidante térmico recuperativo
El tiempo, la temperatura (alrededor de 200–400 ° C por encima de la autoignición), la turbulencia (para la mezcla) y la disponibilidad de oxígeno afectan la velocidad y la eficiencia del proceso de combustión. Estos factores proporcionan los parámetros de diseño básicos para los sistemas de oxidación de COV / olores.
Se utilizan varios tipos de oxidantes térmicos:
Se utilizan varios tipos de oxidantes térmicos:
- El oxidante térmico directo, compuesto por una cámara de combustión y sin ninguna recuperación de calor de los gases de combustión.
- El oxidante térmico regenerativo(Figura 1), siguiendo los siguientes pasos:
- corriente de gas residual que ingresa al oxidante a través de la entrada común y pasa a una cámara regenerativa a través de una válvula de mariposa;
- luego pasando a través de una matriz de intercambio de calor de cerámica, que eleva la temperatura del gas casi a la temperatura de oxidación;
- luego ingresando a la cámara de combustión, que se mantiene a 800-1000 ° C por los quemadores, el calor liberado disminuye el consumo de combustible de los quemadores;
- luego dejando la cámara de combustión a través de una segunda matriz cerámica intercambiadora de calor, transfiriendo su energía térmica para ser reutilizada para precalentar el siguiente ciclo;
- liberar la corriente de gas limpio a través de una válvula de salida para descargar.
- El oxidante térmico recuperativo (Figura 2), compuesto por una cámara de combustión, el precalentador de gas residual y, en su caso, un intercambiador de calor de recuperación de energía secundaria, el calor transferido de forma continua al precalentador. Este sistema es particularmente adecuado para caudales de corrientes de gases residuales en el rango de 1000 a 50000 Nm.3/ h. Generalmente, se logra una recuperación de calor del 50 al 80%.
- Motores de gas y / o calderas de vapor, con un 57–67% de recuperación de energía. El gas residual se quema en el motor. La concentración del gas de entrada debe controlarse para garantizar que se queme de manera eficiente en el motor. Si es necesario, se puede agregar gas natural como combustible de apoyo o es posible que sea necesario diluir el flujo de desechos. Los generadores aguas abajo producen electricidad. El motor contiene un convertidor catalítico, principalmente para oxidar el monóxido de carbono en la corriente de gas. El motor está acoplado a una caldera de vapor para utilizar el calor residual de los gases de combustión para la producción de vapor. El agua de alimentación de la caldera es precalentada por el agua de refrigeración del motor. Con bajas temperaturas de combustión, la formación de NOX es baja. El gas de combustión que sale del motor de gas se conduce sobre catalizadores de oxidación para reducir el contenido de monóxido de carbono.
Este sistema es particularmente adecuado para corrientes de gases residuales con caudales en el rango de 5,000 a 10,000 Nm3 / h. Generalmente, se logra una recuperación de calor del 90–97% (precalentamiento de los gases residuales).
Diseño, mantenimiento y eficiencia
Los criterios de diseño para un sistema de oxidación térmica dependen principalmente de la naturaleza de la corriente de gas residual (es decir, características químicas y físicas como tamaño de partícula, composición y también características térmicas como valor calorífico y nivel de humedad), que determina las condiciones de combustión.
Los oxidantes térmicos deben inspeccionarse periódicamente y, si es necesario, limpiarse para mantener un buen rendimiento y eficiencia. Cuando ocurren deposiciones excesivas, se deben tomar acciones preventivas limpiando el gas entrante antes de que ingrese al oxidante.
Los parámetros monitoreados que deberían activar una alarma cuando se exceden los valores establecidos incluyen:
Los oxidantes térmicos deben inspeccionarse periódicamente y, si es necesario, limpiarse para mantener un buen rendimiento y eficiencia. Cuando ocurren deposiciones excesivas, se deben tomar acciones preventivas limpiando el gas entrante antes de que ingrese al oxidante.
Los parámetros monitoreados que deberían activar una alarma cuando se exceden los valores establecidos incluyen:
- temperatura de combustión;
- concentración de COV;
- concentración de monóxido de carbono;
- presión;
- alimentación de gas licuado;
- alimentación de aire comprimido.
Aplicabilidad
Tabla 1 muestra los límites y restricciones de aplicación asociados con la oxidación térmica (adaptado de EIPPCB, 2016, Tabla 3.204).
Tabla 1. Límites de aplicación y restricciones asociadas con la oxidación térmica.
Tabla 1. Límites de aplicación y restricciones asociadas con la oxidación térmica.
| Inconveniente | Límites / Restricciones |
|---|---|
| Flujo de gas (Nm3/marido) | 90-86000 (oxidante directo y regenerativo) 90-86000 (oxidante térmico recuperativo) |
| Temperatura (° C) | 900 - 1200 |
| Presión (MPa) | Atmosférico |
| Caída de presión (mbar) | 10 - 50 |
| Contenido de partículas (Nm3/marido) | <3 |
| Tiempo de residencia (s) | 0.5 - 2 |
| Humedad relativa del gas residual | max 70% |
