SIMPLIFIQUEMOS LA COMBUSTIÓN PARA OPTIMIZAR PROCESOS EN HORNOS CEMENTEROS MODERNO

                             

                                             

La evolución de la tecnología para fabricación del cemento ha logrado un excelente nivel en todos los aspectos vinculados al desarrollo del proceso en cuanto a preparación de materiales, instrumentación y sistemas de control automático de operación, pero en el campo de la combustión, los grandes fabricantes de maquinaria y equipos insisten en complicarnos la vida con diseños cada vez más absurdos y complicados, lo que resulta injustificable por haber demostrado con nuestra Teoría Inorgánica de la Combustión que este proceso fisicoquímico resulta maravillosamente simple y fácil de optimizar en la práctica. Habiendo demostrado lo mencionado en proyectos ejecutados en la mayoría de países de Latinoamérica, consideramos que ha llegado la hora de que los empresarios cementeros disminuyan la dependencia tecnológica de sus proveedores y desarrollen sus propios cuadros técnicos para aprovechar el inmenso potencial de optimización creado, aplicando las siguientes acciones y procedimientos: 1. En el horno rotatorio de clinkerización, simplificar el diseño del quemador principal, asegurando la formación de llama cónica hueca, facilitando la transición y correcta nodulización del material en proceso que asegure la máxima calidad del clínker producido y alto rendimiento del sistema, con cualquier enfriador tipo parrilla. 2. En el horno de precalcinación, simplificar el diseño básico necesario del reactor para asegurar que todo el calor liberado por la reacción exotérmica de combustión se invierta en la reacción endotérmica de descarbonatación, manteniendo las partículas de crudo en suspensión en el interior de la llama, sin ocasionar sobrecalentamiento y pegaduras en los ciclones y la cámara de enlace. 3. Implementar estas acciones en el marco de Proyectos MCP (Mejora Continua Proactiva) para aprovechar el inmenso potencial de optimización del proceso que se producirá en el sistema con combustión eficiente en ambos hornos, incorporando combustibles alternos sin afectar los niveles de producción y eficiencia.

En este artículo sustentamos todo lo mencionado y proporcionamos la orientación adecuada para convertir las plantas cementeras actuales en unidades productivas de alta eficiencia, sin grandes inversiones y otorgando el protagonismo de funcionamiento a sus propios ingenieros y técnicos de planta, considerando que el equipo más importante en cualquier empresa industrial siempre será el de sus Recursos Humanos.

Parte 1:

SIMPLIFICACIÓN DEL DISEÑO DEL QUEMADOR PRINCIPAL

Desde la puesta en servicio del primer horno rotatorio se han sucedido muchos cambios importantes en las zonas del precalentador y el enfriador actuales, pero se ha mantenido inalterable la parte correspondiente a los últimos 50 metros del horno rotatorio, donde se completa la calcinación y se eleva la temperatura hasta formación de costra (TRASLACIÓN), se produce la conformación del material en nódulos por efecto de su finura, presencia de fase líquida y velocidad del horno (NODULIZACIÓN), se desarrollan en el interior de cada nódulo y a través de la fase líquida las reacciones químicas que conforman las 4 fases mineralógicas que proporcionan las características fisicoquímicas del clínker (CLINKERIZACIÓN) y el enfriamiento que solidifica la fase líquida estabilizando la calidad del clínker conseguida, antes de caer al enfriador (ENFRIAMIENTO).

Solamente existe un tipo y forma de llama ideal para favorecer el cumplimiento perfecto de estas 4 etapas: la llama cónica hueca, suficientemente corta para permitir que el material se aglomere en nódulos antes de clinkerizarse, sin afectar costra y refractarios.    

La llama cónica hueca representa la única opción elegible para disponer de un horno cementero moderno, productivo y eficiente.

La llama cónica hueca se originó para calderos acuotubulares, con el propósito de evitar el impacto de llama sobre los tubos que producía la llama cónica, permitiendo conseguir potencias específicas 5 o 6 veces mayores en los hogares de paredes de tubos de agua, permitiendo unidades más compactas, productivas y eficientes para generación de vapor en las grandes centrales termoeléctricas. Su aplicación en el horno cementero ha resultado formidable, permitiendo disponer de llamas en forma de sopletes que cumplen perfectamente las condiciones termodinámicas para evolución de las 4 etapas anteriormente definidas, simplificando el proceso, facilitando el control operativo del sistema y permitiendo conseguir altos niveles de eficiencia térmica, máxima productividad y largas campañas de refractarios. DISEÑO DEL QUEMADOR IDEAL PARA FORMACIÓN DE LLAMA CÓNICA HUECA EN EL HORNO CEMENTERO   CON LA NUEVA TECNOLOGÍA QUE HEMOS DESARROLLADO, AHORA TODOS PUEDEN SER EXPERTOS EN COMBUSTIÓN. LOS INGENIEROS DE PLANTA CEMENTEROS ESTÁN OBLIGADOS A SERLO.

Han transcurrido muchos años y hemos vivido muchas experiencias, buenas y malas, hasta definir con precisión y seguridad el diseño básico del quemador apropiado para conformar una llama cónica adecuada en el horno cementero. Para conseguir tal objetivo, ha resultado de la mayor importancia la formulación y aplicación de nuestra Teoría Inorgánica de la Combustión, la cual ha demostrado en forma teórica y práctica, que todos los combustibles son combinaciones variables de carbono e hidrógeno, con un contenido también variable de impurezas, y que todos queman en la misma forma, disociándose en sus componentes antes de quemarse, produciéndose la combustión heterogénea en forma simple, básica y elemental : 2H + O2 = H2O y C + O2 = CO2 . En primer lugar, logramos establecer los parámetros de diseño adecuados; inicialmente utilizamos un número mayor, pero finalmente la experiencia nos ha demostrado que resultan suficientes solamente 2 : 

Potencia Específica (PE) en Newtons/Gcal

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Swirl (Sw) como el porcentaje del impulso rotacional (momento) del aire primario, respecto al total.

Aplicando estos dos parámetros podemos establecer las condiciones requeridas para el nivel de dificultad de los combustibles a utilizar y adaptar nuestro diseño a las características dimensionales del horno rotatorio. El quemador prototipo aplicable a cualquier horno cementero rotatorio, resulta bastante simple y elemental, estando conformado siempre por los siguientes componentes:  Ventilador de aire primario, con capacidad suficiente para proporcionar el flujo de aire necesario (alrededor del 10% del aire total de combustión) con la presión estática suficiente para suministrar los impulsos (potencia) para conformar la llama cónica hueca. La necesidad de disponer de un mínimo de 200 milibares en la descarga, define este equipo como lo que los técnicos llamamos un turbo-ventilador que ya califica como soplador.

Disponer de un ventilador de características de diseño suficientes y adecuadas resulta indispensable para poder conformar nuestra llama cónica hueca. El diseño de la tobera permitirá la distribución de impulsos específicamente correcta para cada horno individual.  Cuerpo del quemador con dimensionamiento y conformación suficiente y adecuada  para suministrar los flujos de aire primario y combustibles utilizados, en condiciones  previstas en el diseño de la tobera del quemador. El diseño aerodinámico de cada  uno de los ingresos de aire debe asegurar la menor caída de presión y en el caso del  aire de transporte de carbón pulverizado, velocidad adecuada para evitar erosión o  sedimentación, asegurando siempre estar siempre fuera del rango de inflamabilidad  (250 a 2500 gr/m3).         El diseño aerodinámico del cuerpo del quemador minimiza las pérdidas de presión en los flujos y facilita las maniobras para mantenimiento y regulación en la plataforma del horno.        Tobera (puntera) del quemador con el diseño adecuado para manejo conveniente de  la mecánica de fluidos que permita establecer la cinética de la reacción química  y  conformación de la forma de llama cónica hueca, disponiendo de los siguientes  componentes desde la parte interna hacia el exterior:   

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Tubo portalanza donde se alojará el atomizador de combustible líquido.    Ingreso a baja presión del aire central, necesario para evitar que se produzca  vacío en el interior de la llama.  Inyección de flujo de aire rotacional pasando a través de una roseta que le  imprimirá la rotación con el ángulo adecuado en función de la dificultad del  combustible.  Inyección exterior a través de toberas circulares con el diámetro y cantidad  requerida para suministrar el impulso axial necesario para succionar el aire  secundario con el oxígeno necesario para completar la combustión. 

Para efectos de mayor claridad en la figura siguiente mostramos el modelo básico,  considerando solamente la utilización de petróleo residual (combustibles líquidos),  apreciándose en la figura complementaria, los flujos que participan en la mecánica de fluidos  para conformación de llama cónica hueca.    

        

 

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Para inyección adicional del aire de transporte y carbón pulverizado, con el  impulso mínimo necesario para ser succionado y dominado por el flujo  dominante (aire primario o gas natural), se utilizará un conducto hacia el interior  del impulso rotacional (rojo).    Resultará aplicable para gas natural, utilizando el mismo como flujo dominante  en sustitución del  aire primario, dimensionando en forma adecuada el ángulo de  las rosetas y boquillas para disponer de la potencia y distribución de impulsos  requeridos.  La incorporación de combustibles alternos deberá efectuarse por los ingresos de  sólidos o líquidos, sin incorporar conductos individuales. 

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La pieza refractaria exterior que se prolonga unos 5 – 10 cm respeto al plano de  la tobera, permite un conveniente perfilado de la llama hacia el centro,  compensando el efecto “Coanda”, consistente en la tendencia del flujo a pegarse  a la pared exterior.  

 Este diseño y concepción funcional simple, práctico y efectivo del quemador principal del  horno cementero resulta tecnológicamente perfecto y su capacidad para formación de llama  cónica hueca  permite transformar el proceso de fabricación también hacia la simplicidad, al  eliminar la mayoría de los problemas que confrontan los hornos cementeros, al establecer  condiciones termodinámicas apropiadas para el desarrollo del proceso de clinkerización ,  permitiendo alcanzar niveles de estabilidad de variables operativas que se traducen en  elevados niveles de productividad y consumos específicos muy cercanos a los ideales. 

ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE LOS QUEMADORES COMERCIALES MÁS DIFUNDIDOS Y UTILIZADOS En anteriores publicaciones analizamos los diseños y conformación de los quemadores de los  principales fabricantes del sector cementero, demostrando grandes errores técnicos  en  cuanto a su diseño y/o fabricación/montaje, habiendo ya llegado a la conclusión de que sus  objetivos de diseño resultaban contrarios a la lógica, ética y los mismos fundamentos de la  ingeniería, por estar orientados principalmente a sus intereses económicos, priorizando sus  objetivos comerciales. Así lo hemos demostrado en la práctica, al modificarlos y/o  sustituirlos en proyectos de optimización de hornos cementeros con resultados variables,  por involucrar en forma conjunta ambos procesos, combustión y clinkerización, en forma  conjunta .  Para establecer la evolución de la tecnología en este campo, efectuemos un breve resumen  de los casos principales:  

Después del aceptable SWIRLAX y la desastrosa experiencia del CENTRAX, FLS   introdujo al mercado el DUOFLAME, el cual inexplicablemente, teniendo una  conformación adecuada de flujos axial y rotacional, al final los junta,  provocando un regresión al concepto de la llama cónica, con resultados  previsibles en la práctica.  

 

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Fundamentado en la absurda concepción de la conveniencia de disminuir el  porcentaje de aire primario para incrementar la recuperación de calor con  mayor proporción de aire secundario, KHD desarrolla el PIROJET, con el  inconveniente de incorporar un soplador de alta presión (1000 milibares) para el  flujo axial y un ventilador para el rotacional. Siendo aceptable el trabajo de  estos quemadores,  la falta de aire central y la ubicación del carbón entre los  flujos axial y radial no permite conformar llama cónica hueca; la exigencia  mecánica del compresor axial determina problemas de mantenimiento . 

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El quemador ROTAFLAM de Pillard, probablemente el más cercano a la  conformación ideal, se complica por la influencia de la temperatura interna del  horno sobre el desplazamiento longitudinal que pretende utilizar para  regulación de flujos con menor pérdida de impulso, complicando demasiado su  diseño con demasiadas opciones de suministro de combustibles alternos.   

                     

 

En términos generales, los quemadores de fabricantes especializados en este sector han  desarrollado un importante esfuerzo de investigación orientada a modificarlos con el  propósito de obtener mayores beneficios económicos, pero no solamente en cuanto a su  precio de venta. La operación imperfecta de los quemadores y las deficiencias del proceso de  combustión generan múltiples problemas operativos, para los cuales los mismos fabricantes  proporcionan sistemas y equipos para administrarlos. Un caso particular lo constituye el  desarrollo de verdaderas maravillas tecnológicas de enfriadores de parrilla para manejar  todos los problemas fisicoquímicos que el descontrol de la combustión y la termodinámica  en el horno se reflejan en clínker ; al conseguir la llama cónica hueca con la simplificación de  tales diseños, el clínker conformado en nódulos similares, cualquier enfriador resultará  suficiente para su enfriamiento y recuperación estable y efectiva de calor; como este, son  muchos los problemas que desaparecerán, beneficiando el proceso, pero perjudicando a los  fabricantes de quemadores. 

 QUEMADORES S PARA HO ORNOS CE EMENTERO OS DEL SIIGLO XXI diseño de que emadores en n el siglo XXI, la cual esperrábamos se o oriente a la  La evolución en el d ormar llama ccónica hueca,, se ha  simplifficación de diiseños y aseggurar su capaccidad para fo orientaado en sentid do contrario, como podem mos comprob bar al analizarr la conformaación,  diseño o y concepción funcional d de los 3 más p promocionad dos en la actu ualidad: M.A.S. ( Mono  Airducct System) de Pillard, POLFFLAME de Polysius y NOVA AGAS de Pillaard, en lo referente al  manejo o del aire primario como flujo dominaante para form mación de llaama.. 

Quem mador M.A.S. ( Mo ono Airduc ct System m) de UNIITHERM

La conncepción funndamental dee diseño del quemador MAS M se basaa en la inyección del aire prrimario a travvés de mang gueras flexibbles de inclin nación regulaable entre 10 0 y 40 ° del sw wirl (impulsoo rotacional),, pretendienddo formar un na llama máss o menos laarga o ancha solamente con c esta regu ulación entree los extremo os que puedee apreciarse en la t axxial y radial, figura siguiente, enn una escalaa variable enntre 1 y 9 de tendencia corresppondiendo las posicionees inferiores (1 a 3) al meenor ángulo de rotación de los chorroos, los valorees medios a una u llama prromedio (4 a 6) y los altoos a la máxim ma rotacióón de los cho orros (7 a 9)

La potencia de la llama se determina con la abertura del dámper de aire primario, apreciándose el mayor flujo en el incremento de la presión disponible, la cual se registra en el manómetro instalado después del dámper; en el diseño se ha considerado la introducción de un “aire central” que se desprende y regula del ducto de aire primario principal, pudiendo regularse entre un 5 y 10 % del total del flujo. UNITHERM establece que este aire central debe servir para estabilizar la forma de la llama. COMENTARIO PERSONAL El análisis del diseño y concepción funcional del quemador M.A.S. de UNITHERM me causó la impresión de un equipo inadecuado para formar una llama de características apropiadas para el horno cementero (cónica hueca) por resultar imposible poder manejar en forma conjunta y en los mismos chorros, ambos impulsos; asimismo, la utilización de mangueras para suministro del aire primario en el cabezal de la tobera, resulta arriesgado, en un equipo que trabaja metido en el infierno. La oportunidad y responsabilidad de regularlo en la práctica, me confirmó totalmente lo asumido en forma teórica. Se pudo lograr una condición mejor a la que se encontraba y relativamente satisfactoria, pero muy alejada de la optimización integral que permite el disponer de llama cónica hueca en el horno.

Quemador POLFLAME de POLYSIUS

Como puede apreciarse en el diseño de la tobera, el quemador POLFLAME dispone de una boquilla de atomización de combustibles líquidos y un canal anular exterior para introducción del aire de transporte de carbón y sólidos combustibles pulverizados, inyectando el flujo de aire primario para proporcionar la energía cinética para conformación de la llama y desarrollo de la combustión, a través de un conjunto de nueve boquillas regulables mediante accionamientos internos para regular el swirl (impulso rotacional) y divergencia (radialidad). Adicionalmente también dispone en la tobera del piloto para encendido, inyección de otros combustibles alternos y el dispositivo de vigilancia de llama.

m forma que el M.A A.S. de UNIT THERM fun ndamenta suu capacidad de d En la misma regulaación de llam ma manejanddo en forma conjunta c los impulsos rootacional y raadial en las toberaas de aire primario, con la l particulariidad de inyecctar el carbóón pulverizaddo, con el aire dee transporte, por el condu ucto externoo. s figgura mostram mos la tendenncia de los chorros, c instaalando tuboss que En la siguiente prolonngan la tendeencia de la posición p de laas boquillas.. Se supone qque en este caso, c el aire dee transporte cumplirá la función de aaportar impuulso axial parra evitar quee la llama se abraa.

antas que disponen de gas naturall, simplemen nte lo han in nstalado para En pla trabajjar con este combustiblle, inyectándolo en lugaar del aire primario, p manteeniendo el fllujo de aire exterior (siin carbón) como c aire dee refrigeracción.

COMENTARIO PERSONAL En forma similar a lo comentado respecto al M.A.S. el conocimiento inicial de su diseño y concepción funcional, me causó similar impresión respecto a la imposibilidad de poder manejar los impulsos axial y rotacional en forma conjunta, en este caso a través de toberas con swirl y divergencia regulables. La oportunidad de regularlo, sin embargo, se produjo en su aplicación con gas natural, inyectado por las toberas del aire primario, utilizando el aire de transporte de carbón exterior como flujo refrigerante. El resultado fué igualmente satisfactorio, pero muy diferente al inicial, para lo cual se tuvo que modificar totalmente la regulación de flujos e impulsos, disminuyendo tanto la potencia como el swirl del quemador, con lo cual se pudo quemar en forma menos intensa el gas natural, muy fácil de quemar. En la misma forma, el resultado resultó igualmente alejado de la que permite un quemador diseñado específicamente para gas natural.

Quemador NOVAFLAM de PILLARD

   

Observando la conformación de ductos en la tobera (izquierda) podríamos considerar que este quemador tiene la conformación básica fundamental y adecuada para formar llama cónica hueca, simlar al nuestro; sin embargo y en forma inexplicable desde el punto de vista de ingeniería y la lógica, presenta dos modificaciones de vital importancia:

 

 Como puede observarse en la figura derecha, la roseta que imprime el impulso rotacional al aire primario, se ha diseñado como ua pieza de ángulo regulable con el movimiento axial del tubo correspondiente.  La otra innovación consiste en manejar en un solo ducto los aires axial y rotacional, desde donde se reparte por las toberas axiales y la roseta, que le imprimirá un ángulo de rotación variable, con lo cual se podría regular en marcha el swirl, para condiciones determinadas de Potencia Específica.

 

A diferencia del aerodinámico y elegante diseño del cuerpo del quemador ROTAFLAM, el nuevo quemador NOVAFLAM resulta muy diferente, presentando ángulos rectos con gran pérdida de presión en el ducto de aire primario único, para aportar impulsos axial y rotacional (swirl).    

COMENTARIO PERSONAL El diseño y concepción funcional del NOVAFLAM podría resultar aceptable, bajo la consideración de que generalmente se mantienen totalmente abiertos los dámpers de flujos individuales y la roseta regulable se podría ubicar en un ángulo adecuado para las características del combustible utilizado. Considerando que la conformación de ductos en la tobera resulta similar al nuestro, efectuando las mediciones y ajustes necesarios, podría conseguirse la llama cónica hueca requerida para estabilizar un horno de alta eficiencia; sin embargo, considerando que al variar el ángulo de la roseta aumentará la pérdida de presión e impulso (swirl), incrementándose proporcionalmente el axial, será presumible mayor dificultad de regulación que el diseño simple básico fundamental. El NOVAFLAM refleja claramente la priorización de los fabricantes de formular diseños que puedan ajustarse a la operación de cualquier horno cementero, resultando para ello más complejos y costosos, beneficiando sus intereses económicos, pero perjudicando a los usuarios, porque resulta evidente que disponer de un quemador diseñado específicamente para cada caso individual resultará técnicamente más adecuado y económicamente más conveniente.

QUE REPRESENTA TENER LA LLAMA CÓNICA HUECA Y OPTIMIZAR LA COMBUSTIÓN EN EL HORNO CEMENTERO

  Desarrollar la combustión y completarla con cualquier combustible formando un soplete de  10 o 15 metros del horno rotatorio, lo que permite  nuestro diseño básico, simple y  económico, dimensionado en forma adecuada para cada horno individual, representará  disponer de  las siguientes ventajas para el proceso de producción de clínker:   Superar ampliamente la capacidad nominal de producción de clínker del sistema y  asegurar menos de 750 Kcal/Kg de Clínker, concentrando mayor potencia térmica en  la zona crítica y formando la curva termodinámica  ideal en el horno..      Asegurar campañas de refractarios de más de 20 meses en la zona crítica del horno,  eliminando el impacto de llama sobre costra y refractario.     Eliminar las posibilidades de formación de anillo en el horno, asegurando gases  limpios circulantes y causas de pegaduras en la zona de traslación.     Disminuir la formación de circuitos de volátiles que ocasionan atoros en los ciclones  y la cámara de enlace.     Disminuir el tamaño de cristales de alita en el clínker, disminuyendo el consumo  específico de Kw/TM de cemento en la molienda final.     Asegurar la producción de clínker con un porcentaje granulométrica mayor al 85 %  de partículas entre 3 y 20 milímetros.     Eliminar el clínker polvoso y todos sus problemas operativos en el cabezal del horno.     Asegurar un rendimiento mayor al 80 % del enfriador de clínker  tipo parrilla de  cualquier modelo y generación.     Conseguir un elevado nivel de recuperación de calor con aire secundario y terciario  con mayores temperaturas y mejor estabilidad.     Asegurar la integridad y máxima duración de placas y refractario del enfriador y  cadena de transporte de clínker. 

Partte 2: SIMPLIFIQ QUEMOS S EL DIS SEÑO Y CONCEPCIÓN FU UNCIONA AL DEL PRECAL LCINADOR

La precalcinación n constituyee, sin lugar a dudas, la innovación tecnológica a más imporrtante de la historia dell horno cem mentero. El precalentad p dor de polvoo en suspen nsión de gasses ya consttituyó un paaso importante al mejorrar el interccambio térmicco entre gasses circulantes y materiial en proceeso, pero la incorporaci i ión en línea de d un reacto or simultán neo de comb bustión y callcinación, coombinando la liberaación de calo or de la com mbustión coon su inmed diato consum mo en la rea acción altamente endotéérmica de deescarbonataación, la cuaal insume ell 90 % del requerimiento teóórico de callor del sistem ma, constitu uye una verdadera geniialidad que peermite increementar la capacidad de d producciión y dismin nuir signifiicativamentte los tamañ ños y costos de inversión en plantas cementeraas. En laa misma foorma que la simplificcación de la combusttión que produce p la dispon nibilidad de d llama cónica c huecca en el horno, h la incorporaciión de la precallcinación básica funda amental perrmitirá aseggurar sus oobjetivos y minimizar m costoss de inversiión y opera ación, por lo l que tam mbién resultta contrapu uesta a los intereeses económ micos de loss fabricantees de plantas cementeeras, quienees parecen compeetir en diseñ ños técnicam mente absurrdos. En esste artículo mostramoss como los sistemas de d precalcin nación origiinales, con diseño os y conceepciones fu uncionales casi perfeectos, han sido suceesivamente sobred dimensionados y comp plicados, exxclusivamen nte con objjetivos com merciales y especu ulativos. Basad dos en funda amentos téccnicos y exxperiencia, aplicando a laa mejor ing geniería en este campo, c efecctuaremos un u análisis crítico de la evolucióón de los diseños d de proporcion precallcinadores actuales y finalmente, f namos los ffundamento os que nos permiiten conceb bir, diseñarr y desarrollar sistem mas de preecalcinación n simples, básicoos y perfecttos, específiicamente ap propiados para p la reaalidad de caada planta cemen ntera indiviidual, con participació p ón directa y comprom metida de loos técnicos respon nsables de su s funcionam miento y control opera ativo.

ANÁLISIS CRÍTICO DE LA EVOLUCIÓN DEL DISEÑO DE LOS PRECALCINADORES COMERCIALES El medio siglo de historia de la precalcinación en el mundo cementero, constituye la mejor demostración de que la tecnología de fabricación del cemento se ha manejado en función de los intereses comerciales de los grandes proveedores y en forma contraria a la ingeniería y los intereses técnicos y económicos de los productores. Para apreciar las consideraciones técnicas adoptadas por los principales fabricantes de maquinaria y equipo especializado, analicemos las características de los sistemas de precalcinación más conocidos, difundidos y empleados a nivel mundial, aplicando nuestros propios conceptos y criterios:

Pyroclon de KHD

El primer sistema de precalcinación fué instalado en 1966 por KHD. El sistema Pyroclon de Humboldt se caracteriza por el cuello de cisne que permite alargar el riser o ducto de gases, incrementando el tiempo de reacción y contacto entre combustión y calcinación. Presenta algunas variantes de diseño dependientes de las instalaciones de by pass y aire terciario, pero fundamentalmente manejan el concepto de efectuar la calcinación en flujo paralelo de gases de combustión y material en suspensión. Ofrece la posibilidad de adaptación del sistema para ampliación de hornos existentes, adaptando el cuello de cisne y los quemadores en el Riser o ducto de gases. En términos generales, el sistema no resulta apropiado como reactor de combustión por desarrollar la precalcinación en flujo laminar. En la práctica, hemos comprobado que la combustión no se completa en el cuello de cisne y se continúa hasta el ciclón final del precalentador, ocasionando pegaduras y problemas operativos.

Prepol de Polysius

El Prepol, al igual que el Pyroclon, constituye una adaptación a los sistemas Dopol existentes, ya que permite su rápida y económica adaptación, incorporando en el Riser los elementos necesarios para que constituya una cámara de combustión y calcinación conjunta. En este caso, tal adecuación se favorece por la existencia de un Riser central más amplio, pero que sin embargo no ha permitido un trabajo completo. Debidamente ampliado y alargando la longitud total de ductos de conexión con las etapas superiores del precalentador, instalando quemadores que aporten la energía cinética para conseguir la intensidad de mezcla que requieran los combustibles utilizados, puede permitir conseguir buenos resultados.

Flash Calciner de Ishikawashima Harima Heavy

El Calcinador comprende una cámara de reacción superior y una cámara de mezcla inferior para facilitar la mezcla de aire terciario, que se inyecta por un ducto separado y los gases del horno. El movimiento de espiral de la mezcla de aire-gases ascendiendo desde la cámara de mezcla encuentra el combustible inyectado en la parte inferior de la cámara, produciendo la combustión y generando calor que será absorbido por el crudo que desciende por gravedad por los tubos de bajada del ciclón superior, frenándose al impactar en las placas de distribución, quedando a disposición de los gases para mantenerse en suspensión con la corriente que se dirigirá hacia la etapa final de cicloneo.

Constituye el diseño con el mejor concepto de ingeniería respecto a mecánica de fluidos adecuada para la combustión, al formar un torbellino central ascendente con los impulsos de los propios quemadores, instalados en forma diagonal, y los gases de combustión que ascienden con rotación proporcionada por el diseño, formando en su conjunto un modelo parecido a un ciclón invertido.

El Flash Calciner de IHI constituye la concepción básica fundamental más apropiada para conseguir una eficiente precalcinación

El posicionamiento diagonal de los quemadores permiten formar un vórtice ascendente, impulsado por el tiro del sistema, permitiendo excelentes condiciones de mezcla y reacción. Los buenos resultados de este sistema motivaron que se pusieran en servicio el mayor número de plantas a nivel mundial con capacidades entre 1.000 y 10.000 TM de Ck/día, hasta que fue descontinuado al adquirir FLS la empresa Fuller, por razones solamente explicables por razones comerciales.

SISTEMA ILC DE FLS

El FLS – ILC (in line calciner) diseñado para capacidades de 1500-6800 TmCk/día, utiliza aire terciario que ingresa al fondo cónico del calcinador en forma tangencial, consiguiendo un buen nivel de turbulencia para una buena mezcla con los gases del horno. El calcinador está diseñado, según FLS para un tiempo de residencia de 3.3 segundos. El tiro en el horno y el calcinador son controlados por el ventilador a través de la regulación de un dámper instalado en el ducto de aire terciario, lo cual complica su funcionamiento, debido a la acumulación de incrustaciones de polvo de clínker en el dámper.

Este precalcinador de FLS representa la adecuación del Flash Calciner, cuya patente obtuvo al adquirir FLS la empresa FULER, con algunas modificaciones, constituyendo igualmente un sistema simple, práctico y efectivo por su simplicidad, aunque con mayor dependencia del tiro para circulación de gases, colocando los quemadores en forma recta, lo cual demanda mayor capacidad del ventilador exhaustor (VTI) del sistema. Sin embargo, presenta buenos resultados en la práctica, siempre que se incorpore el crudo en forma adecuada para que se mantenga en suspensión en los vórtices ascendentes, descarbonatando y consumiendo el calor liberado por la combustión.

Como una demostración de que la simplificación de operaciones y eliminación de problemas en el sistema resulta inconveniente a los intereses de los proveedores, al igual que las otras empresas del sector, complica innecesariamente este diseño simple básico y funcional, incorporando otros diseños innecesariamente complejos:

El sistema SLC-S, diseñado para capacidades entre 1050 y 6080 Tm Ck/día, efectúa la combustión con aire terciario puro en el calcinador, dividiendo el flujo de crudo entre el riser y el calcinador, mezclándose ambos flujos recién en la salida hacia el ciclón final de la torre.

El sistema de precalcinación de FLS – SLC (185010000 Tm Ck/día) utiliza aire terciario y una cámara especial para flujo axial ascendente. Los flujos de gases del horno y el calcinador van completamente separados, disponiendo cada uno de su propia torre de precalentamiento con ventiladores exhaustores individuales, lo cual facilita el control de flujos.

Esta tendencia a complicar innecesariamente los diseños de los sistema de precalcionación se ha producido en todas la empresas que suministran plantas cementeras a nivel mundial, con el propósito de vender proyectos con mayor inversión de Kg de acero, mayores pérdidas de presión para instalar ventiladores exhaustores más costosos y tecnología más sofisticada y compleja, cuidando que lo ingenieros de plantas cementeros reciban catálogos indescifrables para mantener la dependencia tecnológica que conviene a sus intereses.

Para comprobar lo manifestado, analicemos un ejemplo:

ONODA desarrolló el modelo RSP (Precalentador por Suspensión Reforzado), el cual se caracteriza por tener una cámara de mezcla montada sobre la entrada del horno y un calcinador por turbulencia entre el penúltimo y el último paso de cicloneo.

Sistema RSP de ONODA.

La cámara de mezcla está conectada al horno por un ducto corto con un angostamiento regulable para controlar el flujo. El crudo se alimenta en dos puntos en la parte superior del calcinador, en la cual se conecta el ingreso del llamado quemador turbulento, que se mezcla con un 10-15% del aire terciario; el 85-90 % restante se inyecta en la parte superior del calcinador. El crudo disperso en los gases calientes pasa a través de un ducto inclinado de la base del calcinador a la cámara de mezcla donde el contacto con los gases del horno asegura una descarbonatación del 90 %.

En términos generales, la evolución del diseño de sistemas de precalcinación ha obedecido a criterios basados en la obtención de mayores beneficios comerciales de los fabricantes, pero injustificables en términos técnicos y/o económicos. Reconocer esta realidad involucra muchos aspectos críticos, pero constituye una formidable oportunidad de optimización de plantas cementeras nuevas y modificación de las existentes, aprovechando el inmenso potencial que representa la utilización de tecnologías inadecuadas, reemplazándolas por una nueva concepción de sistemas de precalcinación simples, prácticos y eficientes.

DESARROLLO Y APLICACIÓN DE LA PRECALCINACIÓN BASADA EN FUNDAMENTOS EXCLUSIVAMENTE TÉCNICOS

En la misma forma adoptada para simplificar y optimizar el diseño del quemador principal del horno rotatorio, elaborando un diseño básico, práctico y efectivo que pueda ser dimensionado y adecuado a las características y exigencias particulares de cada proyecto, para simplificar y optimizar el diseño del precalcinador que permita establecer condiciones básicas que puedan dimensionarse correspondientemente a cualquier sistema de producción de clínker, comencemos por establecer que cualquier sistema de precalcinación debe consistir básicamente en incorporar entre el precalentador y el horno, un reactor de combustión y calcinación simultánea al que llamamos PRECALCINADOR.

En realidad, no ha sido necesario que desarrollemos un diseño propio para disponer de un sistema de precalcinación ideal, aplicable a cualquier planta cementera del mundo, porque los primeros sistemas que se implementaron resultan excelentes. Lo único que hacemos es adoptar sus mejores conceptos y completarlos y/o mejorarlos, aplicando las inmensas posibilidades tecnológicas desarrolladas en los últimos 50 años.

  La investigación aplicada a este tema en particular, la experiencia operando, regulando, modificando y optimizando sistemas de precalcinación en cientos de proyectos y los fundamentos de ingeniería adoptados con la ética profesional y los criterios adecuados, nos han permitido poner a disposición de la industria cementera de habla hispana una nueva concepción de la precalcinación simple práctica, económica y efectiva, con las siguientes características:

SUMINISTRO DE AIRE DE COMBUSTIÓN AL PRECALCINADOR Al instalarse los primeros sistemas de precalcinación que consumen alrededor del 65 % del combustible total utilizado en el sistema, la orientación lógica determinó la instalación de un ducto de aire terciario para suministro del aire de combustión, manteniendo el concepto de recuperación de calor del enfriador para el horno y el precalcinador, pero sin analizar esta posibilidad como proyecto de inversión.

En el horno la conveniencia económica de utilizar aire secundario es automática y justifica compensar con el diseño del quemador la menor calidad como comburente del aire precalentado. En el caso del precalcinador, el costo de la instalación de un ducto aislado, con sistemas de regulación y despolvorización, debe evaluarse como proyecto de inversión, frente a la posibilidad simple y directa de utilizar aire del ambiente, por las siguientes razones:

 Técnicas: El precalcinador es un reactor frío en el cual resultará de la mayor importancia disponer de energía cinética suficiente para crear condiciones adecuadas de turbulencia que aseguren combustión completa y formación del vórtice invertido que proporcione la cinética de las reacciones aprovechando al máximo el volumen útil disponible, sin utilizar el impulso del tiro creado por el VTI del sistema. La utilización de aire frío favorece la disponibilidad de impulsos y oxígeno para la combustión. 

La instalación del ducto de aire terciario no cumple las condiciones mínimas de rentabilidad económica como proyecto de inversión cuando el costo del combustible utilizado resulta inferior a 10 US$/MM BTU, lo que constituye una obligación en los hornos cementeros. En las plantas modernas el calor del aire residual del enfriador resulta más conveniente utilizarlo en el atemperado de los molinos verticales de cemento y/o en los secadores de puzolana.

 La presencia de polvo de clínker en el aire terciario representa un problema operativo y contaminante que complica el trabajo de las válvulas de control de flujos y requiere costosos sistemas de despolvorizado. Al utilizar el aire residual del enfriador en los molinos verticales de cemento y/o secadores de puzolana (agregados), este polvo de clínker se convierte en cemento y dinero.

La instalación del ducto de aire terciario debe ser evaluada como cualquier otro proyecto de inversión en planta. Por supuesto que en plantas existentes en las cuales el costo del aire terciario ya ha sido recuperado , resultará conveniente seguirlo utilizando, pero solamente para aportar el oxígeno de la combustión. Los impulsos para manejo de la termofluidodinámica de las reacciones de precalcinación deben ser aportados por aire primario y quemadores con diseños apropiados.

Para sistemas de precalcinación con aire terciario la llama cónica hueca resulta indispendable, porque el arrastre de clínker caliente y polvoso llega a trabar totalmente el funcionamiento del dámper de regulación del flujo.

 

INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE Y AIRE EN EL REACTOR La utilización de quemadores con aire primario que aporten los impulsos requeridos para proporcionar la turbulencia necesaria y aire secundario con mayor disponibilidad de masa de oxígeno para la combustión, se puede considerar la posibilidad de utilizar en forma eficiente cualquier combustible que resulte económicamente conveniente, considerando que con la teoría inorgánica de la combustión todos los combustibles son combinaciones carbono/hidrógeno y todos se queman en la misma forma; sin embargo, considerando que el precalcinador constituye un reactor frío de combustión, resultará necesario diseñar una tecnología de combustión específicamente adecuada en función de las características de cada combustible utilizado y sus dificultades para quemarse en forma completa y adecuada:  Disponer de gas natural resultará ideal para la precalcinación, considerando su disponibilidad de presión para actuar como flujo dominante en lugar de aire primario, facilidad de combustión y condiciones de transferencia de calor predominantemente por convección en el reactor.

El quemador de alta velocidad podría resultar aplicable para suministro de gas natural y parte del aire de combustión en precalcinadores  Para utilización de cualquier combustible líquido se tendrá que asegurar una atomización perfecta que asegure una rápida gasificación de gotas, craqueo en fase gaseosa y menor tamaño de partículas para combustión rápida y eficiente.

 Al quemar combustibles sólidos, tales como carbón pulverizado, se deberá procurar el menor tamaña posible de partículas en la molienda, en forma correspondiente a su contenido de volátiles, asegurando combustión rápida y completa con la disponibilidad de turbulencia y calidad de mezcla que resulte suficiente y necesaria.

El disponer de quemadores con diseños adecuados permite quemar en forma adecuada y eficiente cualquier combustible en el PRECALCINADOR

En las siguientes vistas de llamas de quemadores en el interior de un Flash Calciner utilizando carbón tipo antracita difícil de quemar molida con la misma granulometría del quemador principal; se puede apreciar el efecto inmediato de mejorar ligeramente la potencia y el swirl del aire primario. Esta prueba permitió comprobar la factibilidad de utilizar cualquier combustible difícil de quemar en el precalcinador, siempre que se le proporcionen los impulsos y turbulencia requeridos para asegurar combustión completa y formación del vórtice ascendente que permita disponer del tiempo de reacción necesario. La mejor combustión permitió disminuir significativamente los inquemados, las pegaduras en el último ciclón y mejorar la producción del sistema.

MECÁNICA DE FLUIDOS EN EL PRECALCINADOR

Considerando la termofluidodinámica que se desarrolla en el precalcinador, donde la temperatura resulta limitada por el flujo y consumo de calor en la descarbonatación, el manejo de la mecánica de fluidos resultará de fundamental importancia. La concepción de la mayoría de los sistemas de precalcinación tradicionales, utilizando el tiro del sistema para efectuar simultáneamente la succión del aire terciario y manejo de la mecánica de fluidos dentro del precalcinador, resulta de una teoricidad exagerada, traduciéndose generalmente en condiciones operativas complicadas y poco satisfactorias en cuanto a niveles de producción, eficiencia y continuidad operativa. En la concepción de nuestro precalcinador, con o sin aire terciario, el manejo de impulsos para desarrollo adecuado de la fluidotermodinámica de la precalcinación en el interior del reactor será aportado por el flujo dominante de los quemadores, aire primario o gas natural, complementándose con el tiro del VTI que succiona los gases desde el horno y los conduce luego a la etapa final de cicloneo. Este diseño no requiere un incremento de capacidad del VTI por lo cual facilita la instalación de sistemas de precalcinación en hornos que no lo tienen y disminuyen los requerimientos de inversión en planta nuevas.

La mecánica de fluidos en el precalcinador debe manejarse impulsando el vórtice ascendente, con o sin aire terciario, sin depender del tiro del sistema.

La concepción fundamental de formación del vórtice ascendente con los impulsos diagonales de los chorros de los quemadores, la mejoramos con mayor aporte de energía cinética cuando resulten necesarios para asegurar dos tipos de impulsos: 

Tangencial exterior para formación de hasta 4 vórtices ascendentes.  Turbulencia interna que favorezca la cinética de la combustión y la termodinámica para descarbonatación del crudo. INYECCIÓN DEL CRUDO EN EL PUNTO Y FORMA CORRECTOS

El punto indicado lo representa siempre la altura del precalcinador donde ya se ha encendido la llama y se desarrolla la combustión, integrándose el polvo en suspensión en el vórtice ascendente creado por los chorros de inyección de la mezcla combustible de los quemadores, en la misma forma que se aplica en el Flash Calciner. La forma correcta la constituye la introducción del crudo a través de una o más placas de dispersión: El polvo procedente del ciclón superior que baja por gravedad con impulsos considerable, debe impactar en una placa instalada en la pared del precalcinador, en el punto de inyección. Al impactar contra la placa horizontal, el polvo se dispersará para ser atrapada por el vórtice ascendente, integrándose al mismo en suspensión; estando el crudo precalentado a una temperatura cercana al de disociación del CO3Ca (900 °C), muy rápidamente se iniciará la descarbonatación que consumirá el calor liberado en la combustión.

Para cumplimiento de la simbiosis perfecta entre las reacciones de combustión y calcinación, el crudo precalentado debe ser introducido en el punto preciso y la forma correcta.

En el Precalcinador ILC (In Line Calciner) podemos observar que FLS considera 3 probables puntos de inyección del crudo. Los 2 superiores podrían considerarse adecuados para su ingreso al vórtice ascendente formado por la orientación de ingreso del aire terciario, el tiro del sistema y el impulso de los quemadores. El ingreso inferior resulta inconveniente por las siguientes razones, comprobadas en la práctica:   

Las partículas más gruesas del crudo terminan en el horno, formando también pegaduras en la cámara de enlace. El crudo decarbonatando dificulta el encendido y progresión de la combustión en la zona crítica del sistema. Dificulta la atomización de combustibles líquidos.

La orientación del ingreso de aire terciario, como se puede observar en las vistas interna y externa, complementada por la posición de los quemadores, permite formar el vórtice ascendente, pero energéticamente resulta insuficiente para asegurar condiciones de mezcla y reacción óptimas en el precalcinador. En cuanto a la cinética del proceso, FLS menciona hasta 3.3 segundos de tiempo de las reacciones de precalcinación; de acuerdo a nuestros cálculos, para asegurar combustión completa y 95 % de descarbonatación en el crudo necesitamos como mínimo 6 segundos y en algunos casos hasta 10 segundos, utilizando carbones difíciles de quemar (antracitas y/o pet coke).

La precalcinación resulta obligatoria en cualquier horno cementero actual, pero resultará imprescindible en proyectos de optimización y/o incorporación, la participación directa y comprometida del personal de planta.

COMENTARIO FINAL Como en el caso del quemador principal del horno cementero, en el cual hemos llegado a demostrar que todos se basan en el mismo principio, que resulta ineludible formar la llama cónica hueca y con ello alcanzar el control total sobre las condiciones de aporte de calor al sistema y desarrollo del proceso, también en el caso del Precalcinador, el análisis efectuado podría permitir, como ha sucedido con los quemadores, que los Ingenieros de Planta cementeros sean capaces de diseñar, construir y operar sus propios precalcinadores ideales; seguramente que sin consideraciones comerciales, todos resultarán muy parecidos y por cierto convenientemente simples, para permitir menores costos de inversión y máximos niveles de producción y eficiencia.

Parte 3:

PROYECTOS DE MEJORA CONTINUA PROACTIVA PARA SIMPLIFICAR LA COMBUSTIÓN Y OPTIMIZAR PROCESOS

 

La factibilidad técnica y rentabilidad económica de simplificar y optimizar la combustión en hornos y precalcinadores han quedado demostradas; cumpliendo tales objetivos, se abrirá un horizonte formidable para optimizar y estabilizar todo el sistema de producción de clínker. Aprovechando nuestra amplia experiencia como ingenieros de planta cementeros y expertos en combustión, para desarrollar las actividades previstas y asegurar el cumplimiento de los objetivos planteados, hemos formulado los Proyectos MCP (Mejora continua Proactiva), con las siguientes características:  Los Proyectos de Mejora Continua Proactiva en Plantas Cementeras permiten ejecutar un programa de actividades claramente definidas y detalladas, como parte de las actividades diarias de planta, orientando sus objetivos hacia soluciones definitivas y permanentes.  Serán ejecutados con participación directa y comprometida de los

ingenieros y técnicos de planta, constituyendo un Comité Técnico Ejecutivo, encargado del desarrollo de las actividades del proyecto y el análisis permanente del cumplimiento de objetivos, contando con consultoría técnica especializada responsable de su capacitación y asesoría técnica, solamente el tiempo que resulte necesario para su autosuficiencia operativa.   

 Los proyectos MCP para simplificación de la combustión se desarrollarán en 3 etapas subsecuentes: Optimización de la combustión en el horno, optimización de la precalcinación y optimización integral de procesos en el sistema de producción de clínker.      Al cumplirse los objetivos propuestos se mantendrán los Proyectos MCP, 

orientados a una gestión de optimización permanente, mantener los  resultados logrados y desarrollar actividades de investigación aplicada para  innovación tecnológica. 

Proyecto MCP – Etapa 1 OPTIMIZACIÓN DE LA COMBUSTIÓN EN EL HORNO

 DESCRIPCIÓN Esta primera etapa del proyecto consiste básicamente en asegurar la formación de llama cónica hueca en el horno, efectuando las modificaciones que resulten necesarias en el quemador.  PLANTEAMIENTO DE OBJETIVOS  Disponer de personal capacitado en combustión y quemadores  Definición clara y precisa de las 4 zonas del horno  Nodulización del material en proceso antes de clinkerizar  Estabilidad operativa del horno  ACTIVIDADES  Análisis de las características de diseño y condiciones operativas del quemador actual.  Evaluación integral de la combustión en el horno rotatorio.  Planteamiento de la modificación de las características de díseño del quemador  Modificación del quemador  Montaje , puesta en servicio y regulación de la combustión.  Revisión del diseño de refractarios en los hornos.

 ANÁLISIS DE RESULTADOS     

Comprobar formación de llama cónica hueca en el horno Análisis granulomérico del clínker con 85 % entre 3 y 20 mm Estabilidad en temperaturas de aire secundario y terciario. Tamaño máximo de cristales de alita en 30 micras. Formación y costra adecuada y estable en el scanner del horno.

Proyecto MCP – Etapa 2 OPTIMIZACIÓN DE LA COMBUSTIÓN EN EL PRECALCINADOR

 DESCRIPCIÓN Disponiendo de llama cónica hueca y condiciones operativas estables en el horno, se procederá a lograr la optimización del sistema de precalcinación existente y/o planificar la instalación de precalcinación en hornos que no los tengan.  PLANTEAMIENTO DE OBJETIVOS  Disponer de personal capacitado en el concepto de la precalcinación y el diseño, funcionamiento y control operativo del precalcinador.  Asegurar combustión completa en el reactor de precalcinación.  Descarbonatación mayor al 90 % antes del ingreso del crudo al horno  Eliminación de pegaduras y la posibilidad de atoros en los ciclones.  ACTIVIDADES  Análisis de las características de diseño y concepción funcional del precalcinador  Evaluación integral de las condiciones actuales de precalcinación.  Planteamiento de la modificación de las características de díseño actual del precalcinador y características de los quemadores.  Implementación de las modificaciones aprobadas en el precalcinador y optimización del diseño de quemadores.  Regulación de la combustión y control de la descarbonatación en el precalcinador.  ANÁLISIS DE RESULTADOS  Análisis de gases sin inquemados a la salida del precalcinador  Comprobación de la eliminación de pegaduras en los ciclones y cámara de enlace.  Comprobación del nivel de descarbonatación del crudo que ingresa al horno.

Proyecto MCP – Etapa 3 OPTIMIZACIÓN INTEGRAL DE PROCESOS EN EL SISTEMA DE PRODUCCIÓN DE CLÍNKER  DESCRIPCIÓN Al cumplirse los objetivos de simplificar y optimizar la combustión en horno y precalcinador, el proyecto MCP se convertirá en una Gestión de Optimización Permanente que permita aprovechar el inmenso potencial de optimización generado, cambiar la historia de la empresa y el futuro profesional de los ingenieros y técnicos de planta. .  PLANTEAMIENTO DE OBJETIVOS  Máxima producción y calidad de clínker planificada.  Consumo específico térmico menor a 750 Kcal/Kg Ck.  Fisicoquímica adecuada en el crudo  Control del Circuito de Volátiles.  Disponibilidad exclusiva de fase líquida en la zona de nodulización.  ACTIVIDADES

Campo 1:

Optimización del Crudo de Alimentación al Horno

Para minimizar y/o sobrellevar los problemas de combustión y manejo termodinámico en el sistema, siempre existe la tendencia a compensarlos y/o administrarlos, adaptando las características fisicoquímicas del crudo; al optimizar la combustión y las curvas térmicas de gases y material en proceso, tendrá que adaptarse el crudo para niveles de alta eficiencia y productividad en el horno cementero. Campo 2:

Circulación de Gases y Volátiles

La capacidad de extracción de gases del sistema resulta uno de los factores limitantes de la capacidad de producción, siendo afectado por pegaduras y encostramientos en ductos de gases y tubos de descarga de material, favorecidos por la formación de circuitos de volátiles que forman compuestos con bajos puntos de fusión y presencia de fase líquida. Mantener curvas de temperaturas y presiones adecuadas en el precalentador, debe permitir eliminar definitivamente los atoros de ciclones, prescindiendo de los atentados ecológicos que representan los cañones de aire comprimido.

La a optimiza ación de la l combu ustión en horno y precalc cinador, s de eliiminarán las posibilidades anillos en el horno o y atoro os en los ciclone es.  

Camp po 3:

                  

Inccorporación n de Combusstibles Alterrnos 

          

 

El Horrno Cementeero constituy ye el incineraador de basuura ideal porrque permite incorp porar en el prroducto mateeriales inaceeptables en otros o sectoress. Esta funciión resultaará obligada por las circu unstancias enn el futuro, pero p actualm mente debe enfocarse como un excelentee negocio, noo solamente utilizando combustibles c s de bajo cossto, sino cobran ndo por elim minar materiaales orgánicoos tóxicos y//o peligrososs que alguno os tipos de industtrias están obbligados a elliminar para poder manteenerse en opperación. La Teooría Inorgánnica de la Coombustión haa demostradoo que todos llos combustibles quemaan en la mism ma forma , convirtiendo c cualquier material m orgáánico en prodductos inertess : H2O y CO O2. La llama cónica huecca en los horrnos cementeeros favorece totalm mente la utilizzación de coombustibles aalternos.

Camp po 4:

Interacción Teermodinámiica y Cogen neración

En unaa planta cem mentera se coonsume muchha energía y se manejann diferentes niveles n termoddinámicos, lo que produ uce diferentes posibilidaddes de recuperación de calor c y aproveechamiento de d calores diisipados para fines útiless. El aprovecchamiento del d calor contennido en el Cllínker resultaa la posibiliddad más impportante, peroo existen mu uchas otras con posibilidades de constituiir proyectos rentables. Tomando T en ccuenta que el e consumo de Eneergía Eléctrica resulta mayor m que el de Energía Térmica, T siem mpre existirrá la posibilidad de Coggeneración.

Campo 5:

Gestión Energética

La primera técnica de ahorro está constituida por la contabilidad energética, lo que impone la necesidad de mantener un conocimiento permanente sobre todos los parámetros involucrados. El mantenimiento actualizado del Balance de Materia y Energía, el control del Circuito de Volátiles y el registro permanente del Consumo Específico Térmico y Eléctrico resultan de carácter obligatorio. En los Proyectos MCP se diseñará e implementará el Sistema de Organización y Administración de la Gestión Energética que permita planificar actividades, definir funciones y responsabilidades en cuanto a R.R. H.H. y analizar en forma permanente el cumplimiento de los objetivos y cronogramas previstos. Reiterando que el equipo más importante de cualquier actividad industrial es el de Recursos Humanos, resultará de fundamental importancia mantener en forma permanente los objetivos de desarrollo tecnológico en todas las áreas, incluyendo investigación aplicada que permita disponer de un Know How propio que facilite el mantener los niveles de excelencia operativa conseguidos y generar aplicaciones propias y específicamente adecuadas para eliminar los problemas de cada planta individual.

Las actividades de capacitación, cursos y proyectos, que hemos desarrollado en la mayoría de plantas cementeras nos permiten asegurar de que su personal ya se encuentra suficientemente preparado para implementar los proyectos MCP con nuestra dirección y soporte técnico inicial.

La optimización integral de plantas cementeras debe ser ejecutada por su propio personal técnico, para conseguir y mantener altos niveles de productividad, costos y eficiencia operativa.

En plantas de empresas industriales en las cuales no se han dictado los cursos y/o desarrollado proyectos, resultará necesario y obligatorio efectuar una actividad de capacitación previa.

ALCANCES Y POSIBILIDADES DE LOS PROYECTOS MCP

Los Proyectos de Mejora Continua Proactiva (MCP) aplicados a Plantas Cementeras representan la posibilidad de aprovechar el inmenso potencial de optimización energética existente en este sector, creado por la absurda concepción del desarrollo tecnológico del siglo pasado, orientado por los fabricantes de equipo a sus propios intereses, administrando los problemas resultantes, en lugar resolverlos. La decisión de las empresas cementeras de disminuir la dependencia tecnológica de sus proveedores y apostar por la optimización de la combustión con mayor protagonismo de su propio personal, tendrá grandes beneficios técnicos y económicos:

 TÉCNICOS En el sistema del horno cementero se efectúan la mayoría de procesos y operaciones unitarias, por lo que representa la mejor escuela de ingeniería y laboratorio de investigación aplicada. Al desarrollar y aplicar los fabricantes de plantas cementeras tecnología distorsionada y compleja, nos permiten disponer de un mundo de posibilidades de optimización; su aplicación en el marco de un proyecto MCP permitirá formar excelentes ingenieros y técnicos cementeros, capaces de aplicar técnicas comprobadas y desarrollar actividades de investigación aplicada orientada a innovaciones tecnológicas que constituyan un Know how propio del mas alto nivel.

 ECONÓMICOS Considerando que cada Kcal/Kg de Ck producido representa un ahorro efectivo neto de alrededor de US$ 20, tomando como promedio una planta que produzca 3.000 TM/día en uno o varios hornos, disminuir su consumo específico térmico de 830 a 750 Kcal/Kg representará un ahorro anual de US$ 5.000 diarios y 1 millón seiscientos cincuenta mil US$/año. La disminución del consumo eléctrico en el orden de 5 kw-h por tonelada de cemento producida, la disminución de costos de mantenimiento, alargamiento de campañas operativas de los hornos, disminución de la demanda de repuestos, eliminación de servicios accesorios, etc, probablemente dupliquen los ahorros mencionados.

 ECOLÓGICAS La eliminación de emisiones y cumplimiento de normas ambientales, producto de la optimización operativa y estabilización de condiciones y control operativo de alta eficiencia, permitirá a las empresas cementeras convertirse en plantas verdes, capaces de transforma sus propias instalaciones en pulmones ecológicos, recordando que el dióxido de carbono de la combustión y descarbonatación produce el calentamiento global, pero al mismo tiempo crea condiciones favorables para creación y mantenimiento de áreas verdes, considerando que las plantas absorben CO2 por sus hojas y agua por las raíces para su desarrollo.

Simplificando la combustión en hornos y precalcinadores, la moderna tecnología para instrumentación y control operativo permitirá alcanzar los máximos niveles de optimización de los sistemas de producción de clínker.

      Ing. Percy Castillo Neira  Consultor Internacional en Combustión  y Fabricación de Cemento 

Contacto en Lima/Perú :  51  981227597 –  51 1 3655849   

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