Oxidador termico regenerativo,: opciones tecnológicas y cámaras de combustión

Siempre es útil investigar las ventajas y desventajas de diferentes tecnologías de tratamiento del aire, sin embargo, hay variaciones significativas de diseño y construcción incluso dentro de la misma tecnología. En este artículo describimos algunas diferencias importantes, en términos de funcionamiento y eficiencia, que existen con respecto a las instalaciones de oxidación térmica regenerativa.

Funcionamiento y tipos de instalaciones oxidador regenerativo

Los oxidadores térmicos regenerativos (RTO) son máquinas equipadas con intercambiadores regenerativos con masas cerámicas que permiten alcanzar un alto rendimiento térmico, gracias a su capacidad de acumular y liberar calor rápidamente. Esto se realiza mediante un proceso de depuración (oxidación por CO2 y H20 de las S.O.V. en una cámara de combustión calentada a 750-800 °C) y un sistema de recuperación de energía basado en la reutilización del calor (acumulación y uso cíclico en «depósitos» especiales que denominaremos «cámaras»).

En función del número de cámaras, se pueden distinguir 2 tipos principales de instalaciones térmicas regenerativas, que se enumeran en orden decreciente de eficacia de reducción:

• instalación de 3 cámaras
• instalación de 2 cámaras

En este artículo proponemos un análisis en profundidad y con información esencial, que guiará al usuario en la elección del número de cámaras que se deben instalar para su instalación de reducción de RTO. Nos centraremos en particular en la comparación de instalaciones realizadas con los mismos principios de diseño, pero con un número diferente de cámaras.

Oxidador termico regenerativo: criticidad en el proceso cíclico de depuración

Cabe señalar que la eficiencia de la oxidación, es decir, de la reducción, en la cámara de combustión de los compuestos orgánicos volátiles no se ve afectada por el número de cámaras. Los factores que influyen en la eficiencia del sistema están relacionados con la propia reacción de oxidación y, en particular, con el funcionamiento cíclico del proceso de depuración.

De hecho, cada vez que se produce una inversión de flujo dentro de la instalación de reducción de COV (es decir, el flujo de aire por depurar invierte su dirección), es posible que se envíe a la chimenea un volumen de aire que no está perfectamente depurado. Los motivos pueden ser los siguientes:

1. En el instante «t1», supongamos que el aire entra en la cámara 1 y sale por la cámara 2. Cuando invertimos la dirección del flujo para aprovechar al máximo la energía térmica almacenada en las cámaras, conmutamos las válvulas de manera tal que en el instante «t2» el aire entra por la cámara 2 y sale por la cámara 1. En esta fase transitoria de cambio, dado que el flujo de aire procedente de la producción no puede ser interrumpido, habrá un periodo (normalmente unos segundos) durante el cual tanto la válvula de entrada como la de salida de cada torre permanecerán abiertas (o parcialmente abiertas). El aire que acaba de entrar en una cámara prefiere tomar la ruta de salida (que está libre de obstáculos o pérdidas de presión) en lugar de atravesar todos los cuerpos de relleno para llegar a la cámara de combustión donde tiene lugar el proceso de depuración. Como resultado, encontraremos una concentración bastante alta de COV contaminantes en la chimenea.
2. Una vez restablecida la posición correcta de las válvulas, el flujo de aire volverá a pasar por la instalación y se depurará en la cámara de combustión. Sin embargo, habrá un cierto volumen de
   aire, que en el momento «t1» se estaba calentando hacia la cámara de combustión, pero que todavía estaba a una temperatura demasiado baja para ser depurado, que en el momento «t2»
   cambiará de dirección y será empujado hacia la chimenea junto con el aire ya depurado que viene de arriba (cámara de combustión), lo que empeora la eficiencia de depuración

Oxidador termico regenerativo: cómo optimizar la eficiencia de depuración

La eficiencia de depuración de una instalación de oxidación térmica regenerativa (RTO) depende de varios factores, como, por ejemplo:

• la estanqueidad de las válvulas
• el tiempo de contacto
• la mezcla correcta
• un adecuado mantenimiento de la instalación

Como se ha mencionado anteriormente, en este artículo compararemos las instalaciones de RTO realizadas con los mismos principios de diseño, pero con un número diferente de cámaras.

Diferencias de eficiencia energetica

Instalación de RTO de dos cámaras

En las instalaciones de RTO de dos cámaras, se pueden encontrar las criticidades descritas anteriormente. La concentración en la chimenea tendrá, por tanto, una tendencia a picos: en cada inversión de flujo, de hecho, hay un pico que será directamente proporcional a la concentración de entrada.

Por lo tanto, la concentración mínima de contaminantes que puede garantizarse en la chimenea está estrechamente relacionada con la concentración de entrada.

Para dar una indicación adicional, podía garantizarse una emisión en la chimenea (obviamente promediada durante ½ hora) < 50 mg/nm3 solo para una concentración de entrada no superior a los 300-400 mg/nm3.

Aunque el coste de una instalación de este tipo es menor que el de las de RTO de tres cámaras, hay que tener en cuenta que las criticidades analizadas anteriormente (si se descuidan) a menudo se traducen en mayores costes de gestión.

Instalación de RTO de tres cámaras

Es la solución que mejor funciona desde el punto de vista de la depuración y es absolutamente recomendada para concentraciones de COV superiores a 3,5 – 4 g/nm3.

En este proceso, durante la fase de inversión del flujo, la cámara 1, que en el momento «t1» era de entrada, se excluye del ciclo pasando el flujo directamente a la cámara 3. Por lo tanto, tendrá tiempo suficiente para purgar el volumen de aire presente en las zonas inferiores de la cámara 1 antes de volver a ponerla en ciclo. Al tener 3 entradas y 3 salidas, la secuencia de válvulas también puede diseñarse de manera que se eviten los momentos de bypass.

La instalación de RTO de tres cámaras puede garantizar los 20 mg/nm3 en salida, incluso con concentraciones de entrada de 5-8 g/nm3.

Es razonable suponer que estos niveles de eficiencia supondrán una mayor inversión, pero ésta puede amortizarse teniendo en cuenta los menores costes de funcionamiento de la instalación.

¿Cómo elegir entre un oxidador térmico regenerativo (RTO) de 3 y uno de 2 cámaras?

La elección de una instalación de tratamiento de contaminantes en ciclos industriales a veces complejos no es una tarea sencilla: requiere un alto nivel de conocimientos tecnológicos especializados, un know-how aplicativo técnico estructurado y una experiencia concreta acreditada a lo largo del tiempo.

Siempre es aconsejable realizar un análisis de viabilidad, una actividad estratégica destinada a definir la sostenibilidad de la inversión teniendo en cuenta todo el ciclo de vida del producto.

Por lo tanto, para elegir el oxidador térmico regenerativo de acuerdo con sus necesidades de producción, es fundamental confiar en profesionales del sector, comprobando con atención la experiencia técnica y el currículum empresarial de los posibles proveedores en relación con las áreas técnicas específicas del proyecto.