Optimizacion lavador gases (scrubber)-Caldera Carbon 350 BHP (Estudio de caso)

Bogotá D.C. Abril  10  de 2020 (VERLEK INGENIERIA SAS-COLOMBIA)

En los procesos de fabricación de cartón se requiere energía para calentamiento en diferentes  etapas de proceso, una de ellas es el proceso en los corrugadores en los que parte de esta energía se obtiene a través del vapor de agua  que se genera en una caldera de 350 BHP de potencia de tipo pirotubular con alimentación de carbón con tolva y stoker. La caldera esta provista de dos (2)  ventiladores de tiro forzado y uno (1) de tiro inducido que manejan un flujo aproximado  de aire y gases de combustión de 8400 CFM

Las emisiones que se genera en la caldera corresponden principalmente a material particulado y gases de combustión, de estos contaminantes son objeto de control por parte de la autoridad ambiental el material particulado (MP) el óxido de azufre (SO₂) y los óxidos de nitrógeno (NOx).

 Descripción del problema :

Se presentaba  incumpliendo con el limite establecido por la normatividad para material particulado  MP debido a que se tenían valores cercanos a los de 260 mg/m3  superando el valor limite máximo, por lo tanto era prioritario para la empresa establecer plan de accion para reducir la emisión y evitar así cierre de la actividad o posibles sanciones por incumplimiento de la Resolución 909 de 2008 del MADS

Como sistemas de control se tenían  2 multiciclones de 6 (seis) cilindros conectados en serie y un lavador de gases tipo Venturi con separador ciclónico, después de realizar un diagnóstico detallado verificando las principales variables de operación tales como: Flujo, velocidad del gas de combustión,  medición de presión diferencias en el equipo entre otras se logro establecer que:

1. La remoción de Materia particulado MP en los multiciclones es menor a la de diseño haciendo que gran parte de este MP sea conducido al lavador de gases.
2. El lavador de gases tipo Venturi tiene eficiencia baja principalmente por el  uso de boquillas de aspersión que no resultan adecuadas, se  presentan caídas de presión inferiores a las de diseño en el eliminador de niebla lo que  contribuye al arrastre de gran cantidad de gotas con material particulado y  gases contaminantes
3. No se cuenta con equipo para el seguimiento y  control de presión diferencial en el sistema de control de emisiones 
4. No se lleva control sobre la relacion L/G (liquido/gas) la cual es primordial para la operación del lavador de gases 
5. Taponamientos de boquillas de aspersión y eliminador de niebla.

ANALISIS ALTERNATIVAS 

Para establecer un plan de acción fue necesario analizar diferentes alternativas que permitieran definir una opción viable técnica y económicamente para reducir los  contaminantes de interés que para nuestro caso son el material particulado (MP) y Óxidos de azufre (SOX) se definieron las siguientes tres opciones para reducir la concentración de material particulado y  SO2 (oxidos de azufre) que se descargaban al medio ambiente:

a) Implementar filtro de mangas   b) Diseñar , construir y montar un nuevo lavador de gases (scrubber).  c) Rediseñar y optimizar el lavador de gases existe. Para las tres opciones se llevó un análisis detallado para seleccionar la alternativas mas apropiada.

Implementar  filtro de mangas  Es una opción que fue considera ya que es un sistema de control de emisiones de alta eficiencia para retener material  particulado (MP)  en estos equipos se logran valores superiores al 99%,  sin embargo los costos de fabricación, montaje y mantenimiento son altos debido al remplazo de mangas que deben ser de materiales resistentes a altas temperaturas de  (superiores a 200 °C) , requieren disponibilidad de un área amplia para su intalacion para un manejo de 8400 CFM de gases de combustión y un nuevo ventilador que permita vencer la caída de presión para asegurar el paso que del aire a través del material filtrante.

Cambiar el lavador de gases :  Considerando que el material de construcción del lavador de gases existente es acero inoxidable 316L y que la plataforma e infraestructura construida está diseñada para esta configuración, el realizar un cambio completo del lavador implicaría que este se debería desmontar y desechar,  razón por la cual antes de considerar el cambio total del equipo se optó por realizar un análisis detallado de si era posible optimizar el existente para ajustarlo a los requerimiento actuales.

Optimizar el lavador de gases tipo venturi:   Después de establecer velocidades del gas, tiempo de retención , dimensiones, configuración del venturi y el separador ciclónico así como el eliminador de niebla se deicidio optar por esta alternativa. Esto permitió mantener costos de inversión moderados y  aprovechar el lavador existente construido en un material resistente a la corrosión.