Qué debe retirar el tratamiento de gases de combustión de un incinerador
Lo que sale de una cámara de combustión secundaria no es un solo contaminante sino una mezcla, y la mezcla es lo que hace del tratamiento de gases de combustión un tren de etapas y no un solo dispositivo.
- Gases ácidos — cloruro de hidrógeno y dióxido de azufre de los plásticos, y fluoruro de hidrógeno de los residuos fluorados. Se disuelven con facilidad, por lo que se retiran por contacto con un líquido alcalino o un sorbente sólido.
- Óxidos de nitrógeno — formados a partir del nitrógeno de los residuos y del aire de combustión. El óxido nítrico es poco soluble, por lo que se trata en el horno y no por lavado.
- Partículas y cenizas volantes — los sólidos que no sedimentaron del gas. La mayor parte de los metales pesados viaja sobre este polvo.
- Metales pesados — el mercurio en particular sale como vapor, por lo que necesita un adsorbente y no un filtro.
- Dioxinas y furanos — destruidos en la zona caliente, y capaces de reformarse aguas abajo sobre la superficie de las cenizas volantes.
- Monóxido de carbono y orgánicos residuales — indicadores de combustión incompleta y no contaminantes que un tren de gases pueda retirar.
Contrastar esa lista con las etapas constituye la mayor parte del diseño. Una configuración que deja un grupo sin atender no se manifiesta hasta que se monitorea la chimenea.
Enfriamiento: la torre de enfriamiento de gases de combustión
El gas sale caliente de la cámara secundaria, y la primera etapa normalmente consiste en enfriarlo rápido. Una torre de enfriamiento de gases de combustión lo hace de forma evaporativa: se rocía agua en la corriente de gas y el calor latente de evaporación baja la temperatura, sin superficies de intercambiador de calor que el polvo pueda ensuciar.
La razón para hacerlo rápido es la misma por la que importa la temperatura de combustión. Entre la cámara y el filtro, el gas atraviesa una banda en la que las dioxinas pueden reformarse sobre las cenizas volantes. La banda que se cita habitualmente es de aproximadamente 200 a 400 °C, y la cifra se da para mostrar la dirección del diseño —enfriar rápido a través de ella y no dejar que el gas permanezca en ella— y no para fijar un valor de consigna.
Un enfriador es un recipiente húmedo, por lo que el agua que evapora debe suministrarse y el gas que sale está saturado. Los gases ácidos también hacen ácido el condensado, por lo que la envolvente de la torre, los rociadores y el conducto aguas abajo se seleccionan para ese servicio. Cuando la planta recupera calor, el enfriamiento puede hacerse en una caldera en lugar de en la torre.
Lavado: remoción de gases ácidos de los gases de combustión
Un lavador de gases de combustión retira los gases ácidos por contacto con un líquido alcalino. En una torre de relleno, el gas asciende a través de un lecho de relleno mientras el líquido de lavado desciende por él, y el relleno da a las dos corrientes la mayor superficie posible para encontrarse. Un lavador tipo venturi hace lo mismo con una velocidad de gas mayor y arrastra polvo grueso. El reactivo es un álcali —hidróxido de sodio, lechada de cal o bicarbonato de sodio— dosificado para mantener el líquido donde la absorción es eficiente.
El líquido se recircula y se purga. La purga, el sangrado del lavador, es una corriente de aguas residuales por derecho propio, que arrastra sales disueltas, sólidos suspendidos y metales pesados, y necesita su propio tratamiento antes del vertido. Un tren húmedo necesita por lo tanto suministro de agua, suministro de reactivo y una ruta para las aguas residuales, y un sitio que carezca de ellos queda mejor servido por un tren seco.
Los trenes secos y semisecos realizan la misma química sin efluente líquido. En una disposición semiseca se atomiza una lechada de cal en un absorbedor de secado por aspersión; el agua se evapora a medida que reacciona y el producto seco sale con el gas. En una disposición seca se inyecta un sorbente sólido en el conducto, o el gas pasa a través de bloques filtrantes reactivos. En ambos casos, el producto y el sorbente no utilizado son recogidos por el filtro aguas abajo, de modo que ese filtro forma parte de la reacción además de la separación.
Los óxidos de nitrógeno son la excepción en esta sección. El óxido nítrico no se disuelve en ningún grado útil, por lo que un lavador que retira cloruro de hidrógeno con eficiencia retirará muy poco de él. Esa remoción ocurre en cambio antes del tren de gases, inyectando un reactivo en el horno o en la trayectoria del gas caliente. El gráfico de emisiones fija los óxidos de nitrógeno con su propio límite, porque es un problema aparte con una respuesta aparte.
Adsorción: carbón activado antes del filtro de mangas de gases de combustión
Después del enfriamiento y el lavado, lo que queda es la parte que no es ácida ni filtrable como polvo: dioxinas y furanos, y vapor de mercurio. Ambos se capturan sobre carbón, y la disposición más común es la inyección de carbón activado —se dosifica carbón en polvo en el conducto aguas arriba del filtro de partículas, y el carbón se acumula en la torta del filtro de modo que el gas pasa a través de un lecho de carbón y no solo junto a él.
Esa disposición tiene una propiedad que conviene entender antes de especificarla: es consumible. El carbón sale con las cenizas del filtro, por lo que la tasa de inyección es un costo de operación, y las cenizas que se descargan contienen ahora las dioxinas y el mercurio que se capturaron.
Un lecho fijo de carbón es la alternativa, con el gas pasado a través de un recipiente de carbón que se reemplaza o se regenera según un programa. Es más fácil de controlar y de monitorear, y necesita más espacio y un recipiente más pesado que una lanza de inyección. Ambas disposiciones dependen de la temperatura: la adsorción es más débil cuando el gas está caliente, y un gas demasiado frío arrastra polvo húmedo y pegajoso hacia el filtro. La tasa de inyección y la ventana de temperatura que convienen a sus residuos se confirman con la fábrica para la composición de sus residuos.
Filtración: el filtro de mangas de gases de combustión y la chimenea detrás
El filtro de mangas retira las partículas y, con ellas, los metales pesados que viajan sobre el polvo. Las mangas de fieltro punzonado sobre una placa tubular cuelgan dentro de una carcasa dividida en compartimentos; el gas pasa a través del tejido, el polvo se acumula formando una torta y un pulso de aire comprimido o una sacudida mecánica hace caer la torta a la tolva a intervalos. La torta realiza la mayor parte de la filtración fina, por lo que un filtro de mangas se limpia en lugar de vaciarse por completo.
En un tren seco o semiseco, aquí también es donde termina la química. El sorbente inyectado aguas arriba, y los productos de reacción que ha formado, se asientan en la torta, y el gas sigue reaccionando a su paso, de modo que el filtro es un lecho fijo además de un separador.
La restricción que decide dónde puede ubicarse el filtro es el tejido. Cada material de manga tiene una temperatura máxima de trabajo continuo, y el enfriador o el lavador aguas arriba debe entregar el gas por debajo de ella. El gas pasa después al ventilador de tiro inducido, que aspira todo el tren, y a la chimenea, donde se monitorean los límites. En el gráfico de emisiones de incineradores de este sitio, la columna de residuos médicos y peligrosos fija las dioxinas y furanos en 0.5 ng TEQ/m³ como media de medición bajo GB 39707-2020, y todo el tren de gases es el equipo que debe mantener esa cifra.
Por qué el orden es el que es
- Una torre de enfriamiento de gases de combustión antes de la filtración, porque un filtro de tejido no puede aceptar la temperatura con la que el gas sale de la cámara.
- Enfriamiento antes de la adsorción, porque el carbón adsorbe mal del gas caliente y la ventana de reformación solo se cierra una vez que el gas está frío.
- Remoción de gases ácidos de los gases de combustión antes del filtro en un tren seco, para que el producto de reacción se forme donde pueda capturarse.
- Adsorción inmediatamente antes del filtro de mangas de gases de combustión, para que el carbón de la torta se convierta en un lecho de contacto.
- Óxidos de nitrógeno antes del tren, en el horno o en una etapa catalítica, porque el lavado no puede alcanzarlos.
- Monóxido de carbono dentro del diseño de combustión, porque indica combustión incompleta y no un problema de lavado.
Qué decide la configuración para un sitio
Las tres configuraciones que se ofrecen en los incineradores de este sitio —purificación seca, purificación húmeda y la disposición básica de un solo tren— cubren las mismas cuatro funciones con equipo diferente, y la elección se deriva del sitio y no del equipo.
- Composición de los residuos. El cloro de los residuos fija la carga de cloruro de hidrógeno que el lavador debe neutralizar.
- La norma de emisión aplicable. El límite en la chimenea decide cuántas etapas necesita el tren, y no al revés.
- Agua y aguas residuales. Un tren húmedo necesita suministro de agua, suministro de reactivo y una ruta para el sangrado.
- Suministro de reactivos. La cal, la sosa y el carbón activado deben comprarse y almacenarse, y un sitio remoto debe diseñarse en función de lo que pueda conseguir.
- Clima. Un tren húmedo en un sitio donde hiela necesita trazado de calor, protección de drenajes y un procedimiento de parada.
- Habilidad operativa. Un tren seco con sistema de inyección y filtro de mangas exige menos del operador que un tren húmedo con circuito de recirculación.
Errores comunes
- Comprar el tren de gases en función del tamaño del horno y no de los residuos y el límite. El mismo tonelaje de residuos diferentes produce un gas diferente.
- Especificar un tren húmedo sin destino para el sangrado. Lo que descarga el lavador es una corriente que el sitio debe tratar.
- Frenar el enfriamiento para recuperar calor sin preguntar por qué atraviesa el gas durante el descenso.
- Olvidar las cenizas. Lo que recoge el filtro contiene los metales y las dioxinas retirados del gas, y debe ir a algún lugar.
- Esperar que un lavador de gases de combustión se ocupe de los óxidos de nitrógeno. No lo hará, y ese límite debe cumplirse en el horno.
Autoverificación antes de especificar el tren de gases
- ¿Están caracterizados los residuos, al menos por su contenido de cloro y por los plásticos que contienen?
- ¿Está identificada la norma de emisión aplicable al sitio, con el período de promedio de cada parámetro?
- ¿Cada grupo de la lista de contaminantes tiene una etapa que le responde?
- ¿Se declara la temperatura en la entrada del filtro de partículas y se ajusta al material de las mangas?
- ¿Se conoce la velocidad de enfriamiento a través del intervalo de reformación, y no solo las temperaturas de entrada y salida?
De un límite de emisión a un tren de gases
Todo en el tratamiento de gases de combustión de un incinerador se deriva de los residuos y del límite, por lo que la configuración se elige antes de escribir la lista de equipos. Las páginas de incineradores exponen lo que contiene cada configuración de purificación, y el gráfico de emisiones de incineradores expone los límites que el tren debe cumplir, parámetro por parámetro. El lado de combustión del mismo tema se trata en el artículo sobre por qué los incineradores operan a 850 °C durante dos segundos. La configuración, el consumo de reactivos y el filtro que convienen a sus residuos se confirman con la fábrica para la composición de sus residuos y la norma de emisión aplicable.