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Desnitrificación de los
gases de combustión
Uno de los objetivos industriales en Europa es lograr una disminución de la
contaminación por emisión de gases a la atmósfera,
hasta situarla en unos niveles razonables.
En estos momentos Alemania es el país europeo que más inversión a destinado a la
eliminación de contaminantes, por lo que su reglamento "GFAVO”, del 1 de Julio de 1983,
se considera el de mayores exigencias y el más satisfactorio de la CEE.
En este artículo se van a tratar fundamentalmente los principales
procedimientos para la eliminación de los óxidos de nitrógeno.
José Luis Romero Lampón
Alumno de 4º Curso de Máquinas
de la Escuela Superior de la
Marina Civil
De entrada vamos a comentar
el estado de la técnica en el campo
de
las
instalaciones
de
desnitrificación
de
gases
(DENOX).
En el reglamento de Instalaciones de Combustión de gran
tamaño (GFAVO), que entró en
vigor en la República Federal de
Alemania el 1 de Julio de 1983, se
establecieron los niveles máximos
en las emisiones de dióxido de
azufre y de óxido de nitrógeno,
tanto para las instalaciones nuevas
como para las antiguas.
Entre tanto, en la RFA casi todas las centrales eléctricas de más
de 300 MW están equipadas con
instalaciones de desulfuración de
los gases de combustión y no rebasan los niveles máximos de las
emisiones de dióxido de azufre
establecidos por el GFAVO.
Sin embargo, aparte de la eli-
minación de las combinaciones de
azufre de los gases de combustión
en grandes centrales térmicas y
hogares de combustión de menor
tamaño, los procedimientos de
desnitrificación de los gases de
escape adquieren una importancia
creciente.
Mientras que para la desulfuración de los gases de combustión
se ha establecido un nivel máximo
de 400 mg/m3 de gas de combustión, las emisiones de óxido de
nitrógeno deben mantenerse por
debajo de un nivel límite de 200
mg/m3, requisito que es bastante
más difícil de cumplir.
Dentro de los diversos procedimientos para la reducción de
emisiones de nitrógeno tenemos:
Medidas primarias de
reducción del NOx; en el
propio sistema de combustión (por ejemplo, quemadores de escasa generación
de óxido de nitrógeno, disposición de los quemadores, circulación de los
gases de combustión, etc.)
Medidas secundarias de
reducción del NOx, es
decir, la separación del
NOx de los gases de combustión.
Puesto que las medidas primarias no bastan para alcanzar los
niveles límites exigidos, es preciso
complementarias con medidas
secundarias.
En la tabla 1 se muestran los
llamados procedimientos DENOX
que pueden utilizarse actualmente
para una reducción del NOx en la
vertiente secundaria. Básicamente
estos
procedimientos
pueden
separarse en procedimientos secos
y húmedos, además de entre
procesos catalíticos y no catalíticos.
El procedimiento más utilizado y el más conocido es el SCR,
desarrollado en Japón y que reduce
catalíticamente el contenido de
NOx. SCR es la abreviatura de
"Selective Catalytic Reduction
"(Reducción Catalítica Selectiva).
El segundo procedimiento que
cabe reseñar es el SNCR que son
las siglas de "Selective Non
Catalytic Reduction" (Reducción
No Catalítica Selectiva).
Todos los demás procedimientos indicados en el cuadro forman
parte de los llamados procedimientos simultáneos, es decir, que
comportan
una
reducción
simultánea del S02 y NOx.
Procedimientos principales
Tanto en el procedimiento
SCR como en el SNCR se inyecta
un agente reductor (amoniaco) en
la corriente de gases de combustión. Como fruto de la reacción, los
óxidos de nitrógeno se descomponen formando nitrógeno y
vapor de agua, que son inocuos.
Ecuación de la reacción
principal:
4NO + 4NH3 + 02 4N2 + 6H2O
6NO2 + 8NH3  7N2 + 12H2O
En el procedimiento SCR, la
reducción se produce con ayuda de
un catalizador a temperaturas de
300 °C a 400 °C, en el procedimiento SNCR, la conversión se
produce a temperaturas aproxi-
madas de 900 °C a 1000 °C, sin utilizar ningún catalizador.
Los catalizadores consisten en
óxido de titanio, vanadio o
volframio como material activo, al
que se añade un aglomerante. Se
emplean en forma de alvéolos o
placas y se introducen por capas en
el reactor.
En el procedimiento SNCR, el
amoniaco se inyecta directamente
en la corriente de gases de
combustión, con ayuda de un impelente a alta presión.
Mientras que en el procedimiento SNCR se alcanza un grado
de separación de tan sólo el 40 – 50
%, con el procedimiento SCR
pueden
alcanzarse
unas
reducciones del NOx del 80 – 90
%.
Debido a su escaso grado de
separación, el procedimiento SNCR
sólo
puede
utilizarse
en
combinación con medidas primarias Ó para complementar el procedimiento SCR.
Para el proceso SCR que interviene detrás de los hogares en
centrales eléctricas existen numerosas disposiciones posibles. En lo
fundamental se distinguen dos:
a) En el procedimiento "HighDust, el reactor DENOX se
encuentra entre el ECO
(precalentador del agua de
alimentación) y el LUVO
(precalentador del aire de
combustión).
b) En el procedimiento "LowDust", el reactor DENOX está
instalado detrás de una
instalación de desulfuración
(REA) de los gases de
combustión (SCR detrás del
REA).
En el procedimiento "HighDust", los gases de combustión
tienen una temperatura suficientemente elevada, de 350 a 400 °C,
que es necesaria para que el catalizador desempeñe una actividad
separadora óptima.
La inyección por aire de NH3
en la corriente de gas de combustión se realiza en el canal delante
del reactor. Las fluctuaciones de la
carga o de la temperatura, y el alto
grado de contaminación del gas de
combustión (S02, pavesas, etc.)
inmediatamente detrás del ECO
comportan una merma del efecto
catalizador.
Este problema se resuelve en
el "LowDust", instalando el catalizador DENOX detrás de la REA.
Puesto que los componentes nocivos del gas de combustión (pavesas, S02, S03, HCI, HF) están en
gran medida eliminados, se obtiene
una mayor duración útil del
catalizador y una menor sensibilidad frente a distintos tipos de
combustible.
Una desventaja fundamental
de la variante "LowDust" estriba en
el recalentamiento de los gases de
combustión hasta alcanzar la
temperatura de reacción necesaria
en el catalizador después de pasar
por la REA. Sin embargo,
comporta la ventaja de que pueden
compensarse las fluctuaciones en el
funcionamiento de la caldera.
Puesto que la reducción catalítica de los óxidos de nitrógeno sólo
se desarrolla óptimamente a
temperaturas situadas alrededor de
350 °C, los gases de combustión
deben calentarse a esta temperatura
en dos etapas. Primero se extrae
gran parte del calor de los gases
calientes en un precalentador de
regeneración detrás del reactor
SCR. La temperatura se calientan
de aproximadamente 50 °C a 300
°C, y los gases calientes se enfrían
al mismo tiempo a aprox. 100 °C.
Para calentarlos entonces hasta 350
°C se propone a menudo el empleo
de gas natural, gas licuado o
gasóleo. Sin embargo, esto
comporta por un lado un
incremento de las emisiones; por
otro, los costes de explotación
resultan muy elevados.
El empleo de vapor en los sistemas de recalentamiento resulta
técnicamente y económicamente
ventajoso.
Para el recalentamiento en el
precalentador
de
vapor-gas
(DAGAVO) se emplea vapor vivo
a alta presión, para aprovechar
tanto el calor de condensación
como las buenas condiciones de
transmisión de calor durante el
proceso de condensación, y poder
reducir de este modo las superficies
de calefacción.El vapor vivo puede
proceder
directamente
del
generador de vapor, o extraerse del
proceso de, la turbina. La presión
del vapor se sitúa aprox. entre 180
y 200 bar, y su temperatura
alrededor de 500 °C.
En el DAGAVO se enfría el
vapor recalentado a la temperatura
de saturación de alrededor 350 °C,
y se condensa. Los gases de
combustión entran en el DAGAVO
con una temperatura de alrededor
de 300 °C, calentándose en la zona
de condensación y extracción de
calor a la temperatura de salida de
350 °C.
Las precauciones de vapor gas
(DAGAVO) conectados en paralelo
que se reproducen en la figura están
diseñados para una presión del
vapor de 235 bar y una temperatura
del vapor de 490 °C.
Sabemos que en los procesos
SCR y SNCR se necesita amoniaco
para reducir los óxidos de
nitrógeno, el cual se mezcla con
gas de combustión. Para introducir
el amoniaco en esta corriente se
precisa de un sistema de inyección
de NH3, compuesto de los
siguientes dispositivos:
- Mezclador de NH3/aire con la
alimentación de aire de
rarefacción.
- Dispositivo inyector de NH3.
El volumen necesario de NH3
se determina en función del tipo de
hogar y del combustible empleado.
En centrales térmicas se obtienen
los siguientes consumos específicos
de NH3 por MW de potencia
eléctrica:
- Central de hulla con hogar de
fusión: 1.7 kg/h de NH3.
- Central de hulla con hogar
seco: 0.8 kg/h de NH3.
- Hogar de gas: 0.3 kg/h de
NH3.
Todos los valores están referidos al nivel máximo de emisión de
NOx, de 200 mg/m3.
Para asegurar la alimentación
continua de amoniaco a las instalaciones DENOX se precisan tanques de amoniaco en todas las
centrales.
Para un depósito de amoniaco
existen los siguientes equipamientos:
- un brazo de descarga para
trasvasar el NH3 desde un
vagón cisterna o un conte-
-
nedor cisterna;
una bomba de descarga o un
compresor;
dispositivo rociador y aspersor
para refrigerar los tanques y
precipitar
el
amoniaco
saliente;
-
un evaporador de amoniaco.
El amoniaco necesario se
suministra en vagones cisterna
o contenedores cisterna. Estos
están equipados, como es
preceptivo, con unas válvulas
de fondo interiores de cierre
rápido, de seguridad.
El amoniaco para las instalaciones DENOX se almacena en dos
depósitos de presión, con una
capacidad nominal, por ejemplo, de
100 m3 cada uno. Al descargar el
amoniaco se conecta el espacio de
gas del vagón cisterna con el
espacio de gas del depósito de
almacenamiento, a través de la
llamada tubería oscilante de gas.
Por consiguiente, tanto los depósitos y vagones cisterna deben estar
equipados con sendas válvulas para
la fase líquida y la fase gaseosa.
Con las válvulas de cierre
rápido se obtiene una protección
segura frente a los escapes de
amoniaco, incluso aunque se produzcan fugas detrás de las tubuladuras de los depósitos de alma-
cenamiento de la fase líquida o
gaseosa.
La descarga de los depósitos
de almacenamiento de NH3 se
realiza por medio de las bombas y
del evaporador de NH3. En el
evaporador se gasifica el amoniaco
que se mezcla en el dispositivo
mezclador con una corriente de
aire, antes de inyectarse a través de
un sistema de toberas en la
corriente de gases de combustión.
En la mayoría de los casos, el
evaporador de NH3 se calienta con
vapor. La presión del vapor se sitúa
aprox. entre 3 y 6 bar.
A raíz de las últimas normas
vigentes en la RFA con respecto a
los almacenes de amoniaco (proyecto TRD 452), los ganchos de
carril necesarios para accionar las
válvulas de fondo de los vagones
cisterna deben integrarse en el
sistema de emergencia de las
estaciones de carga y descarga.
Se adjuntan tabla 1 y diagramas de los diferentes tipos de instalaciones, así como diagrama de
bloques comparativo entre los
distintos procedimientos.
Conclusión
Con este artículo hemos intentado poner de manifiesto la
importancia que poseen los tratamientos aplicados a los gases de
combustión, sobre todo en su
aplicación a centrales térmicas,
tanto los relativos a la desnitrifi-
cación como a otros procesos, entre
los que se encuentra el REA
(procedimiento de desulfuración de
gases) que se ha mencionado a lo
largo de este texto.
Se deberán redoblar los
esfuerzos para que el progreso y el
desarrollo industrial estén en
consonancia con la conservación
del medio ambiente.
Bibliografía
Este
artículo
ha
sido
desarrollado
básicamente
recopilando datos de diversos trabajos
publicados
por
el
departamento de ingeniería de la
firma alemana GESTRA AG.
BREMEN.