Resumen

En esta investigación se analizó el impacto de la combustión escalonada (staged combustion) sobre la operación de un horno precalcinador de cemento. La base del estudio fue el modelado matemático y experimentos a gran escala en la planta Norcem (Brevik, Noruega). El objetivo principal fue caracterizar y explicar las perturbaciones operativas relacionadas con la aplicación de combustibles sólidos alternativos en la combustión escalonada, así como tomar medidas frente a dichas perturbaciones.

Se implementó en Matlab^® un balance de masa y energía de un sistema de horno precalcinador de cemento llamado Mebcem, el cual se empleó como herramienta de análisis del sistema del horno, planeación de experimentos e interpretación de datos experimentales. Se calibró y se validó el balance de masa por medio del procesamiento de datos recolectado durante los ensayos. Experimentos a gran escala usando plástico como combustible de reburning en la entrada del horno demostraron un potencial de reducción de NO_x de cerca de 40%. No obstante, también se experimentaron perturbaciones operativas relacionadas con una alteración de los ciclos internos de material en el sistema del horno. Para ser capaz de analizar la química del azufre en la entrada del horno, se implementó en Matlab^® un programa llamado Seacem para calcular el equilibrio termodinámico. El análisis termodinámico, apoyado por análisis termogravimétricos, indicó que el contacto entre el combustible, el alimento precalcinado y el gas del horno provocaba las perturbaciones operativas. Además, los cálculos CFD realizados con Fluent^® y los experimentos en laboratorio ―llevados a cabo para determinar la velocidad de incorporación de diversos combustibles alternativos― demostraron que, en el sistema de horno estudiado, dicho contacto es difícil de evitar. Basándose en estos hallazgos, se sugirió un mecanismo que explicara el fenómeno observado en los experimentos; asimismo, se prescribió una relocalización del punto de alimentación de los combustibles alternativos.

• Materias:HORNOS - HORNOS METALÚRGICOS
• Subjects:FURNACES - METALLURGICAL FURNACES
• Palabras claves:Clinker, Precalcinador, Horno cementero, Combustión escalonada, Balance de masa, Balance de energía, Equilibrio termodinámico, Cálculos de flujo, Análisis termogravimétricos, Ciclos internos de material, MEBCEM, MATLAB
• Keywords:Clinker, Precalciner, Cement kiln, Staged combustion, Mass balance, Energy balance, Thermodynamic equilibrium, Flow calculations, Thermogravimetric analyses, Internal material cycles, MEBCEM, MATLAB