Las normas europeas sobre emisiones son cada vez más estrictas, y los óxidos de nitrógeno (NOx) ocupan un lugar destacado en la lista. Se espera que los operadores eliminen los NOx con gran precisión y eficiencia, manteniendo al mismo tiempo las fugas de amoníaco lo más bajas posible. Gran parte de ese resultado se decide antes de que el reactivo llegue al catalizador, en función de la forma en que se pulveriza.
Por qué la reducción de NOx es más importante que nunca en Europa
Los NOx se forman durante la combustión a altas temperaturas. Esto supone un reto en la fundición de vidrio, los hornos de cemento, las plantas de valorización energética de residuos, la generación de energía y la producción de acero. Los límites de emisión son cada vez más estrictos, y las directrices europeas sobre las mejores técnicas disponibles (MTD) exigen a los operadores alcanzar bajos niveles de NOx sin generar un nuevo problema. Ese nuevo problema es la fuga de amoníaco: el amoníaco sin reaccionar que sale del sistema cuando el reactivo se dosifica o se distribuye de forma inadecuada.
SCR y SNCR: dos vías, una dependencia común
Ambos métodos inyectan un reactivo, normalmente urea o agua amoniacal, en los gases de combustión.
- SNCR (reducción no catalítica selectiva): el reactivo se inyecta en la zona caliente del horno o la caldera, normalmente a una temperatura de entre 850 y 1.100 °C. Reacciona con los NOx sin necesidad de un catalizador.
- SCR (reducción catalítica selectiva): el reactivo se inyecta antes de llegar al catalizador, normalmente a una temperatura de entre 300 y 400 °C. La reacción tiene lugar sobre el catalizador.
Aunque el equipo y las temperaturas difieren, la exigencia es la misma. El reactivo debe estar bien atomizado, distribuirse de manera uniforme y mezclarse completamente con el gas en el momento adecuado. Se trata de un problema de pulverización. Para obtener una visión general más amplia, lee nuestra publicación sobre soluciones de tecnología de pulverización para el control de NOx.
Por qué la boquilla marca la diferencia
Las boquillas de pulverización convierten el reactivo líquido en gotitas para que pueda dispersarse, evaporarse y reaccionar con los NOx. Hay cinco variables que determinan el rendimiento: el tamaño de las gotitas, su distribución, la velocidad, el ángulo de pulverización y la dirección de pulverización. Cuando estos parámetros no son los adecuados, suele observarse lo siguiente:
- Gotas demasiado gruesas que se evaporan demasiado lentamente, por lo que el reactivo puede llegar al catalizador en estado líquido
- Una penetración deficiente, lo que deja sin tratar parte de la corriente de gas
- Pulverización que impacta contra las paredes del conducto, lo que puede provocar depósitos y desgaste
- Una mezcla desigual a carga parcial, lo que aumenta el deslizamiento de amoníaco
Una configuración de inyección bien diseñada tiene como objetivo:
- Una distribución uniforme del reactivo a lo largo del conducto
- Una penetración y mezcla optimizadas
- Un bajo escape de NH₃ en todas las condiciones de carga
- Una disposición de las boquillas que limite el impacto en las paredes del conducto
Caso práctico: una fábrica de vidrio en Pisa, Italia
Una fábrica de vidrio de Pisa necesitaba reducir las emisiones de NOx de unos 1.600 mg/Nm³ a menos de 300 mg/Nm³ mediante un sistema SCR que utilizaba agua amoniacal. Solo se disponía de 13 metros de conducto recto para la reacción, y el consumo de aire de atomización debía mantenerse bajo. La simulación de dinámica de fluidos computacional (CFD) mostró que las boquillas de atomización de aire FloMax® FMX030 podían evaporar por completo el amoníaco acuoso en esa longitud. Se instalaron dos lanzas con boquillas FMX030.
- Antes: aprox. 1 600 mg/Nm³
- Después: menos de 300 mg/Nm³
- Longitud de conducto disponible: 13 m
- Boquillas: FloMax® FMX030 en dos lanzas
- Cumplimiento normativo mantenido desde mediados de 2019
Primero el modelo, luego la instalación
El resultado de Pisa se obtuvo mediante simulación previa a la construcción. Un enfoque típico consta de tres pasos:
- Simulación CFD del flujo de gas y del comportamiento de la pulverización
- Modelización del rendimiento en materia de emisiones
- Optimización y puesta en marcha in situ
Datos útiles que hay que recopilar: temperatura del gas, caudal, longitud disponible del conducto recto, tipo de reactivo, rango de carga y niveles objetivo de NOx y deslizamiento.
Una vez configurada la inyección, el control de bucle cerrado la mantiene en esos parámetros. El sistema de control de NOx AutoJet® lee la información del sensor de NOx y ajusta automáticamente el caudal de líquido y de aire hacia las boquillas, de modo que el rendimiento se mantiene cuando cambia la carga. Funciona con boquillas de pulverización hidráulicas y de atomización por aire, así como con lanzas. Más información en nuestra página de aplicaciones de control de NOx.
Más allá de los NOx: enfriamiento y acondicionamiento de gases
La inyección de reactivos suele ser un paso más dentro de una cadena más amplia de tratamiento de gases de combustión. La misma experiencia en pulverización se aplica a:
- Enfriamiento y enfriamiento rápido en el conducto
- Control de la temperatura antes de los filtros de mangas, los precipitadores electrostáticos (ESP) y los intercambiadores de calor
- Eliminación de SO₂
- Torres de refrigeración
- Enfriamiento y acondicionamiento de gases
Esto es relevante en todos los sectores, desde el acero y los metales no ferrosos hasta la fabricación de cemento y la valorización energética de residuos. Consulta también nuestra publicación sobre por qué las boquillas de pulverización son esenciales para un proceso de enfriamiento eficaz, o explora todas las aplicaciones de pulverización.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre SCR y SNCR?
El SCR inyecta urea o amoníaco antes de un catalizador a una temperatura de entre 300 y 400 °C aproximadamente. El SNCR lo inyecta directamente en la zona caliente del horno a una temperatura de entre 850 y 1.100 °C aproximadamente, sin necesidad de catalizador. El SCR suele alcanzar una mayor eliminación de NOx, mientras que el SNCR no necesita catalizador.
¿Qué es el escape de amoníaco?
El escape de amoníaco es el amoníaco sin reaccionar que sale del sistema junto con los gases de combustión. Suele deberse a una sobredosis, a una distribución desigual o a una mezcla deficiente. Una buena selección y colocación de las boquillas ayuda a limitarlo.
¿Por qué es importante el tamaño de las gotas en la reducción de NOx?
El tamaño de las gotas determina la rapidez con la que se evapora el reactivo y hasta qué punto penetra en la corriente de gas. Las gotas finas se evaporan rápidamente, lo cual es esencial cuando el reactivo debe haberse evaporado por completo antes de llegar al catalizador SCR. Las gotas también necesitan suficiente impulso para alcanzar toda la sección transversal del conducto.
¿Cómo se utiliza la CFD en el control de NOx?
La simulación CFD modela el flujo de gas y el comportamiento de la pulverización, incluida la evaporación de las gotas, dentro de la geometría real del conducto. Ayuda a elegir el tipo y la posición de la boquilla antes de la instalación. En Pisa, se confirmó la evaporación completa en un tramo de 13 metros de conducto recto.
¿Se puede utilizar la misma tecnología de pulverización para la refrigeración de gases?
Sí. Las boquillas y las lanzas también se utilizan para el enfriamiento y la enfriación rápida dentro de los conductos, el control de la temperatura antes de los filtros de mangas y los precipitadores electrostáticos (ESP), la eliminación de SO₂ y el acondicionamiento de gases.
¿Desea validar su configuración de inyección antes de la construcción? Consulte a su experto local en pulverización sobre un análisis CFD.