En la incineración de residuos y la recuperación de energía, no hay dos flujos de residuos iguales. Ácidos, álcalis, lodos y líquidos contaminados pueden pasar por el mismo proceso, y cada uno de ellos somete a una gran presión al equipo encargado de inyectar productos químicos en él. Un sistema de inyección de productos químicos en este entorno debe ser capaz de gestionar muchos tipos de líquidos, seguir funcionando en condiciones extremas y evitar paradas imprevistas. La elección de los materiales es el punto de partida.
¿En qué consiste la inyección de productos químicos en una planta de valorización energética de residuos?
La inyección de productos químicos consiste en la adición controlada de un líquido —como agua amoniacal o urea para el control de NOx, o agua para la refrigeración de los gases— a un proceso o a una corriente de gases de combustión. Una boquilla pulverizadora situada en una lanza o un inyector transforma el líquido en gotitas, de modo que se mezcla y reacciona rápidamente con el gas.
Por qué la valorización energética de residuos supone un reto para los equipos de inyección
Los residuos no son un combustible estándar. La mezcla varía de una carga a otra, por lo que los gases de combustión también cambian en cuanto a temperatura, composición y carga de partículas. Los líquidos del lado de la inyección también pueden variar. Una tubería o boquilla que se adapta al caso medio puede no hacerlo en el peor de los casos.
La corrosión es el principal riesgo. A medida que el material se desgasta, las paredes se adelgazan, las juntas presentan fugas y los orificios cambian de forma. Una boquilla desgastada u obstruida ya no produce el tamaño de gota ni el patrón de pulverización para los que fue seleccionada. El proceso lo nota en un mayor mantenimiento, un uso menos eficaz del reactivo y, en el peor de los casos, una parada no planificada.
Cómo elegir el material adecuado para medios agresivos
No existe un único material ideal. La elección adecuada depende de tres factores: la composición química del líquido, la temperatura en el punto de inyección y el grado de movimiento del equipo. Para medios agresivos, las dos opciones que surgen con mayor frecuencia son:
- Tuberías de plástico para líquidos. Muchos plásticos resisten una amplia gama de ácidos y álcalis, y no se oxidan. Su limitación es la temperatura, por lo que hay que comprobar la temperatura real de funcionamiento en el punto de inyección, no solo la media en el conducto.
- Aleaciones con alto contenido en níquel. Estas aleaciones resisten la corrosión provocada por productos químicos agresivos y mantienen su resistencia a altas temperaturas. Suelen ser más caras, por lo que su uso tiene sentido cuando el plástico no da la talla.
El acero inoxidable estándar suele ser la opción por defecto, pero no siempre es la más segura. Los medios ácidos y ricos en cloruro pueden atacarlo, por lo que una tubería metálica que parezca adecuada sobre el papel puede corroerse en la práctica. Comprueba siempre la compatibilidad con la concentración y la temperatura reales de cada líquido, incluidas las condiciones extremas.
No hay que olvidar la dilatación térmica
Los materiales se expanden al calentarse, y cada material lo hace en mayor o menor medida. El plástico se expande más que el metal, por lo que una tubería de plástico sujeta por un soporte o una brida metálica necesita espacio para moverse. Las lanzas y los inyectores también se calientan y se enfrían a medida que cambia la carga de la planta. Si el diseño no tiene esto en cuenta, las uniones, las juntas y los soportes soportarán tensiones para las que no fueron concebidos. Un buen diseño incorpora desde el principio medidas de protección contra la expansión térmica.
Valida la pulverización, no solo el material
Una lanza resistente a la corrosión que deposita el líquido en el lugar equivocado seguirá fallando. En las plantas de valorización energética de residuos, las gotas del reactivo DeNOx deben evaporarse por completo y mezclarse uniformemente con el gas dentro de un intervalo de temperatura definido. Alcanzar ese punto depende del tamaño de las gotas, el ángulo de pulverización y la posición de la lanza.
El modelado de dinámica de fluidos computacional (CFD) permite a los ingenieros probar estas opciones antes de que se construya nada. Los modelos basados en una biblioteca de datos de pulverización de precisión pueden mostrar las trayectorias de las gotas, el flujo de gas y la mezcla en la geometría específica de su conducto, de modo que el tipo y la ubicación de la boquilla se comprueban primero en pantalla. El tipo de boquilla también es importante: las boquillas de dos fluidos FloMax® utilizan un proceso de atomización en varias etapas para producir gotas muy pequeñas, lo que ayuda a que el líquido se evapore y se mezcle rápidamente.
Dónde encaja la inyección en la cadena de tratamiento de gases de combustión
La inyección química es un paso más de la cadena. La tecnología de pulverización desempeña varias funciones en una planta de valorización energética de residuos:
- Enfriamiento y enfriamiento rápido de los gases. El enfriamiento por pulverización evaporativa reduce la temperatura de los gases para proteger los filtros de tela y los intercambiadores de calor. Consulte la sección sobre enfriamiento y acondicionamiento de gases, así como el sistema de enfriamiento de gases AutoJet®, que controla las boquillas, las bombas y los sensores en un circuito cerrado.
- Desnitrificación (DeNOx). Se inyecta amoníaco o urea para reducir las emisiones de NOx. Nuestro artículo sobre la tecnología de pulverización para el control de NOx explica los procesos SCR y SNCR.
- Inyección de productos químicos y depuración de gases. Los inyectores y las lanzas distribuyen los reactivos por toda la sección transversal de la tubería o conducto. Consulte nuestros inyectores, lanzas y varillas.
¿Trabaja con líquidos corrosivos en otro sector? Nuestro artículo sobre operaciones de pulverización complejas en la industria petroquímica y de refinería aborda retos de inyección similares.
Cinco preguntas que debe plantearse antes de especificar el sistema
- ¿Qué líquidos va a manejar el sistema, incluyendo condiciones de funcionamiento anómalas y rangos de concentración?
- ¿Cuál es la temperatura real en el punto de inyección?
- ¿Cómo se dilatarán y moverán las lanzas y las tuberías de líquido a medida que la planta se caliente y se enfríe?
- ¿El material podrá hacer frente a residuos variables, y no solo al caso medio?
- ¿Se ha modelado o probado el pulverizador para la geometría de tus conductos?
En Spraying Systems Co. partimos de un principio sencillo: tú especificas las condiciones, nosotros nos encargamos de la pulverización. Los sistemas se diseñan y adaptan a tu proceso, desde la resistencia a altas temperaturas hasta las tuberías de líquido de plástico o aleaciones con alto contenido en níquel. Explora nuestras aplicaciones de pulverización para tecnologías de proceso o habla con tu experto local en pulverización.
Preguntas frecuentes
¿Por qué se corroen las líneas de inyección de metal en las plantas de valorización energética de residuos?
Los flujos de residuos varían, por lo que el proceso puede incluir ácidos, álcalis, lodos y líquidos contaminados. Algunos de estos atacan a los metales estándar con el tiempo, especialmente cuando la concentración y la temperatura son elevadas.
¿Qué materiales son adecuados para la inyección química con medios agresivos?
Las tuberías de plástico son adecuadas para muchos ácidos y álcalis a temperaturas moderadas. Las aleaciones con alto contenido en níquel son adecuadas para medios agresivos a altas temperaturas. La elección correcta depende de la composición química del líquido, la temperatura y el movimiento.
¿Qué es la dilatación térmica en las lanzas de inyección?
Es el cambio en la longitud y el tamaño de las lanzas y las tuberías al calentarse y enfriarse. Los distintos materiales se expanden a ritmos diferentes, por lo que los diseños deben permitir el movimiento para evitar tensiones en las conexiones y las juntas.
¿Cómo ayuda el modelado CFD en la inyección de productos químicos?
El CFD muestra cómo se mueven las gotas y el gas en el conducto. Ayuda a confirmar el tipo, el número y la posición de las boquillas antes de la instalación, de modo que el pulverizado reaccione y se evapore según lo previsto.
¿Cuál es la diferencia entre un inyector de pluma y un inyector de pulverización?
Una pluma libera el líquido y depende de la corriente del proceso para fragmentarlo. Un inyector de pulverización con boquilla crea un tamaño de gota controlado, lo que mejora la mezcla y reduce el desperdicio de producto químico.