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TECNOLOGIAS DE DESNITRIFICACION:
TECNICAS PRIMARIAS Y SECUNDARIAS DE
REDUCCION DE NOX
Dr. Francisco Rodríguez Barea
Director de la División de Procesos de INERCO, S.A.
I JORNADAS CATEDRA E.ON ESPAÑA
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ESQUEMA GENERAL PARA REDUCCION DE NOX
TECNICAS DE PRECOMBUSTION (MEDIDAS PRIMARIAS)
• MENOR CONTENIDO EN NITROGENO
• MAYORES VOLATILES
• MOLIENDA MAS FINA
TECNICAS DE MODIFICACION DE LA COMBUSTION (MEDIDAS PRIMARIAS)
• TEMPERATURA
• EXCESO DE OXIGENO
• TIEMPO DE RESIDENCIA
TECNICAS DE POSTCOMBUSTION (MEDIDAS SECUNDARIAS)
• TRATAMIENTO DE GASES, SOLO NOX
• TRATAMIENTO SIMULTANEO SOX/NOX
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JUSTIFICACION DE MEDIDAS PRIMARIAS: FORMACION DE NOX EN PROCESOS DE COMBUSTION
HOMOGENEASREACCIONES
OXIDO NITROSO
DIOXIDO DE NITROGENO
OXIDO NITRICO
HETEROGENEASREACCIONES
MECANISMOS CINETICOS
FACTORES QUIMICOS
>90%NO
2N O
NO2
≈
≈ 5%
TURBULENCIA
GRADIENTES DECONCENTRACION
FACTORES FISICOS
DIFUSIONALESFENOMENOS
NOX
NO2
+
NO
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DEFINICION DE LOS MECANISMOS DE FORMACION DE NOX
SEGÚN FUENTE DE N Y MEDIO REACTIVO
NO SUBITO
N COMBUSTIBLE
NO DELCOMBUSTIBLE
N2AIRE
NO TERMICOPRODUCTOS DE
( O, OH )COMBUSTION
LLAMA( O, OH, CX )
FRENTE DE
MECANISMO DEREACCION
MEDIOREACTIVONITROGENO
FUENTE DE
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EFECTO DE LA TEMPERATURA DE COMBUSTION EN LA GENERACION DE NOX POR LOS DISTINTOS MECANISMOS
NO
X,
mg
/N
m
(C.N
.)
1000
500
01000
3
TEMPERATURA, °C1400
1500
NITROGENO DEL COMBUSTIBLE
1800 2000
NOX -SUBITO
NO PROCEDENTE DELX
DE NOX
FORMACION TERMICA
POSIBILIDAD DE REDUCIR T PARA CONTROL DE NOx TERMICO
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EFECTO DEL TIEMPO DE RESIDENCIA EN ZONA DE COMBUSTION: COMPARACION DE LAS VELOCIDADES DE FORMACION DEL NO
TERMICO (LENTO) Y NO DEL COMBUSTIBLE (RAPIDO)
0,0 0,5 1,0 1,50
100
200
300
400
500
600
TIEMPO DE RESIDENCIA (ms)
NO
(p
pm
)x
NO COMBUSTIBLE
NO TERMICO
POSIBILIDAD DE REDUCIR TIEMPO DE RESIDENCIA A ALTA T PARACONTROL DE NOx TERMICO
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EFECTO DE LA RELACION COMBUSTIBLE/AIRE PARA EL MECANISMO DE FORMACION DE NOx DEL COMBUSTIBLE
NXESPECIES
ORGANICASNITROGENADAS SECUNDARIAS
NITROGENADASESPECIES
NZ
RADICALESHIDROCARBONADOS
CX
HCNNH( )3
NHi
A( +OH, O ) ( V ) NO
N2( +NH , NO ) VBi
CONVERSION A NOx MENOR PARA MENOR OXIGENO (MAYOR RATIO COMBUSTIBLE/AIRE):
POSIBILIDAD DE RETIRAR AIRE DEL INICIO DE LA LLAMA(ESTRATIFICACION DE COMBUSTION) PARA CONTROL DE NOx
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INFLUENCIA DE PARAMETROS DE COMBUSTION EN MECANISMOS PRINCIPALES DE FORMACION DE NOX
NO TERMICO NO COMBUSTIBLE
N EN COMBUSTIBLE NULA APRECIABLE
TEMPERATURA DECOMBUSTION
MUY IMPORTANTE A PARTIR DE 1300 ºC
(CRECIMIENTO EXPONENCIAL)
POCO IMPORTANTE (SOLO INFLUYE A T BAJAS),
SALVO EFECTO EN DEVOLATILIZACION
TIEMPO DE RESIDENCIAIMPORTANTE
(SOBRE TODO A ALTAS T)POCO IMPORTANTE
(REACCION EN 0,5 ms)
RELACION COMBUSTIBLE/AIRE
POCO IMPORTANTEMUY IMPORTANTE
(TANTO PARA INICIO COMO FINAL DE LLAMA)
PARAMETROINFLUENCIA
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FUENTES DE NOX EN FUNCION DEL COMBUSTIBLE
FUENTES DE NO (%)
TERMICO
20
30-35
100
COMBUSTIBLE
80
65-70
-
CARBON1
FUELOIL
GAS
1 RATIOS TERMICO/COMBUSTIBLE DEL ORDEN 50/50 PARA COMBUSTION DE CARBONES BAJOS EN VOLATILES
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MEDIDAS PRIMARIAS:REDUCCION DE NOX ANTES DE LA COMBUSTION
1. NITROGENO
• CONTENIDO TOTAL Y TIPOS DE COMPUESTOS
2. VOLATILES (CASO DEL CARBON)
• A MAYORES VOLATILES:
– NIVELES INFERIORES DE NOX MEDIANTE ESTRATIFICACION DE COMBUSTION
3. OPTIMIZACION DE MOLIENDA (CASO DEL CARBON):
• MAYOR FINURA IMPLICA:
- MAYORES VELOCIDADES DE IGNICION Y COMBUSTION
- POSIBILIDAD DE OPERAR CON MENOR EXCESO DE OXIGENO
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MEDIDAS PRIMARIAS: REDUCCION DE LAS EMISIONES DE NOX DURANTE LA COMBUSTION
OBJETIVO
• DIFICULTAR TERMODINAMICA Y CINETICAMENTE LA FORMACION Y FAVORECER LA DESTRUCCION A ALTA TEMPERATURA
• EFECTIVIDAD DEPENDIENTE DE CONSEGUIR CONDICIONES DE HOGAR CONTROLADO (EQUILIBRADO DE COMBUSTION):
– MEJORAS RECIENTES EN MONITORIZACION (APORTES DE COMBUSTIBLE Y AIRE, Y CONCENTRACIONES DE GASES EN HOGAR)
– NUEVAS CAPACIDADES DE REGULACION Y CONTROL
• CONDICIONADA POR EVENTUALES FENOMENOS SECUNDARIOS
MENOR TEMPERATURA DE LLAMA
MENOR EXCESO DE OXIGENO
MENOR TIEMPO DE RESIDENCIA
X
X
X
TERMICO COMBUSTIBLE
HOGAR CONTROLADO: TECNOLOGIA ABACO
ABACO - Opticom
ABACO - Air
EMIR
EMIR
ABACO - Loi
AWP4
ABACO - Coal
Mejoras en: Monitorización + Regulación + Control de Combustión
SISTEMA EXPERTO PARACONTROL LOCALDE COMBUSTION
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PERFILES DE O2 Y NOX EN HOGAR Y DISTRIBUCION DE APORTES DE CARBON EN CASO BASE (CALDERA TANGENCIAL)
LEVEL 6
O2
2.2
6.5
2.4
0.4
1.1
3.3
638
861
685
355
404
NO
677
OFA (0%)
0% < DAV < + 5%
DAV ≥ + 5%
- 5% < DAV < 0%
DAV ≤ - 5%
Coal mass flow
DAV≡ Deviation from Average Value
BOOS (LEVEL 6)
BOOS≡ Burners Out Of Service
O2 (%, d.b.)
NO (mg/Nm3, d.b., @ 6% O2)
3.5 650FURNACE
EXIT BOILER EXIT
O2 NO3.8 656
LEVEL 5
LEVEL 4
LEVEL 3
LEVEL 2
LEVEL 14 C
OR
NER
BU
RN
ERS LEVEL 6
O2
2.2
6.5
2.4
0.4
1.1
3.3
638
861
685
355
404
NO
677
OFA (0%)
0% < DAV < + 5%
DAV ≥ + 5%
- 5% < DAV < 0%
DAV ≤ - 5%
Coal mass flow
DAV≡ Deviation from Average Value
BOOS (LEVEL 6)
BOOS≡ Burners Out Of Service
0% < DAV < + 5%0% < DAV < + 5%
DAV ≥ + 5%DAV ≥ + 5%
- 5% < DAV < 0%- 5% < DAV < 0%
DAV ≤ - 5%DAV ≤ - 5%
Coal mass flow
DAV≡ Deviation from Average Value
BOOS (LEVEL 6)
BOOS≡ Burners Out Of Service
O2 (%, d.b.)
NO (mg/Nm3, d.b., @ 6% O2)
3.5 650FURNACE
EXIT BOILER EXIT
O2 NO3.8 656
LEVEL 5
LEVEL 4
LEVEL 3
LEVEL 2
LEVEL 14 C
OR
NER
BU
RN
ERS
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TECNOLOGIAS DE MODIFICACION DE LA COMBUSTION PARA REDUCIR EMISIONES DE NOX
RECIRCULACION GASES SI SI SI4.2.
MENOR PRECALENTAMIENTO SI - -4.1.
1.
2.
4.
3. -SISIQUEMADORES DE NOX BAJO
REDUCCION TEMPERATURA DE LLAMA
-SISI
COMBUSTION ESCALONADA(EN ETAPAS) EN HOGAR
MENOR TIEMPOREDUCCION DE O2MENOR TEMPERATURATECNOLOGIA DE LLAMA DISPONIBLE RESIDENCIA
BAJO EXCESO AIRE - SI -
TECNICA
2.1. ESCALONAMIENTO DE AIRE
REDUCCION(%)
2.2. ESCALONAMIENTO DECOMBUSTIBLE
SI SI - 40-60
20-45
20-40
30-50
5-15
10-40
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NOx GENERADO EN FUNCION DEL EXCESO DE AIRE Y DEL % N EN EL COMBUSTIBLE
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COMBUSTION EN ETAPAS
• ZONA PRIMARIA• ZONA DE REBURNING• ZONA DE BURNOUT
• ZONA SUBESTEQUIOMETRICA• ZONA DE COMBUSTION FINAL
EN HOGAR
EN QUEMADORES
COMBUSTIBLESEN
ETAPAS
AIREEN
ETAPAS
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ESTRATIFICACION EN HOGAR Y QUEMADORES
ESTRATIFICACIONEN HOGAR
ESTRATIFICACIONEN QUEMADORES
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ESCALONAMIENTO DE AIRE. LOCALIZACION DE LAS ENTRADAS DE AIRE DE SEGUNDA ETAPA EN PARED DE HOGAR Y
QUEMADORES
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DISPOSICION TANGENCIAL DE QUEMADORES Y MODIFICACION PARA REDUCCION DE NOx
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PRINCIPIOS DE OPERACION CON COMBUSTIBLES EN ETAPAS
DESTRUCCION NOx Z. PRIMARIA POR REACCION CON RADICALES HIDROCARBONADOS (SIN O2)
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ESQUEMA DE UN QUEMADOR AVANZADO DE NOX BAJO
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CHIMENEAA GAS DE COMBUSTION
METODOS DE REDUCCION DE TEMPERATURA EN CALDERAS
AIRE DE COMBUSTIONBYPASS DE PARTE DEL
DE AGUAINYECCION
GAS DE COMBUSTIONRECIRCULACION DE
GAS DE COMBUSTION
PRECALENTADOAIRE DE COMBUSTION
COMBUSTIBLE
AGUA
PRECALENTADORDE
AIRECALDERA
AIRE
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TECNICAS SECUNDARIAS O DE ABATIMIENTO DE NOx: CLASIFICACION DE LOS PROCESOS APLICABLES
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REDUCCION SELECTIVA CATALITICA (SCR)
REDUCCION DE NOX POR AMONIACO CON CATALIZADOR
4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O
4NH3 + 2NO2 + O2 → 3N2 + 6H2O
REACCIONES A MINIMIZAR
OXIDACION DE SO2 A SO3
2SO2 + O2 → 2SO3
OXIDACION DE AMONIACO
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O
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ESQUEMA DEL PROCESO SCR
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REDUCCION SELECTIVA CATALITICA (SCR)
INSTALACIONES AUXILIARES
TEMPERATURA Y PARTICULAS EN GASES
VIDA UTIL DEL CATALIZADOR
SITUACION EN LA INSTALACION
AMONIACO EN SALIDA (AMMONIA SLIP: 2-5 PPM)
EVITAR FORMACION DE SO3 Y SU REACCION CON AMONIACO PARA ORIGINAR BISULFATO AMONICO
ASPECTOS CRITICOS
REDUCCION EN NOx TIPICA: 70-90%
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REDUCCION SELECTIVA NO CATALITICA (SNCR)
REDUCCION DE NOX POR AMONIACO (O UREA CO(NH2)2)SIN CATALIZADOR
REALIZADA A ALTA TEMPERATURA
INTERVALO PRECISO DE TEMPERATURAS: 900-1100 °C
TIEMPO DE REACCION MUY CORTO: O,1 s
BUENA MEZCLA ENTRE GAS Y REACTIVOS
AFECTADO POR O2, CO, SO3, SO2 Y NOX
REDUCCION EN NOx TIPICA: 20-50% CON COSTES DE INVERSION Y MANTENIMIENTO SUSTANCIALMENTE INFERIORES A SISTEMAS SCR
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MODIFICACION DEL INTERVALO DE TEMPERATURAS OPTIMO PARA REDUCCION SELECTIVA NO CATALITICA DE
NOX (SNCR) EN FUNCION DE LA CONCENTRACION DE OXIGENO EN GASES DE COMBUSTION
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SISTEMA DE REDUCCION SELECTIVA NO CATALITICA DE NOX (SNCR): INYECCION EN MULTIPLES NIVELES
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COSTES DE CONTROL DE EMISIONES DE NOX
TECNOLOGIA
AJUSTE DE COMBUSTION (HOGAR CONTROLADO)
OVERFIRE
QUEMADORES DE BAJO NOX
OVERFIRE + QUEMADORES DE BAJO NOX
REBURNING
RECIRCULACION DE GASES + QUEMADORES DE BAJO NOX
MEDIDAS PRIMARIAS
SNCR
SCR
20-50
20-40
30-50
60
60
60-70
REDUCCIONNOX (%)
20-50
70-90
1-4
6-8
10-25
10-30
15-30
15-40
INVERSION(€/kW)
5-20
40-150
30-150
100-400
150-400
200-400
400-1500
250-500
COSTE TOTAL(€/t NOX
ELIMINADO)
500-1500
700-3000
0,3-1,2
1,8-2,4
3,0-7,5
3,0-9,0
4,5-9,0
4,5-12,0
INVERSION(M€)
(PARA 300 MW)
1,5-6,0
12,0-45,0
MEDIDAS SECUNDARIAS