Oportunidad para la optimización de los procesos a través de la recuperación de calores residuales. Sandra Catalina Navarro G.

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1 Oportunidad para la optimización de los procesos a través de la recuperación de calores residuales Sandra Catalina Navarro G.

2 Problema Eficiencia horno Soluciones Recuperación de calores residuales Propuesta Sales fundidas

3 Calentamiento y calcinación CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) Emisiones de CO 2 : Combustible: 0.32 ton/ton clinker Calcinación: 0.54 ton/ton clinker C 1450 C Reacciones de sinterización: C 3 S, C 2 S, C 3 A, C 4 AF

4 Tipo de horno MJ/ton clinker Consumo calórico MMBtu/ton clinker Adaptado de: Waste Heat Recovery for the Cement Sector, Institute for Industrial Productivity, IFC. Kcal/kg clinker Húmedo 5,860 6, ,400-1,500 Largo seco 4, ,098 Seco Precalentador 1 etapa 4, Seco Precalentador 2 etapas 3, Seco Precalentador 4 etapas 3, Seco Precalentador 4 etapas + Calcinador 3, Seco Precalentador 5 etapas + Calcinador + Enfriador Alta Eficiencia Seco Precalentador 6 etapas + Calcinador + Enfriador Alta Eficiencia 3, <2,

5 Balance de energía típico: Referencia 20 C Entrada Horno PC 4 Etapas, kcal/kg clinker Honor PC 5 Etapas + Calcinador, kcal/kg clinker Harina al horno Combustible Aire total 0 0 Total entrada Salida Horno PC 4 Etapas, kcal/kg clinker Tomado de: The Cement Plant Operations Handbook, Fifth Edition. Honor PC 5 Etapas + Calcinador, kcal/kg clinker Calor teórico de formación clinker Evaporación agua 5 5 Gases de escape Polvo en gases de escape 3 7 Aire exceso enfriador Clinker Radiación, Precalentador Horno Enfriador 3 3 Total Salida Pérdidas 49-56% 44-51%

6 Energía Total Entrada 100% Oportunidad para la optimización de los procesos Formación clinker 54.9% Gases escape: 20% Diagrama Sankey Balance de energía Adaptado de: Ari, V. Energetic and exergetic assessments of a cement rotary kiln. Scientific Research and Essays, Vol 6(6), Aire exceso enfriador: 12.8% Pérdidas sin contabilizar: 5.4% Radiación y convección: 3.1% Calor sensible clinker: 2.2% Humedad materia prima: 1.6%

7 Maximizar la eficiencia global del proceso del horno Recuperación calores residuales Planta Harleyville - USA

8 Gases precalentador: C kcal/kg clinker Aire exceso del enfriador: C kcal/kg clinker Planta Toluviejo - Colombia

9 Como se realiza hoy la recuperación y aprovechamiento de los calores residuales en las plantas de cemento? Planta Cartagena - Colombia

10 Secado Materias Primas y Combustibles Sistema horno Diseño del sistema horno Producción Secado Materias Primas Molino de Cemento Contenido de humedad materias primas Aire caliente para la combustión Aires secundario y terciario Molinos de crudo, preparación de combustible y molino de cemento

11 N Plantas Oportunidad para la optimización de los procesos Cogeneración Generación de electricidad Tomado de: Waste Heat Recovery for the Cement Sector, Institute for Industrial Productivity, IFC. Ventajas Reducir energía comprada/autogenerada Confianza suministro energía Protección contra aumento de precios de la electricidad Limitaciones Temperaturas: >300 C, >150 C Eficiencias: 15 a 25% Consumo de agua Viabilidad económica: Potencia neta generada Valor electricidad desplazado Legislación local

12 Cuáles son las nuevas propuestas en materia de recuperación de calor residual para mejorar la eficiencia térmica del proceso? Planta Newberry - USA

13 Sales Fundidas Recuperación y aprovechamiento de calores residuales en el proceso de clinkerización Planta Rioclaro - Colombia

14 Sales Fundidas Bajo punto fusión: Temperaturas desde 65 C Elevado coeficiente transferencia de calor Alta capacidad calórica Estabilidad térmica No inflamable No explosiva No tóxica Manejo a presión atmosférica

15 Generador de vapor y turbina Sal caliente Sal fría Torre

16 Selección de la planta Análisis energético Evaluación y selección de sal Diseño conceptual y simulación del proceso Pre-selección y dimensionamiento de equipos Planta Toluviejo - Colombia Prefactibilidad económica

17 Energía disponible Línea 1 Corriente kcal/kg clinker % Aire exceso enfriador Gases sobrantes torre Total Línea 2 Corriente kcal/kg clinker % Aire exceso enfriador Gases sobrantes torre Total Cómo aprovechamos esta energía?

18 Aprovechamiento Línea 1 Flujo (ton/h) 122 T actual ( C) 73 T obtenible ( C) 259 Línea 2 Flujo (ton/h) 140 T actual ( C) 73 T obtenible ( C) 369 Capacidad ventilador tiro Rediseño torre Menor consumo calórico, menores emisiones

19 Aire exceso enfriador Sal Caliente Diseño conceptual Gases Harina Aire exceso enfriador Combustible Harina Clinker Horno Sal fría Sal caliente Sal fría

20 Kcal/kg clinker Línea 1: 63 (8%) Línea 2: 112 (13%) Disponible Aprovechable Kcal/kg clinker Línea 1: 50 (6%) Línea 2: 91 (11%) ton CO 2 /año Línea 1: 12,449 Línea 2: 25,876 Menores emisiones CO 2

21 Prefactibilidad económica Considerando el ahorro en consumo combustible Horno Inversión, USD$ VPN, USD$ TIR, % Línea 1 2,544, , Línea 2 5,157,962-1,245, Considerando el ahorro en consumo combustible + Beneficios Tributarios Horno Inversión, USD$ VPN, USD$ TIR, % Línea 1 2,544,961 77, Línea 2 5,157, , * Exclusión de IVA y exención del impuesto a la renta

22 Conclusiones Reducción consumo calórico Menor consumo combustible Reducción de emisiones de CO 2 Eficiencias globales del proceso por validar Resultados particulares para la planta seleccionada

23 Que sigue? Pequeña escala - laboratorio Escala piloto Nivel industrial Involucramiento: Proveedores tecnología Industria cementera

24 GRACIAS

25

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