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Donaldson Membranes ha participado recientemente de modo activo en la propuesta de una solución tecnológicamente avanzada en filtración para un nuevo filtro de mangas en la planta de Castle Cement en Rutland.

El uso de combustibles alternativos en el horno de cemento se ha vuelto una herramienta poderosamente interesante en una industria cementera comprometida con la reducción de emisiones a la atmósfera. Como consecuencia de ese interés, materiales como los neumáticos usados, los combustibles líquidos reciclados y las harinas cárnicas se usan cada día más como combustibles alternativos, ya que su quema en el horno puede disminuir significativamente la emisión a la atmósfera de muchos contaminantes en comparación a los resultados obtenidos usando tan solo combustibles fósiles tradicionales.

Castle Cement es una empresa puntera en este ámbito y lidera este campo con sus continuos esfuerzos por incorporar nuevos métodos de trabajo que no son solo más económicos, sino que al mismo tiempo minimizan el impacto medioambiental de la compañía.

Los recientes trabajos realizados en el horno de clincker nº8 de la planta de Castle Cement en Ketton en el reino Unido ilustran perfectamente el fuerte compromiso de la empresa a este respecto.

El horno nº8 es un horno de precalcinacion de 4 etapas. Los combustibles empleados en este horno incluyen carbón, Cemfuel y Profuel.

Actualmente Ketton dispone de autorización para el uso de estos dos combustibles alternativos; Cemfuel, que es un combustible basado en solventes y Profuel que se obtiene a partir de papel y plásticos. Ambos combustibles han sido desarrollados por Castle Cement.

El uso de estos combustibles provoca una alta recirculación de cloro en el sistema de horno que podría potencialmente permitir el comprometido bloqueo de los precalentadores o una menor circulación. Es por ello que la cantidad de cloro en el horno es un factor que limita el uso de estos combustibles alternativos.

Para garantizar el uso en el futuro de estos combustibles alternativos e incluso aumentarlo, se hizo evidente la necesidad de instalar un sistema de Cloro-Bypass. La finalidad del proyecto era diseñar e instalar un sistema que permitiera que una gran parte del cloro fuera eliminado de los gases del horno, permitiendo así un aumento en el uso de estos combustibles alternativos, y el objetivo último de evitar posibles bloqueos así como controlar los niveles de cloro en el sistema.

Requisitos del Proceso

Los cálculos mostraban que era necesario desviar hasta un 7% del volumen de los gases del horno por el Bypass filtrando esos gases a través de un filtro de mangas a alta temperatura. También era necesario tener controlados los niveles de cloro en el material que abandona los últimos ciclones para facilitar una operación del horno exenta de problemas.

Los objetivos incluían:

Especificaciones del Proceso

El polvo obtenido durante el proceso es un polvo con alto contenido de cloro alcalino y sulfatos. El caudal de diseño para el filtro de mangas era de 106.800 Am3/h con una temperatura de entrada entre 130ºC y 200ºC. La carga de polvo esperada en el gas era en promedio de 35 gr/Nm3.

Composición esperada del gas:

Condiciones químicas y del polvo

Generalmente, los hornos de proceso seco, tienen cargas de polvo del orden de los 0,15 a 0,80 kg/Nm3 a la entrada de horno. Se preveía que el horno nº 8 podía hallarse el la parte alta de este rango, entre los 0,4 y 0,8 kg/Nm³.

El sistema, por tanto debía diseñarse para trabajar con 0.8kg/Nm³ con un ratio para el bypass del 100%.

Este proyecto necesitaba espacio en la planta para la reconversión de la una torre de acondicionamiento tras el punto de inyección y antes del filtro de mangas. Así se permitía la activación del Hidróxido Cálcico y el Bicarbonato Sódico, con una torre de acondicionamiento de un diámetro de unos 5m y una altura de 26m, y con capacidad para temperaturas de salida de 130ºC a 150ºC. El equipo de aislamiento se diseño sobre la base de los 130ºC.

Filtro de mangas y materiales filtrantes

Tras un largo proceso de decisión, el proyecto para el nuevo filtro de mangas se asigno a la empresa Intensiv Filter UK Ltd.

Intensiv Filter UK tiene la capacidad de suministrar una amplia variedad de soluciones a la industria del cemento y dispone asimismo de una gran experiencia en el campo de la captación de polvo en aplicaciones de hornos de cemento y Bypass tal y como era necesario para el proyecto de Ketton.

Tras una completa evaluación técnica, Intensiv diseño, fabricó y suministró un filtro de mangas que incorporaba la más reciente tecnología en mangas filtrantes y sistemas para la limpieza por jet-pulse de estas.

Especificaciones para el filtro de mangas del Bypass

El filtro se diseño para 840 mangas tubulares montadas sobre jaulas de acero inoxidable. Todas las aplicaciones de desempolvado en seco requieren la limpieza de las mangas para asegurar que los niveles de pérdida de carga y de caudal del gas en el filtro se mantienen en los niveles adecuados. En el caso del filtro instalado en Ketton, el polvo que se recoge en la superficie de las mangas se elimina mediante pulsos controlados de aire comprimido que periódicamente soplan sobre el centro de cada manga. El diseño de los componentes asegura que este pulso de aire comprimido tenga una forma de onda que no solo invierte momentáneamente el sentido del flujo del gas en la manga, sino que también sacude la torta de polvo al moverse en forma de onda vertical en cada manga. La frecuencia de limpieza se determina por unos PLC que monitorizan en continuo los valores de pérdida de carga, manteniendo en todo momento el sistema en un rango de valores adecuado.

Algunos factores que influyen en la pérdida de carga en el filtro y la frecuencia y presión de limpieza

Este último punto se desarrolla en más detalle en las siguientes líneas:

Para asegurar la obtención de los niveles rendimiento requeridos en el filtro para el proyecto de Bypass en Castle Cement en Ketton, los ingenieros de Intensiv FIlter seleccionaron el tejido de fibra de vidrio #6255 con membrana Tetratex Ultra High Efficiency de Donaldson Membranes, con un confección de las mangas acorde con un diseño y especificaciones para obtener un optimo rendimiento y la máxima vida útil de éstas.

El material filtrante de tejido de fibra de vidrio #6255 con membrana Tetratex Ultra High Efficiency, se usa prácticamente en todo el mundo en aplicaciones de desempolvado de hornos de cemento. El material se compone de un sustrato formado por un tejido de fibra de vidrio que es laminado con una membrana Tetratex de PTFE expandido. Los niveles de emisiones de partículas a la atmósfera pueden garantizarse en niveles cercanos a cero con periodos de vida útil de las mangas en hornos de cemento de hasta seis años.

El punto de diferenciación de los materiales filtrantes con membrana Tetratex de ePTFE con respecto a otros materiales filtrantes convencionales sin membrana es su no necesidad de confiar en la formación de la torta de polvo para obtener una alta eficiencia en filtración. Los materiales convencionales sin membrana permiten habitualmente el paso de finas partículas de polvo no solo al interior del material filtrante sino que pueden incluso pasar a través de él. Este fenómeno sucede especialmente cuando el sustrato es nuevo. Los materiales convencionales solo empiezan a filtrar de modo eficiente cuando la torta de polvo se ha formado en la superficie de las mangas. Esta operativa puede ofrecer en ciertas ocasiones un rendimiento suficiente, pero la necesidad de confiar en la formación de la torta de polvo y la capacidad de las partículas en penetrar en la estructura abierta del medio filtrante limita la capacidad de estos materiales sin membrana para operar de forma consistente durante largos periodos de tiempo. Adicionalmente su capacidad de recuperación en caso de paradas del proceso suele ser limitada.

Una serie de membranas Tetratex de ePTFE se hallan disponibles para satisfacer diferentes demandas de aplicación. Todas comprenden una fina red de nódulos y fibrillas de PTFE para formar un film microporoso que puede laminarse a una amplia variedad de sustratos que ofrecen el soporte físico necesario, mientras que la membrana por si misma ofrece la autentica filtración en superficie.

Los materiales filtrantes con membrana Tetratex de ePTFE no necesitan de esa formación de la torta de polvo y la membrana (laminada a la superficie del sustrato) previene de la penetración de partículas en el sustrato y de su eventual atravesamiento. Adicionalmente, la suave superficie del PTFE otorga un excelente desprendimiento de la torta de polvo en la operación de limpieza, y así, las pérdidas de carga esperadas son mucho menores y más consistentes en el tiempo. Hay también que mencionar que el material de tejido de fibra de vidrio Tetratex #6255 con membrana Ultra High Efficiency usado en Ketton es capaz de capturar partículas submicrónicas, incluso con polvo no aglomerante y volátil.

Las mangas fabricadas con materiales con membrana Tetratex de ePTFE se usan en multitud de puntos del proceso de manufactura del cemento, desde los hornos, los enfriadores de clincker, los molinos de crudo y los de acabado de cemento así como en los molinos de carbón. Además, como en el caso de Ketton, un número cada vez mayor de fabricantes de cemento están interesados en la instalación de sistemas de bypass alcalinos similares.

Por supuesto que dos aplicaciones nunca son idénticas. Si se desea un rendimiento óptimo de una instalación, es vital tomar en consideración todos los factores que afectan al proceso. Los ingenieros de Donaldson Membranes tienen la suficiente experiencia en productos y aplicaciones para ofrecer la recomendación más adecuada en la elección de la membrana y de los sustratos capaces de ofrecer las características físicas y en filtración especificas para cada aplicación.

Las cuatro familias de membranas; Tetratex Release, Tetratex, Tetratex High Efficiency y Tetratex Ultra High Efficiency pueden obtenerse sobre un amplio rango de sustratos para alcanzar una amplia variedad de demandas en cuanto a requerimientos de resistencia química y de temperatura, tanto para aplicaciones en filtros jet pulse, como en filtros a contracorriente.

Estos laminados Tetratex de alto rendimiento ofrecen un excelente desprendimiento de la torta de polvo, bajos valores de pérdida de carga y una alta eficiencia en la captación de partículas.

Callum Baxendale, Product Manager de Filtración Industrial de Donaldson Membranes ha comentado : “Los valores de rendimiento obtenidos del filtro hasta el día de hoy se hallan dentro de los limites establecidos por la normativa así como dentro de los valores concretos en la garantía ofrecida en el suministro”

“Como empresa líder en el Mercado del cemento, Castle Cement esta constantemente a la búsqueda de nuevas formas de trabajo innovadoras y acordes con el cuidado del medio ambiente. La instalación del nuevo sistema de alcali bypass en Ketton demuestra claramente este espíritu y estamos encantados de poder afirmar que nuestro material de fibra de vidrio #6255 con membrana Tetratex Ultra High Efficiency contribuye positivamente a esa estrategia”