EPA-452/F-03-039
Hoja de Datos - Tecnologia de Control de
Contaminantes del Aire
Nombre de la Tecnologia: Incinerador Termal
A este tipo de incinerador tambien se le refiere como un incineradorde llama directa, un oxidadortermal,
o quemador auxiliar. Sin embargo, el termino quemador auxiliar es generalmente apropiado solo para
describir a un oxidador termal utilizado para controlar gases provenientes de un proceso en donde la
combustion es incompleta.
Tipo de Tecnologia: Destruccion por oxidacion termal
Contaminantes Aplicables:
En primerlugar, a los compuestos organicos volatiles (COV). Alguna Materia Particulada (MP), comunmente
compuesta de hollin (particulas formadas como resultado de la combustion incompleta de hidrocarburos
(HC), coque, o residues de carbon) tambien sera destruida en varies grades.
Limites de Emision Alcanzable /Reducciones:
La eficiencia de destruccion de COV depende de los criterios de diseno (esto es, la temperatura de la
camara, el tiempo de residencia, la concentracion de COV a la entrada, el tipo de compuesto, y el grado de
mezclado) (Ref. EPA, 1992: U.S. Environmental Protection Agency -la Agenda de Protection Ambientalde
EE.UU.). Las eficiencias tipicas de diseno de un incinerador termal varian dentro de un rango de 98 a
99.9999% y por encima, dependiendo de los requisites del sistema y las caracteristicas de la corriente
contaminada (Ref. EPA, 1992; EPA, 1996a). Las condiciones tipicas de diseno necesarias para satisfacer
un control de 3 98% o una concentracion de salida del compuesto de 20 partes por millon por volumen
(ppmv) son: una temperatura de 870°C (1600°F), un tiempo de residencia de 0.75 segundo, y un mezclado
adecuado. Para las corrientes de COV halogenados, se recomienda una temperatura de combustion de
1100°C (2000°F), un tiempo de residencia de 1.0 segundo, y el uso de un depurador de gases acidos en el
ducto de salida (Ref. EPA, 1992).
Para las corrientes de purga con concentraciones de COV pordebajo de aproximadamente 2000 ppmv, se
reducen las velocidades de reaction, se disminuye la eficiencia maxima de destruccion de COV, y una
concentracion en el ducto de salida del incineradorde 20 ppmv o menor puede ser lograda (Ref. EPA, 1992).
Las emisiones controladas y/o los datos de la pruebas de eficiencia para MP en incineradores por lo general
no estan disponibles en la literatura. Sin embargo, los factores de emision para MP en los procesos de
anhidrido ftalico con incineradores estan disponibles. Se encontro que las eficiencias de control de MP para
estos procesos varian entre el 79 y el 96% (Ref. EPA, 1998). En el Inventario Nacional para 1990 de la EPA,
se reporto que los incineradores utilizados como dispositivos de control para MP alcanzaban una eficiencia
de control de 25-99% para la materia particulada de 10 micras o menos de diametro aerodinamico (MP10)
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en localidades de fuentes de punto (Ref. EPA, 1998). La tabla 1 presenta un analisis detallado de los ranges
de eficiencia de control de MP10 porindustria, para los incineradores recuperativos (Ref. EPA, 1996b). La
eficiencia de control de COV reportada para estos dispositivos vario dentro de un rango de 0 a 99.9%. Estos
ranges de eficiencia de control son grandes porque incluyen localidades que no poseen emisiones de COV
y controlan unicamente MP, tanto como las localidades que poseen emisiones bajas de MP y se preocupan
ante todo por controlar COV (Ref. EPA, 1998).
Tabla 1. Eficiencias de Destruccion de MP10 de los Incineradores
Recuperativos por Industria (Ref. EPA, 1996b)
Industria / Tipo de Fuentes
Productos de Petroleo y Carbon
procesos de techado de asfalto (soplado, saturacion de fieltro); calcinacion de minerales;
procesos de refinamiento de petroleo (soplado de asfalto, descomposicion termica catalftica,
calcinacion de coque, convertidor de sedimento fangoso); manufactura de azufre
Productos Qufmicos y Aliados
manufactura de carbon negro; manufactura de carbon; desecho de residues Ifquidos;
procesos qufmicos miscelaneos; manufactura de pesticides; manufactura de anhfdrido
ftalico (oxidacion de xileno); manufactura de plasticos/fibra organica sintetica; incineracion
de residues solidos (industriales)
Industrias de Metales Primarios
procesos de derivados del coque (descarga del carbon, cargamento y empuje del horno,
enfriamiento); cupula de hierro gris y otros procesos miscelaneos; procesos secundarios del
aluminio (quemado/secado, horno de fundicion); procesos secundarios del cobre (secado de
chatarra, cupula de chatarra, y procesos miscelaneos); procesos miscelaneos de la
fundicion de acero; horno para los recubrimientos de superficies
Equipo Electronico y Otros Electricos
procesos miscelaneos de la manufactura qufmica; horno para cocimiento de equipo
electrico; tanque de techo fijo; procesos miscelaneos de la produccion de minerales;
enrollado/estirado secundario de aluminio por extrusion; incineracion de residues solidos
(industrial)
Servicios Electricos, de Gas, y Sanitarios
motores de combustion interna, incineracion de residues solidos (industrial, comercial/
institucional)
Productos de Piedra, Arcilla y Vidrio
horno procesadorde bario; secadortermal para la limpieza del carbon, maquinaria para
plasticos fabricados, manufactura de lana de fibra de vidrio
Alimentos y Productos Afines
procesamiento de carbon, miscelaneos; procesamiento de mafz,
miscelaneos;procesamiento de fugitive, miscelaneos; procesamiento de soya, miscelaneos
Minerfa
secadora rotatoria para concrete de asfalto, unidades de oxidacion por aire para qufmicos
organicos, produccion de azufre
Seguridad Nacional y Asuntos Internacionales
incineracion de residues solidos (comercial/institucional y municipal)
Productos de Molino Textil
plasticos/fibra organica sintetica (procesos miscelaneos)
Maquinaria y Equipo Industrial
procesos secundarios del aluminio (quemado/secado, horno de fundicion)
Maderos y Productos de Madera
incineracion (industrial) de desechos solidos
Equipo de Transportacion
incineracion (industrial) de desechos solidos
Eficiencia de
Control de
MP10 (%)
25-99.9
50-99.9
70-99.9
70-99.9
90-98
50-95
70-98
70-99.6
70
88-95
88-98
70
70-95
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Incinerador Termal
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Tipo de Fuente Aplicable: Punto
Aplicaciones Industrials Tipicas:
Los incineradores termales pueden ser utilizados para reducir las emisiones provenientes de casi todas las
fuentes de COV, incluyendo las respiraderos de reactores, respiraderos de destilacion, operaciones con
solventes, y operaciones realizadas en hornos y secadoras. Pueden manejar fluctuaciones menores del
flujo; sin embargo, las fluctuaciones excesivas requieren el uso de una antorcha (Ref. EPA, 1992). Su
consume de combustible es alto, asi que las unidades recuperativas son las mejores indicadas para las
aplicaciones en procesos mas pequenos con cargas de COV de moderadas a altas.
Los incineradores son utilizados para controlar los COV provenientes de una amplia variedad de procesos
industriales incluyendo, pero no limitandose, a los siguientes (Ref. EPA, 1992):
1. Almacenamientoycarga/descargade productosde petroleo yotros liquidos organicosvolatiles;
2. Limpieza de recipientes (tanques de ferrocarril, carro tanques y barcazas);
3. Valvulas de purga de proceso en la Industria Manufacturera de Quimicos Organicos Sinteticos
(IMQOS);
4. Manufactura de pinturas;
5. Productos de caucho y manufactura de polimeros;
6. Manufactura de madera multilaminar;
7. Operaciones de recubrimiento de superficies:
Aparatos electricos, alambre magnetico, automoviles, latas, carretes de metal, papel, pelfcula y lamina,
cintas y etiquetas sensitives a presion, cinta magnetica, recubrimiento e imprimido de telas, muebles
de metal, muebles de madera, paneles de hoja de madera, aeronautica, productos de metal
miscelaneos;
8. Recubrimientos flexibles de vinilo y uretano;
9. Industria de artes graficas; y
10. Localidades para el Tratamiento, Almacenamiento y Desecho de residues toxicos (LTAD).
Caracteristicas de la Corriente de Emision:
a. Flujo de Aire: Las velocidades tipicas del flujo de aire para los incineradores recuperativos son de
0.24-24 metros cubicos estandarporsegundo (m3/s) (500 a 50,000 Standard Cubic Feet per Minute
(scfm - pies cubicos estandar por minuto)) (Ref. EPA, 1996a).
b. Temperatura: La mayoria de los incineradores operan a temperaturas mas altas que la
temperatura de ignicion, la cual es una temperatura minima. La destruccion termal de la mayoria
de los compuestos organicos ocurre entre 590°C y 650°C (1100°F y 1200°F). La mayoria de los
incineradores de desechos son operados de 980°C a 1200°C (1800°F-2200°F) para asegurar la
destruccion casi completa de los compuestos organicos en el desecho (Ref. AWMA, 1992: Air &
Waste Management Association - la Asociacion para el Manejo de Aire y Residues de EE. UU.).
c. Carga de Contaminantes: Los incineradores termales pueden ser utilizados a traves de un rango
bastante amplio de concentraciones de vapor organico. Por consideraciones de seguridad, la
concentracion de organicos en el gas de desecho debe ser sustancialmente menor del limite
inflamable inferior (limite explosive inferior, o LEI) del compuesto especifico que esta siendo
controlado. Como regla, un factor de seguridad de cuatro (esto es, el 25% del LEI) es usado (Ref.
EP/4,1991, AWMA, 1992). El gas de desecho puede ser diluido con aire del ambiente, si fuera
necesario, para reducir la concentracion. Considerando losfactores economicos, los incineradores
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termales funcionan mejor a concentraciones de entrada de alrededorde 1500 a 3000 ppmv, porque
el calor de combustion de los gases de hidrocarburo es suficiente para sostener las altas
temperaturas requeridas sin la adicion de un combustible auxiliar costoso (Ref. EPA, 1995).
d. Otras Consideraciones: Los incineradores no son generalmente recomendables para controlar
gases que contengan compuestos que contienen halogenos o azufre, debido a la formacion de
cloruro de hidrogeno, fluoruro de hidrogeno gaseoso, bioxido de azufre, y otros gases altamente
corrosives. En tales casos puede ser necesario instalar un sistema de tratamiento de gases acidos
de pos-oxidacion, dependiendo de la concentracion en la salida. Esto probablemente haria de la
incineracion una opcion no economica (Ref. EPA, 1996a). Los incineradores termales son ademas
por lo general poco efectivos en costo para las corrientes de vapor organico de baja concentracion
y alto flujo (Ref. EPA, 1995).
Requisites para el Pre-tratamiento de la Corriente de Emision:
Tipicamente, no se requiere pre-tratamiento alguno, sin embargo, en algunos casos se puede utilizar un
condensador para reducir el volumen total del gas a ser tratado por el incinerador mas costoso.
Informacion de Costos:
A continuation se presentan los ranges de los costos (expresados en dolares de 2002) para incineradores
termales de diseno modular bajo condiciones tipicas de operacion, desarrollados utilizando los formatos de
la EPA para la estimation de costos (Ref. EPA, 1996a) y referidos a la velocidad del flujo volumetrico de la
corriente de desecho tratada. Los costos no incluyen costos para un sistema de tratamiento de gases acidos
de post-oxidation. Los costos pueden sersustancialmente mas altos que en los ranges mostrados oarab
son utilizados para las corrientes de COV bajas a moderadas (menores de alrededorde 1000 a 1500 ppmv).
Como regla, las unidades mas pequenas que se encuentren controlando una corriente de desecho a una
concentracion baja seran mucho mas costosas (por unidad de velocidad de flujo volumetrico) que una unidad
grande limpiando un flujo con una carga alta de contaminantes.
a. Costo de Capital: $53,000 a 190,000 por nf/s ($25 a $90 por scfm).
b. Costo de Operacion y Mantenimiento: $11,000 a $160,000 por nf/s ($5 a $75 por scfm),
anualmente.
c. Costo Anualizado: $17,000 a $208,000 por m3/s ($8 a $98 por scfm), anualmente.
d. Efectividad de Costo: $440 a $3,600 portonelada metrica ($400 a $3,300 portonelada corta),
costo anualizado portonelada por ano de contaminante controlado.
Teoria de Operacion:
La incineracion, u oxidacion termal, es el proceso de oxidar materiales combustibles elevando la temperatura
del material por encima de su punto de auto-ignicion en la presencia de oxigeno, y manteniendolo a alta
temperatura por un tiempo suficiente para completar su combustion a bioxido de carbono y agua. Tanto el
tiempo como la temperatura, la turbulencia (para mezclado), y la disponibilidad de oxigeno afectan la
velocidad y la eficiencia del proceso de combustion. Estos factores proporcionan los parametros de diseno
basico para los sistemas de oxidacion de COV (Ref. ICA, 1999: Institute of Clean Air Companies - el Institute
de Companias de Aire Limpio).
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Un incinerador termal sencillo esta compuesto por la camara de combustion y no incluye ninguna
recuperacion de calordel aire de escape por medio de un intercambiadorde calor (a este tipo de incinerador
se le refiere como un incinerador recuperative).
El corazon del incinerador termal es una flama estabilizada por una tobera mantenida por una combination
de combustible auxiliar, compuestos gaseosos de desecho, y aire suplemental anadido cuando sea
necesario. Mientras pasa a traves de la flama, el gas de desecho es calentado desde su temperatura
precalentada de entrada hasta su temperatura de ignicion. La temperatura de ignicion varia para diferentes
compuestos y por lo general se determina empiricamente. Es la temperatura a la cual la velocidad de
reaccion de la combustion excede la velocidad de las perdidas de calor, elevando de esta manera la
temperatura de los gases a algun valor mayor. Portanto, cualquier mezcla organica/aire se encendera si
su temperatura es elevada a un nivel suficientemente alto (Ref. EPA, 1996a).
El nivel requerido de control de los COV del gas de desecho que debe ser alcanzado dentro del tiempo que
este pasa en la camara de combustion termal dicta la temperatura del reactor. Entre mas corta sea el tiempo
de residencia, mas alta debera ser la temperatura del reactor. El tiempo de residencia nominal del gas de
desecho reaccionando en la camara de combustion se define como el volumen de la camara de combustion
dividido por la velocidad del flujo volumetrico del gas. La mayoria de las unidades termicas estan disenadas
para proporcionar no mas que un segundo de tiempo de residencia al gas de desecho con temperaturas
tipicas de 650 a 1100°C (1200 a 2000°F). Una vez que la unidad es disenada y construida, el tiempo de
residencia no se cambia facilmente, de manera que la temperatura de reaccion requerida se vuelve una
funcion de la especie gaseosa en particular y del nivel de control deseado (Ref. EPA, 1996a).
Los estudios basados en datos reales de pruebas de campo, demuestran que los incineradores comerciales
debenseroperadosgeneralmentea870°C (1600°F) con un tiempo de residencia nominal de 0.75 segundo
para asegurar el 98% de la destruccion de los organicos no halogenados (Ref. EPA, 1992).
11. Ventajas:
Los incineradores son uno de los metodos mas positives y comprobados para destruir COV, con eficiencias
hasta el 99.9999% posibles. Los incineradores termales seguido son la mejorseleccion cuando se necesitan
altas eficiencias y el gas de desecho esta por encima del 20% del LEI.
12. Desventajas:
Los costos de operation de los incinerador termales son relativamente altos debido a los costos del
combustible suplemental.
Los incineradores termales no estan bien indicados para corrientes con flujo altamente variable debido al
tiempo reducido de residencia y al mezclado deficiente durante condiciones de flujo incrementado los cuales
disminuyen lo completo de la combustion. Esto causa que la temperatura de la camara de combustion
descienda, y de este modo disminuya la eficiencia de destruccion (Ref. EPA, 1991).
Los incineradores, en general, no son recomendables para controlar gases que contengan compuestos que
contienen halogeno o azufre debido a la formation de gases altamente corrosives. En tales casos, pudiera
ser necesario instalar un sistema de tratamiento de gases acidos de post-oxidation, dependiendo de la
concentracion en la salida (Ref. EPA, 1996a). Los incineradores termales ademas no son generalmente
efectivos en costo para las corrientes de vapor organico de baja concentracion y alto flujo (Ref. EPA, 1995).
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13. Otras Consideraciones:
Los incineradores termales no son generalmente tan economicos, en una base anualizada, como los
incineradores recuperativos o regenerativos porque no recuperan la energia calorifica residual de los gases
de escape. Este calor puede ser utilizado para precalentar el aire de entrada, reduciendo de esta manera
la cantidad de combustible suplemental requerido. Si hay energia calorifica adicional disponible, puede ser
utilizada para otras necesidades de calentamiento del proceso.
14. Referencias:
AWMA, 1992. Air & Waste Management Association, Air Pollution Engineering Manual. Van Nostrand
Reinhold, New York.
EPA, 1991. U.S. EPA, Office of Research and Development, "Control Technologies for Hazardous Air
Pollutants,"EPA/625/6-91/014, Washington, D.C., June.
EPA, 1992. U.S. EPA, Office of Air Quality Planning and Standards, "Control Techniques for Volatile
Organic Emissions from Stationary Sources," EPA-453/R-92-018, Research Triangle Park, NC., December.
EPA, 1995. U.S. EPA, Office ofAir Quality Planning and Standards, "Survey of Control Technologies for Low
Concentration Organic Vapor Gas Streams,"EPA-456/R-95-003, Research Triangle Park, NC., May.
EPA, 1996a. U.S. EPA, Office of Air Quality Planning and Standards, "OAQPS Control Cost Manual," Fifth
Edition, EPA 453/B-96-001, Research Triangle Park, NC. February.
EPA, 1996b. U.S. EPA, "1990 National Inventory,"Research Triangle Park, NC, January.
EPA, 1998. U.S. EPA, Office of Air Quality Planning and Standards, "Stationary Source Control Techniques
Document for Fine Particulate Matter," EPA-452/R-97-001, Research Triangle Park, NC., October.
ICAC, 1999. Institute of Clean Air Companies internet web page www.icac.com, Control Technology
Information - Thermal Oxidation, page accessed March 1999.
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