EPA-452/F-03-020
Hoja de Datos - Tecnologia de
Control de Contaminantes del Aire
Nombre de la Tecnologia: Incinerador - Tipo Recuperative
A este tipo de incinerador tambien se le refiere como un oxidadortermal, incineradortermal, y dispositive
de postcombustion; todos con "intercambiadores de calor." Sin embargo, el termino intercambiadorde calor
es generalmente apropiado solo para describir 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 primer lugar, 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 Ambiental de
EE.UU.). Las eficiencias tipicas de diseno de un incinerador recuperative varian dentro de un range 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 deO.75 segundo, y un mezclado
adecuado. Para las corrientes de COV halogenados, 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 ductos de salida
es recomendado (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 tubo ductos de salida del incinerador de 20 ppmv o menorpuedeserlograda(Ref. EPA,
1992).
Las emisiones controladas y/o los datos de la pruebas de eficiencia para materia particulada en
incineradores por lo general no estan disponibles en la literatura. Sin embargo, los factores de emision para
materia particulada 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) 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 por industria, 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 COVy controlan unicamente MP, tanto como las
EPA-CICA Hoja de Datos Incinerador Regenerative
-------
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
homo, 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 Elect ronico 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)
Alimentos y Productos Afines
procesamiento de carbon, miscelaneos; procesamiento de mafz, miscelaneos;
procesamiento de fugitive, miscelaneos;
procesamiento de soya, miscelaneos
Seguridad Nacional y Asuntos Internacionales
incineracion de residues solidos
(comercial/institucional y municipal)
Eficiencia de Control
de MP10 (%)
25-99.9
50-99.9
70-99.9
70-99.9
90-98
70-98
70
Tipo de Fuente Aplicable: Punto
Aplicaciones Industriales Tipicas:
Los incineradores recuperativos 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 mejor indicadas para las
aplicaciones en procesos mas pequenos con cargas de COV de moderadas a altas.
EPA-CICA Hoja de Datos
Incinerador Regenerative
-------
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. Almacenamiento y carga/descarga de productos de petroleo y otros liquidos organicos volatiles;
2. Limpieza de recipientes (tanques de ferrocarril, carros 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, carretesde metal, papel, pelicula
y lamina, cintas y etiquetas sensitivas 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;
9. Recubrimientos flexibles de vinilo y uretano;
10. Industria de artes graficas;
11. Localidades para el Tratamiento; y
12. 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 estandar porsegundo (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
temperaturade ignicion, la cual es una temperatura minima. La destruccion termal de
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 recuperativos 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. £PX\,1991; AWMA, 1992). El gas de desecho
puede serdiluido con aire del ambiente, si fuera necesario, para reducir la concentracion.
Considerando los factores economicos, los incineradores recuperativos funcionan mejor a
concentraciones de entrada de alrededor de 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 cases puede ser necesario instalar un sistema
de tratamiento de gases acidos de postoxidacion, dependiendo de la concentracion en la
EPA-CICA Hoja de Datos 3 Incinerador Regenerativo
-------
salida. Esto probablemente haria de la incineracion una opcion no economica (Ref. EPA,
1996a). Los incineradores recuperativos 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 del 2002) para incineradores
recuperativos dediseno modular bajocondicionestipicasdeoperacion,desarrolladosutilizando los formates
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
cuando son utilizados para las corrientes de COV bajas a moderadas (menores de alrededor de 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: $25,000 a 212,000 por nf/s ($15 a $130 por scfm).
b. Costo de Operacion y Mantenimiento: $10,000 a $53,000 por nf/s ($5 a $25 por scfm),
anualmente.
c. Costo Anualizado: $17,000 a $95,000 por nf/s ($8 a $45 por scfm), anualmente.
d. Efectividad de Costo: $105 a $2,000 portonelada metrica ($95 a $1,800 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 completarsu 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. ICAC, 1999: Institute of Clean Air Companies - el
Institute de Companias de Aire Limpio).
El incinerador recuperative esta compuesto por la camara de combustion, el precalentador del gas de
desecho y, si fuese apropiado, un intercambiador de calor por recuperacion de energia secundario.
Los dos tipos de intercambiadores de calor utilizados mas comunmente son el de "placa a placa" y el de
"armazon y tubo". Los intercambiadores de placa a placa ofrecen una recuperacion de energia de alta
eficiencia a un costo menor que los disenos de armazon y tubo. Ademas, debido a su configuration
modular, las unidades placa a placa pueden ser construidas para lograr una variedad de eficiencias. Sin
embargo, cuando las temperaturas de los gases exceden los 540°C (1000°F), los intercambiadores de tubo
generalmente tienen costos de adquisicion menores que los disenos de placa a placa. Es mas, los
intercambiadores de armazon y tubo ofrecen una mejor confiabilidad estructural a largo plazo que las
unidades de placa a placa (Ref. EPA, 1996a).
EPA-CICA Hoja de Datos 4 Incinerador Regenerativo
-------
Algo de la energia anadida por el combustible auxiliar en las unidades termicas tradicionales (pero no
recuperada al precalentar la corriente de suministro) puede ser aun recuperada. Se pueden anadir
intercambiadores de calor adicionales para pro veer calor para el proceso en la forma de vapor a baja presion
o agua caliente para aplicaciones en el sitio. La necesidad de este nivel mas alto de recuperacion de
energia dependera de la localidad especifica (Ref. EPA, 1996a).
El corazon del incineradortermal 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).
Ventajas:
Los incineradores son uno de los metodos mas positives y comprobados para destruir COV, con eficiencias
hasta el 99.9999% posibles. Los incineradores recuperativos son por lo general mas economicos que los
incineradores termales sencillos porque recuperan alrededor del 70% del calor de desecho proveniente de
los gases de escape. Este calor puede ser utilizado para precalentar el aire entrante, y seguido, suficiente
calorde desecho estara disponible para el calentamiento del proceso, o para generar vapor o agua caliente.
Desventajas:
Aun con la recuperacion de energia calorifica de desecho, los costos de operation de un incineradorson
relativamente altos debido al costo del combustible suplemental.
Los incineradores termales, incluyendo lostipos recuperativos, 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).
Otras Consideraciones:
Las eficiencias de recuperacion termica estan limitadas tipicamente del 40 al 70% para evitar la auto-ignicion
en el paquete de intercambio de calor, el cual danaria el paquete.
EPA-CICA Hoja de Datos 5 Incinerador Regenerative
-------
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, Officeof Air 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, Officeof 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.
EPA-CICA Hoja de Datos 6 Incinerador Regenerativo
------- |