Hoja de
de
EPA-452/F-03-065
Datos- Tecnologia de Control
la Contaminacion del Aire
Nombre de la Tecnologia: Desulfuracion del gas de chimenea (DGC) - Torres de limpieza humeda, en seco
y de aspersion en seco.
Tipo de Tecnologia: Dispositivo de Control - absorbcion y reaccion usando un reactivo alcalino para
producir un compuesto solido.
Contaminantes Aplicables: Dioxido de Azufre (S02).
Limites de Emision Alcanzables/Reduccion: Las torres de limpieza son capaces de eficiencias de
reduction en el rango 50% a 98%. Las eficiencias de remocion mas altas se obtienen portorres de limpieza
humeda, con eficiencias mayores a 90% y las mas bajas por torres de limpieza en seco, tipicamente
menores que 80%. Los disenos nuevos de torres de limpieza en seco son capaces de eficiencias de control
mas altas, del orden de 90%.
Tipo de Fuente Aplicable: Punto.
Aplicaciones Industrials Tipicas: Unidades fijas de combustion de carbon y combustoleo tales como las
calderas industriales y las utilizadas para la genecion de electricidad, asi como otras unidades de
combustion industriales, tales como los incineradores de residuos municipales y los de residuos
hospitalarios, hornos para cal y cemento, fundidoras de metal, refinerias de petroleo, hornos para vidrio y
plantas de manufactura de H2S04. Aproximadamente un 85% de los sistemas de DGC instalados en los
Estados Unidos son sistemas humedos, 12% son de aspersion en seco y 3% son sistemas secos.
Caracteristicas de la Emision:
a.	Tamano de la Unidad de Combustion: Las torres de limpieza de S02 han sido aplicadas en
unidades de combustion a carbon y combustoleo de tamano que varia desde desde 5MW hasta por
encima de 1,500 MW (50 MMBtu/hr to 15,000 MMBtu/hr). Las torres de limpieza en seco y de
aspersion se aplican tipicamente en unidades menores a 3,000 MMBtu/hr (300MW) de capacidad
(EPA, 2000).
b.	Temperatura: En las torres de limpieza humeda, las temperaturas tipicas del gas de entrada son
de 150°C a 370°C (300°F a 700°F) (FETC, 1996). En los sistemas de aspersion en seco, la
temperatura del gas que sale del absorbedor debe serde 10°C a 15°C (20°F a 50°F) por encima
de la temperatura de saturation adiabatica. Las temperaturas optimas para la remocion del S02 en
sistemas de inyeccion de sorbente seco varian de 150°C a 180°C (300°F a 350°F). La temperatura
optima para la remocion de S02 durante la aplicacion de sistemas de inyeccion de sorbente seco
varia entre 150°C y 1000°C (300°F y 1830°F), dependiendo de las propiedades del sorbente
(Joseph, 1998).
EPA-CICA Hoja de Datos
1
Desulfuracion del Gas de Chimenea

-------
c.	Carga de Contaminantes: Las torres de limpieza de S02 estan limitadas a corrientes diluidas de
gas residual de S02 de aproximadamente 2000 ppm (Cooper, 2002).
d.	Otras Consideraciones: La cantidad de cloro en el gas de combustion afecta la cantidad de agua
evaporada porel sistema debido a la formacion de sales. El contenido de cloro mejora la remocion
de S02 pero tambien resulta en la deposicion de sales en el absorbedor y en el equipo corriente
abajo (Schnelle, 2002). Puede requerirse un ventiladorde tiro inducido mejorado o uno adicional
para compensar la caida de presion a traves del absorbedor.
Varios sistemas humedos recalientan el gas de chimenea corriente abajo del absorbedor para
prevenir la corrosion causada por la condensation dentro de los ductos y de la chimenea y para
reducir la pluma visible.
Requisitos del Pre-tratamiento de las Emisiones: En los sistemas secos y de aspersion en seco, el gas
de combustion debe ser enfriado a una temperatura que varia de 10 °C a 15 °C (20 °F a 30 °F) por encima
del punto de saturation adiabatica. Este rango de temperatura evita la deposicion de solidos en el equipo
corriente abajo y la obstruction de las casas de bolsas. Para enfiar el gas, tipicamente se emplea una
caldera de recuperation de calor, un enfriador por evaporacion o un intercambiadorde calor.
Information de Costos:
Los costos de capital de las torres de limpieza de S02 han disminuido en mas del 30% desde principios de
1990's. Se reporta que los costos actuales de las torres de limpieza de S02 aplicados a generadores de
electricidad son de aproximandamente $100/kW (Smith, 2001). La reconversion de torres de limpieza en
unidades existentes puede incrementar el costo capital hasta en un 30%. Los costos de reconversion varian
significativamente entre aplicaciones y dependen de las limitaciones de espacio, de las modificaciones por
mayores a los equipos existentes (v.g., conductos y chimenea) y de las condiciones de operacion (v.g.,
temperatura y velocidad de flujo).
Los costos de operacion y de mantenimiento (O&M), aumentan con el contenido de azufre ya que se
requiere mas reactivo para tratar el mismo volumen de gas. Los reactivos tipicos como la piedra caliza y
la cal no son caros; sin embargo, el uso de reactivos o mejoradores de reactivos patentados puede aumentar
el costo significativamente. El costo de la piedra caliza generalmente varia entre $10/ton y $20/ton y la cal
entre $60/ton y 80$/ton (Smith, 2001). El costo de la disposition de los residuos varia entre 10$/ton y
30$/ton y los precios de los subproductos comerciales varian de 0 a 15$/ton (Smith, 2001). La adicion de
torres de limpieza causa una perdida de energia disponible para la generation de vapor debido a la
evaporacion del agua y la energia requerida para llevar a cabo la reaction. Los disenos nuevos de torres
de limpieza resultan en una perdida de menos del 1% de la energia total de la planta (Srivastava, 2001).
EPA-CICA Hoja de Datos
2
Desulfuracion del Gas de Chimenea

-------
Tabla 1a: Resumen de la Informacion de Costos en $/MMBtu/hr (2001 Dollars) a
Tipo de Torre de
Limpieza
Tamano de la
Unidad
Costo de Capital
Costo de O&M b
Costo Anual
Costo por Tonelada
de Contaminante
Removido

(MMBtu/hr)
($/MMBtu)
($/MMBtu)
($/MMBtu)
($/ton)
Humedo
>4,000
10,000 -25,000
200 - 800
25-40
200 - 500

<4,000
25,000- 150,000
800 - 1,800
60 - 600
500 -5,000
Aspersion en
seco
> 2,000
4,000- 15,000
600 - 1,000

150-300

< 2,000
30,000- 150,000
1,000 -30,000
10,000-50,000
500 -4,000
Tabla 1b:Resumen de la Informacion de Costos en $/MW (2001 Dollars) a
Tipo de Torre
de Limpieza
Tamano de
la Unidad
Costo de Capital
Costo de 0&Mb
Costo Anual
Costo por Tonelada de
Contaminante
Removido

(MW)
($/kW)
($/kW)
($/kW)
($/ton)
Humedo
>400
100-250
2-8
20-50
200 - 500

<400
250- 1,500
8-20
50 - 200
500-5,000
Aspersion en
seco
>200
40 -150
4-10
20 -50
150-300

<200
150- 1,500
10-300
50 - 500
500-4,000
a ( El A, 2002; EPA, 2000; Srivastava, 2001)
b Suponiendo un factor de capacidad > 80%
Teoria de la Operacion:
El proceso de desulfuracion de gas de salida o depuration de S02, tipicamente usa un reactivo alcalino de
base de calcio o sodio. El reactivo es inyectado al gas de salida en una torre de aspersion o directamente
dentro del conducto. El S02 es absorbido, neutralizado y/o oxidado por el reactivo alcalino y convertido en
un compuesto solido, ya sea calcio o sulfato de sodio. El solido es removido de la corriente de gas residual
usando equipo corriente abajo.
Los depuradores son clasificados como "de un solo uso" o "regenerates", en base a como son manejados
los solidos generados por el sistema Los sistemas de un solo uso, o desechan como residuo el sorbente
agotadoo bien, lo utilizan comosubproducto. Los sistemas regenerates reciclan el sorbente al sistema. Hoy
en dia, los procesos regenerables tienen costos mas altos que los procesos de un solo uso, sin embargo,
los procesos regenerables son elegidos si el espacio o las opciones de disposition son limitadas y hay un
mercado de venta para los subproductos (yeso) (Cooper, 2002). En 1998, aproximadamente un 3% de los
sistemas de DGC instalados en los Estados Unidos eran regenerables.
Ambos tipos de sistemas, de un solo uso y regenerables, pueden sertambien clasificados en humedos,
secos o semi-secos. Cada uno de estos procesos se describe en las siguientes secciones.
EPA-CICA Hoja de Datos
3
Desulfuracion del Gas de Chimenea

-------
Sistemas Humedos
En un sistema de torre de limpieza humeda, el gas de salida es conducido hacia la torre de
aspercion, donde se inyecta un lodo acuoso del sorbente en el gas de salida. Para proporcionar un
buen contacto entre el gas y el sorbente, la ubicacion de las boquillas de inyeccion es disenada para
optimizar el tamano y la densidad de las gotas de lodo formadas por el sistema. Una parte del agua
en el lodo es evaporada y la corriente de gas residual se satura con vapor de agua. El dioxido de
azufre se disuelve en la gotas de lodo donde reacciona con las particulas alcalinas. El lodo cae
hacia el fondo del absorbedor donde es recolectado. El gas de salida ya tratado, pasa a traves de
un eliminador de vapor antes de salir del absorbedor, el cual remueve cualquier gota de lodo
arrastrada. El efluente del absorbedor es enviado al tanque de reaccion donde se completa la
reaccion S02-alcali formando una sal neutra. En un sistema regenerable, el lodo utilizado es
reciclado hacia el absorbedor. Los sistemas de un solo uso, deshidratan el lodo empleado para su
disposition o para su uso como subproducto.
El material sorbente tipico es la piedra caliza o la cal. La piedra caliza es bastante economica pero
las eficiencias de control de los sistemas de piedra caliza estan limitadas a aproximadamente un
90%. La cal es mas facil de manejar y tiene eficiencias de control de hasta 95% pero es
significativamente mas cara (Cooper 2002). Los sorbentes patentados con aditivos que aumentan
su reactividad, proveen eficiencias de control mas altas del 95%, pero son muy costosas. Las
plantas electricas almacenan grandes volumenes de piedra caliza o cal en el sitio y preparan el
sorbente para la inyeccion, pero esto no es generalmente efectivo en costo para aplicaciones
industriales mas pequenas.
La relacion del volumen entre el reactivo del lodo y el gas residual se le conoce como la relacion de
Ifquido a gas (L/G). La relacion L/G determina la cantidad de reactivo disponible para la reaccion
con el S02. Los valores altos de L/G resultan en eficiencias de control mas altas. Tambien
aumentan la oxidacion de S02, lo cual resulta en una disminucion de la formacion de incrustaciones
en el absorbedor. Los costos de O&M son una funcion directa del uso del reactivo, por lo tanto,
aumentando L/G aumenta el costo anual. Las relaciones de L/G son aproximadamente de 1:1 para
torres de limpieza humedas y se expresan en galones de lodo por 1000 ft3 de gas de salida (litros
de lodo /1000Nm3 de gas de salida).
La oxidacion del lodo en el absorbedor causa la formacion de incrustaciones de yeso (sulfato de
calcio) en el absorbedor. La oxidacion forzada de la piedra caliza (Limestone forced oxidation,
LSFO) es un proceso mas reciente basado en la depuration humeda la cual reduce la formacion
de hojuelas. En la LSFO, se anade aire al tanque de reaccion, el cual oxidiza al lodo usado,
convirtiendolo en yeso. El yeso es removido del tanque de reaccion antes de ser reciclado en el
absobedor. El lodo reciclado tiene una menor concentration de yeso y se reduce considerablemente
la incrustacion en el absorbedor. El yeso puede ser vendido comercialmente, eliminando la
necesidad de su desecho en un relleno sanitario (Srivastava, 2001). Ademas del control de la
incrustacion, los cristales de yeso formados en la LSFO son mas grandes y se sedimentan y
deshidratan mas eficientemente, reduciendo el tamano del equipo de manejo del subproducto. (EPA,
2002). Sin embargo, la LSFO requiere ventiladores adicionales lo cual incrementa los costos de
capital y anual del sistema.
La limpieza humeda con caliza tiene altos costos de capital y de operation debido al manejo del
Ifquido reactivo y del residuo. No obstante, es el proceso preferido por las plantas generadoras de
electricidad que queman carbon debido al bajo costo de la piedra caliza y las eficiencias de control
de S02 de 90% hasta 98% (Schnelle, 2002).
EPA-CICA Hoja de Datos
4
Desulfuracion del Gas de Chimenea

-------
Sistemas Semi-Secos
Los sistemas semi-secos, o secadores de aspersion, inyectan un lodo acuoso del sorbente de modo
similar al del sistema humedo, sin embargo, el lodo tiene una concentration mayor de sorbente. A
medida que el gas de salida caliente se mezcla con la solution de lodo, el agua del lodo es
evaporada. El agua que permanece en el sorbente solido aumenta la reaction con el S02. El
proceso forma un residuo seco, el cual es recolectado por un dispositivo de control de materia
particulada (MP), tal como una casa de bolsas o un precipitador electrostatico (ESP). El residuo
puede serdesechado o vendido o reciclado en el lodo.
Varios reactivos de base de calcio y sodio pueden ser utilizados como sorbentes. Las torres de
limpieza de aspersion en seco tipicamente inyectan cal, ya que es mas reactiva que la piedra caliza
y menos costosa que los reactivos a base de sodio. El lodo del reactivo es inyectado a traves de
atomizadores rotatorios o boquillas de doble fluido para crear un rocio de gotas mas finas que en
los sistemas de limpieza humeda (Srivastava, 2000).
El rendimiento de una torre de aspersion en seco con cal es mas sensible a las condiciones
operativas. Se requiere una aproximacion cercana a la temperatura adiabatica de saturacion para
maximizar al maximo la remocion de S02. Sin embargo, el exceso de humedad causa la deposition
de solidos humedos en el absorbedory en el equipo corriente abajo. La temperatura optima es de
10 °C a 15 °C (20 °F a 50°F) pordebajo de la temperatura de saturacion (Srivastava, 2000). Debido
a la limitation de la humedad en el gas, deben utilizarse relaciones L/G mas bajas,
aproximadamente de 1:3 (Schnelle, 2002). El gas de salida con altas concentraciones de S02 o con
altas temperaturas reducen el desempeno de la torre de limpieza (Schnelle, 2002).
Las eficiencias de control de S02 en las torres de limpieza de aspersion en seco son ligeramente
mas bajas que aquellas de los sistemas humedos, entre 80% y 90% debido a su baja reactividad
y relaciones de L/G. La aplicacion de un solo absorbedor de aspersion en seco esta limitada a
unidades de combustion de menos de 200 MW (2,000 MMBtu7hr)(IEA,2001). Las unidades de
combustion mas grandes requieren multiples sistemas de absorbedores. El costo de capital y de
operation de las torres de limpieza de aspersion en seco es mas bajo que el de las torres de
limpieza humedas porque no se requiere el equipo para el manejo de los residuos humedos.
Ademas, puede utilizarse acero al carbon para construir el absorbedor ya que el gas es menos
humedo. Las aplicaciones tipicas incluyes unidades generadoras de electricidad que queman carbon
de contenido bajo o medio de azufre, calderas industriales e incineradores de residuos municipales
que requieren una eficiencia de control de S02 del 80% (Schnelle, 2002).
Sistemas Secos
Los sistemas de inyeccion de sorbente seco, inyectan neumaticamente el sorbente en polvo
directamente dentro de la chimenea, el economizador o del ducto corriente abajo. El producto de
desecho seco es removido usando equipo de control de particulado tal como una caja de bolsa o
un precipitador electrostatico (ESP). El gas de salida es generalmente enfriado antes de entrar el
dispositivo de control de MP. Agua puede ser inyectada corriente arriba del absorbedor para
aumentar la remocion de S02 (Srivastava, 2001).
La inyeccion en el homo requiere de temperaturas del gas de combustion entre 950°C y 1000°C
(1740°F to 1830°F) para descomponer al sorbente en solidos porosos con areas superficiales altas
(Srivastava 2001). La inyeccion dentro del economizador requiere de temperaturas de 500°C a
570°C (930°F a 1060°F) (Srivastava 2001). La inyeccion en el conducto requiere la dispersion de
un rocio fino de sorbente en el gas de salida corriente abajo del pre-calentadorde aire. La inyeccion
EPA-CICA Hoja de Datos
5
Desulfuracion del Gas de Chimenea

-------
debe occurrira temperaturas entre 150°C y 180°C (300°F y 350°F) (Joseph, 1998).
Tipicamente, los sistemas de sorbente seco usan reactivos alcalinos en base de calcio o
sodio.Tambien hay disponible un gran numero de reactivos patentados. Un sistema de inyeccion
tipico usa varias lancetas de inyeccion que sobresalen de las paredes del homo o del conducto. La
inyeccion de agua corriente abajo de la inyeccion del sorbente incrementa la remocion de S02 del
sorbente.
Para una remocion alta de S02, son criticas una distribution uniforme del sorbente a traves del
reactor y un tiempo de residencia adecuado (Srivastava, 2001). El gas de salida debe mantenerse
entre 10 °C y 15 °C (20 °F y 50 °F) por debajo del la temperatura de saturation para minimizar los
depositos en el absorbedory en el equipo corriente abajo.
Las torres de limpieza en seco tienen costos de capital y anuales significativamente mas bajos que
los sistemas humedos porque son mas simples, demandan menos agua y la disposicion de residuos
es menos complicada. Los sistemas de inyeccion en seco se instalan facilmente y ocupan menos
espacio, por lo tanto, son buenos candidatos en aplicaciones de reconversion. Las eficiencias de
remocion de S02 son significativamente mas bajas que aquellas de los sistemas humedos, entre
50% y 60% para sorbentes en base a calcio. La inyeccon de sorbente seco con base de sodio
puede alcanzar hasta un 80% de eficiencia de control (Srivastava, 2001). La inyeccion de sorbente
seco es considerada como la tecnologia emergente de control de S02 para aplicaciones industriales
pequenas. Las aplicaciones mas recientes de inyeccion de sorbente seco en calderas pequenas de
carbon han alcanzado eficiencias de control de S02 de mas del 90%.
Ventajas:
Altas eficiencias de remocion de S02, de 50% hasta 98%.
Los productos de la reaction pueden ser reutilizables.
La dificultad de reconversion es moderada o baja.
Los reactivos son economicos y estan facilmente disponibles.
Desventajas:
Altos costos capitales y de O&M.
Incrustation y deposition de solidos humedos en el absorbedor y en el equipo corriente
abajo.
Los sistemas humedos generan un producto de desecho humedo y pueden causar una
pluma visible
No pueden ser usados para concentraciones de S02 en gases residuales mayores de 2,000
PPm.
La disposicion de los residuos aumenta significativamente los costos de O&M.
Referencias:
Cooper, 2002. Cooper, C.D. and Alley, F.C. Air Pollution Control: A Design Approach. Waveland Press,
Inc. Prospect Heights, IL, 2002.
EPA, 2000. Srivastava Ravi K. Controlling S02 Emissions: A Review of Technologies. US Environmental
Protection Agency, Office of Research and Development. EPA/600/R-00/093. Washington, D.C. 2002.
http://www.epa.qov/ordntrnt/ORDAA/ebPubs/so2/index.html
EPA-CICA Hoja de Datos
6
Desulfuracion del Gas de Chimenea

-------
FETC, 1996. Electric Utility Engineer's FGD Manual, Volume 1: FGD Process Design. Department of
Energy, Federal Energy Technology Center. Morgantown, WV, 1996.
IEA, 2001. " Coal Research, Sorbent Injection Systems for S02 Control", Clean Coal Technologies
Database. http://ww.iea-coal.orq.uk/CCTdatabase/sorbinq.htm.
Joseph, 1998. Joseph, G. T. and Beachler, D.S. "Scrubber Systems Operation Review APTI Course".
Developed by North Carolina State University under EPA Cooperative Assistance Agreement. Raleigh,
N.C 1998.
Schenelle, 2002. Schenelle, K.B. Jr and Brown, C.A. Air Pollution Control Technology Handbook. CRC
Press LLC. Boca Raton, FL. 2002.
Smith 2001. Smith, Douglas. "S02 Controls: Cost of Scrubbers down to $100/kW'. Power Engineering,
September, 2001.
Srivastava, 2001. Srivastava R. K., and l/l/. Josewicz.. "Flue Gas Desulfurization: The State of the Art".
Air and Waste Management Assoc., 51:1676-1688, 2001.
EIA, 2002. EIA-767 Database; Annual Steam-Electric Plant Operation and Design Data, 2001. Energy
Information Administration, Department of Energy. November 26, 2002.
http://www.eia.doe.gov/cneaf/electricitv/paqe/eia767.html
EPA-CICA Hoja de Datos
7
Desulfuracion del Gas de Chimenea

-------