Enfriadores de Clinker Loktechltda

1

Enfriadores de clinker

Seminario de Hornos 2007 / San Sebastián

HGRS/MS/TPT/Stefan Gross

2

03.05.2007/ZRHolcim Group Support Enfriadores de Clinker

Contenido

Tarea y eficiencia del enfriador

Tipos de enfriadores

Enfriadores de satélites y tubular Enfriadores de parrilla

Últimos desarrollos y enfriadores modernos

2

3


Objetivos

Conocer

El funcionamiento de los enfriadores a parrilla y rotatorios (a satélites)

Los enfriadores y sus problemas, ventajas y desventajas

rasgos de diseño de enfriadores actuales

tendencias de desarrollo

4


Contenido





3

5


Tarea del enfriador de clinker

Enfriamiento de clinker

Recuperación de calor producción de aire caliente

Transporte lento del clinkertiempo de retención

Impermeable para clinker y aire

6


Características de un buen enfriador

disponibilidad ilimitada

máxima recuperación de calor

mínimo aire de enfriamiento

4

7


Q aire caliente al horno Σ Q pérdida

η enfriador = = 1 -Q clinker del horno Σ Q clinker del horno

Eficiencia del enfriador η enfriador

Calor del clinker caliente Q cli = m cli * cp cli * (t cli - t ref)

Calor en el aire caliente Q aire = v air * cp air * (t air - t ref)

Pérdida de radiación Q rad = C R * ε * A{(t/100)4 - (t/100)4)}

8


Flujo de energía (Enfriador de parrilla)Combustibles3’000 kJ/kg cli

Combustibles + aire secundario+ aire terciario4’065 kJ/kg cliClinker frío

65 kJ/kg cli

Aire de escape350 kJ/kg cli

Radiación20 kJ/kg cli

Clinker caliente1’500 kJ/kg cli

Recuperación1’065 kJ/kg cli

71% de eficiencia

5

9


Contenido





10


Tipos de enfriadores de clinker

Rotatorio: Enfriador de satélites (planetario)

Enfriador tubular

Parrilla: Enfriador de parrilla de tipo cadena (RECUPOL)

Enfriadores de parrilla

Enfriador de “Crossbar” (FLS-Fuller)

Vertical: Enfriador gravitatorio (“G-cooler” de CPAG)

Enfriador vertical (no es una alternativa viable)

6

11


Contenido



Enfriadores de satélites y tubularEnfriadores de parrilla


12


Enfriador de satélites I

7

13


Enfriador de satélites II

14


Enfriador de satélites, balance térmico (optimista)

9

18

7

32

4

6

5

1’256kJ

1’675kJ

20% 327kJ

929kJ70%

70kJ22%

21kJ

126kJ

1327kJ

75%

21kJ

( Example: FLS Unax Planetary Cooler)

8

15


Enfriador de satélites, perfil de temperaturas

air velocity

AIRE SECUNDARIO

16


Enfriador de satélites (internos)

9

17


Enfriador de satélites (internos)

18


Enfriador Planetario: Rango de parámetros de control

Consumo térmico 3500 5000 kJ/kgEficiencia 55% 68% %Tª aire secundario 730 600 °CAire enfriamiento específ. 0,9 1,3 Nm3/kgCarga superficial t/m2 dCarga sección transversal t/m2 dVelocidad aire en el tubo m/sVelocidad aire en el codo m/s

1.8 - 2.070 - 80< 4.5< 25

10

19


Enfriador Planetario: Problemas típicos

7) Corta vida útil de las aletas levantadoras

2) Temperatura desigual

1) Temperatura excesiva de clinker

3) Salida de polvo de clinker

5) Falta de las barras trituradoras

4) Velocidad excesiva del aire secundario

6) Fisuras en la virola

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Enfriador de satélites IVVentajas

menor consumo de energía eléctrica

operación fácil

sin aire de escape (desempolvado)

Desventajas

caro en mantenimiento

ningún control sobre distribución y flujo de clinker

más polvo en la zona de sinterización

No es posible instalación de un calcinador de aire terciario

pocas posibilidades para aumentar capacidad

emisiones de ruido (80 - 100 dB)

11

21


Enfriador tubular

22


Contenido





12

23


Enfriador de parrilla

Elementos principales

Carcasa con cabezote, conexiones de aire

Parrilla de movimiento alternativo con accionamiento

Sistema de aireación (ventiladores, ductos, compartimentos)

Sistema de tolvas y extracción de cribado

Trituradora de clinker

24


Principio de enfriamiento

Presión positiva!

Aire caliente hacia el horno

Presión poco negativa!

Aire caliente hacia el filtro

Clinker calienteentrando

Clinker enfriadosaliendo

Parrilla

Aire de enfriamiento

13

25


Enfriador de parrilla (terminología)

26


Presión de aire de enfriamiento

p1 p2 p3 p4 p5

Δpexp

Δpcli

p,

x

Δpexp

Δpcli

TΔpexp = f(T)

p1 > p2 > p3 >..... pn

14

27


Influencia de la granulometría del clinker I

(Vair / mcli)fine

FINE

Tcli [°C]

t [s]

FINO

= (Vair / mcli)medium

MEDIUM

Tcli [°C]

t [s]

MEDIO

= (Vair / mcli)coarse

COARSE

Tcli [°C]

t [s]

GRUESO

28


Influencia de la granulometría del clinker II

Vg Rf + Rp=

Vf Rg + Rp

Vg= 1 si Rp >> Rf, Rg

Vf

Distribución de aire:

grueso fino

Rg Rf

distribución

de aire

aire

Vg

Rp – Resistencia de parrilla

Vf

15

29


Influencia de segregación en la salida del horno

Fino Grueso

Compensación

Rotación

30


Efecto de la altura del lecho de clínkerClinker Cooler Recuperation Efficiency

60

62

64

66

68

70

72

74

76

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Bed height [m]

Rec

uper

atio

n ef

ficie

ncy

[%]

Rango práctico

Recuperación

Rec

uper

ació

n[%

]

Altura del lecho [m]

16

31


Efecto de la altura del lecho de clinker

32


Impacto de la recuperación de calor en el consumo del horno

Effect of cooler recuperation efficiency on system heat consumption

2950

3000

3050

3100

3150

3200

3250

62 64 66 68 70 72 74 76

Cooler η [%]

Syst

em h

eat c

onsu

mpt

ion

[kJ/

kg c

li]C

onsu

mo

térm

ico

horn

o[k

J/kg

cli]

Recuperación [%]

17

33


HGRS reglas de diseño para enfriadores de parrilla

Carga especifica de parrilla: < 45 t/(m2d)

Carga especifica del ancho: 1000 – 1500 t/(m d)

Aire de enfriamiento: > 2.0 Nm3/kg cli

Presión del 1er ventilador: >100 mbar

Estimados resultandoVelocidad de parrilla 10 to 15 empujes/minTemperatura de clinker ~90 + Tª ambienteRecuperación a los 3100 kJ/kg ~70 %

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Rangos de parámetros de enfriador de parrilla

Consumo térmico 3000 3500 3500 5000 kJ/kgRecuperación 71% 76% 68% 64% %T aire sec & tert 1070 990 890 610 °CT aire sec 1230 1170 940 - °CT aire tert 950 850 850 - °CT aire residual 300 300 240 200 °CVelocidad de parr. min-1Presión 1er parr. mbarCarga especifica t/d m2Aire de enfriamiento Nm3/kg* Aire terciario de la cabeza del horno

Convencional

45 - 501.8

10 - 2045 - 5535 - 45

2.3

Moderno

10 - 1580 - 100

18

35


Enfriador de parrilla que viaja

Concepto de transporte:

M

36


Enfriador de parrilla que viajaRECUPOL de Polysiusautorización a Allis Chalmers (USA)

Diseño similar a precalentador de parrilla (LEPOL)

☺ La parrilla regresa sin material, permite el cambio de placasdurante la operación

☺ No mezcla la cama (lecho) de clinker (el clinker se mueve con la placa)!

La entrada de enfriador es la parte crítica; las nuevas instalaciones tienen la entrada enfriada con agua

Difícil sellar los compartimentos bajo parrilla

Mecánica compleja; costo de mantenimiento alto

19

37


Enfriador RECUPOL (Polysius)

38


Enfriador de parrilla de movimiento alternativo

20

39


Enfriador de parrilla de movimiento alternativo

Concepto de transporte

40


Problemas típicos de un enfriador de parilla

Placasquemadas

Muñeco

Geyser(penetración de

aire)

endurecimientoRío rojo

Lechobajo

Pérdidas de polvo

selloreducido

Clinkercayendo Clinker

caliente

Temperaturaelevada en

aire de exceso

Recirculación de

polvo

21

41


Rio rojoUn río rojo es clinker finofluidizado por aire encima del la lecho de clinker

Avanza mas rápido que el lecho de clinker (menostiempo de residencia), estámas caliente que el lecho

Efecto:Daño del sello del ladoRecuperación reducida

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“Muñeco“ (hombre de nieve)

Un “muñeco“ empieza quando el clinker caliente se pega al enfriadoren las primeras filas del enfriador y el material siguiente y se amontona.

Si no se remueve immediatamente(ej. con cañones de aire) el “muñeco”puede llegar hasta el horno y se tieneque remover manualmente.

1 – 2 dias de horno parado!

Efecto:Mala distribución de clinkerParada de horno

22

43


Endurecimiento

Clinquer granulado se acumula en la entrada del enfriador. La fase liquida aún fluida se solidifica en la entrada (al llegaren contacto con el aire secundario „frio“) y forma grumosde clinquer

Problema más pronunciado con seccion de entrada inclinada y fija

Efecto:Mala distribución de aireClinquer caliente en la salidas del enfriador

44


Enfriador de parrilla convencional: Separaciones y orificios

Separación entre la placa y la pared

Separación entre placas

OrificiosSeparación transversal

23

45


La clave para enfriadores de parrilla eficientes

Asignación correcta (= proporción) del aire de enfriamiento al clinker

Anchos sostenibles de holguras en todo el enfriadorentre placas

hilerasplacas y pared

46


Aireaciones típicas

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

1 2 3 4 5 6 7 8

Air compartment

Spec

ific ae

ratio

n (m

3/m2 s

)

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

Unde

rgra

te p

ress

ure

(mba

r)

Specific cooling air volume (measured)

Undergrate pressure (measured)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Air compartment

Spec

ific ae

ratio

n (m

3/m2 s

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Unde

rgra

te p

ress

ure

(mba

r)

Specific cooling air volume (measured)

Undergrate pressure (measured)

Sin entrada fija Con entrada fija

Nota: La aireación específica refleja la velocidad promedia del aire frío sobre la parilla (m3/m2 sec = m/sec)

24

47


Aireaciones típicasAltura del cono de clinker en la entrada fija en función de la aireación

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Características clave para enfriadores modernos

Sección de entrada inclinada y fija

Placas modernas de parrillaimpermeable, alta Δp, térmicamente flexible

Ventiladores con presión más alta y flujos más bajos

Regulación individual de la aireación

Placas modernas de cierre lateral y fijación de las placas

Trituradora de rodillos

25

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Enfriador moderno: IKN Pendulum Cooler

50


IKN Pendulum Cooler: Características principalesEntrada fija KIDS

Placa “Coanda” con resistencia integral

Diseño de la parrilla con anchos sostenibles de holgura

Suspensión de la parrilla “Pendulum”

Transmisión hidráulica con característica optimizada

Trituradora de rodillos compacta con motores eléctricos

Escudo de calor retráctil

Salida de polvo de clinker neumático (Pneumatic Hopper Drain)

26

51


IKN Suspensión de parrila pendular

52


IKN Coanda placa tobera

27

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Langley-CPT Enfriador: Características principalesModulo de alta eficiencia (‘HE Module’) para <= ~5500 t/d‘Cross Motion Grate’ (CMG) por > ~5500 t/d

Placas con protección de desgaste (placa con ranura), sin caída de clinker (placas ‘Mulden’ todavía disponible)

Parrillas inclinadas y horizontales

Aireación: directa (ductos), fishbone (híbrido), compartimento

Suspensión de parrilla ‘Compact Swing’

Suspensión de parrilla pendular C S

Accionamiento hidráulico

Trituradora de rodillos con accionamiento hidráulico

Radar de nivel para medición de altura de cama

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Tecnología antigua de BMH-CPAG I

Placa de parrilla ranurada con protección al desgaste

Aiereacion de espinade pescado

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Tecnologías antiguas de BMH-CPAG II

“Compact Swing”Suspension de parrilla pendular

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Langley-CPT: Tecnología actual (III)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

123456789

101112131415161718

Parrilla de movimiento transversal

29

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Polysius Repol: Características principales

Entrada fija con cañones de aire integrados

Protección de desgaste: Placas ‘Jet Stream’

Aireación: directa (tubos) y cámara

Guía central de parrilla

Accionamiento hidráulico

Trituradora de rodillos con accionamientohidráulico

Trituradora intermedia o final

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Polysius Entrada fija

Aire deEnfriamiento

30

59


Placa ‘Jetstream’ de Polysius

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Beneficios de la tecnología moderna de enfriadores

Buena operación del enfriadorOperación del horno más estableRecuperación altaControl del “río rojo”Menor o ninguna pérdida de clinker a través de la parrillaSistema de desempolvado más pequeño (de 3 a 2 Nm3/kg 30% menos!Enfriador más compacto (espacio, estructura civil); de 30 a 45 t/d m2 30% menos!Menos gastos de mantenimientoConsumo eléctrico más bajo

31

61


Problemas de enfriadores modernos I

Aireación directa:Desgaste de placas por “aire de escape” (aire de cámarainadecuado)

Eficiencia alta:Vida reducida de los segmentos del anillo de retención y el refractario del quemador por aire secundario muy caliente (hasta 1250 °C)

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Problemas de los enfriadores modernos II

Desgaste del frente de las placas por aire recirculante debido a la presión del aire de cierre inadecuada (aireación forzada / directa)

32

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Desarrollos especiales: REPOL ZS (Polysius)

Two layer cooler (2003: discontinued)

Buc

64


Contenido





33

65


Enfriadores de parrilla fija

Parrilla completamente fija

Piezas separadas para el transporte


66


FLS-Fuller barras cruzadas: Características principales

Parrilla fija; ninguna hilera móvil

Barras cruzadas para el transporte de clinker

Reguladores mecánicos para el flujo de aire; 1 por placa

Módulos estándares; preinstalados

Velocidades diferentes sobre la anchura

Tamaño < 45 t/m2 d

Aire instalado: ~2.0 Nm3/kg

34

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Barras cruzadas: Diseño “Crossbar” I

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SF Enfriador de barras cruzadas: Diseño “Crossbar” II

35

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SF Enfriador de barras cruzadas : Mechanical Flow Regulator (MFR)

FLUJO DE AIRE CONSTANTE

Alta resistencia del

lecho

Baja resistencia del

lecho

Diferencia de presión de compuerta

más alta Δ P

Diferencia de presión de compuerta

más baja Δ P

70


Clinker transportado por modulos móviles encima de la parrilla, movimiento de “parrilla móvil”

Parrilla fija; no hay filas moviendose

Reguladores de flujo (‘flow switches’) en unas placas de la zona de recuperación

No hay clinker cayendo -> no hay necesidad de transporte de clinker debajo de la parrilla, alturareducida

Sistema modular

Posibilidad de variación de la velocidad de parrilla sobresu ancho

Enfriador Polytrack (Polysius)

36

71


Enfriador Polytrack: Concepto de Transporte

Dirección de transporte

(Slide by courtesy of Polysius)

72


Enfriador Polytrack

37

73


Start position

Forward strokelane 1-5

1

Backward strokelane1 and 4

Backward strokelane 2 and 5

Backward strokelane 3

2345

12345

12345

12345

12345

Enfriador de “Parrilla Móvil“


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Transporte de clinker por medio de filas de parrilla paralelasparecidas a la parrilla móvil

Entrada fija (Modulo HE)

Parrilla principal horizontal (inclinación negativa posible)

Posibilidad de variación de la velocidad de parrilla sobre la anchura

No hay clinker cayendo -> no hay necesidad de transporte de clinker debajo de la parrilla, altura reducida

Todas las partes soldadas (sin partes coladas)

Sistema modular

Diseño simple, costo bajo del enfriador

Primera aplicación industrial en Siggenthal (Suiza)!

CPT: Enfriador Eta (η-Cooler )

38

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CPT: Enfriador Eta (η-Cooler )

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Beneficios de la Trituradora de Rodillos

Compensación de picos del flujo de materialVelocidad baja = desgastebajoBaja generación de polvohacia el aire de excesoMenor riesgo de atascos porpiezas grandesAsunto en discusión: Inversiónmás alta en comparación a una trituradora de martillos

39

77


Trituradora de Clinker: Martillos contra Rodillos

SIN PROBLEMA

ATASCO!

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Enfriador de parrilla:Problemas mecánicos y térmicos de la sección de entradaMala distribución del clinker sobre la anchuraProblemas graves de rio rojoEnfriador en condición mecánica aceptableEl objetivo no es un gran incremento de la producción(< 45 t/(m2 d)

Solución: Entrada Fija

Condiciones Previas para la Mejora de un Enfriador

Enfriadores planetariosTemperatura de clinker elevada (inaceptable para equiposiguiente)

Solución: G - cooler

40

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Mejoras de una sección fija de entradaAlcance

Reemplazo de 5 a 7 filas por entrada fijaReemplazo de 1 a 3 ventiladores siguientes

Beneficio:Eliminación de desgaste, caída de clinker, placas quemadasMejora la distribución de clinkerPermite un lecho más alto

ValoraciónSolución probadaRealización durante parada planeadaCosto bajo: appr. 250‘000 a 400‘000 USDRetorno de inversión corto

80


Mejoras de una sección fija de entrada

Satarem CemProTec

IKN Polysius

41

81


Mejora de planetario por G - Cooler(CPT)Clinker from planetary cooler

G-cooler = Gravity cooler (clinker conveying by gravity)

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G - Cooler

Aire

Clinker

42

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Mejora de planetario por G - CoolerAlcance

Transporte nuevo de enfr. planetario a G-coolerG-cooler completo con ventiladores

Beneficio:Clinker mas fríoAire de exceso sin polvo

Valoración:Solución probadaSin incremento de producción (limitado por enfr. planetario)Costo alto (CAPEX costo de operación mas alto)

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Recuperación Consumo térmico

Fluctuaciones Operación del horno

Ciclo de polvo Desgaste

Vida de placas Disponibilidad horno

Mantenimiemto

Espacio de ConstrucciónEnfriador RENDIMIENTO

Consumo eléctrico

Temp. de clinker Manejo

Calidad de cemento

Sistema de molienda

Calidad de clinker Molturabilidad

Aire de escape Tamaño del filtro

Impacto del enfriador en el rendimiento de la planta

Enfriadores de Clinker Loktechltda

Documents