En la producción de cemento, la reducción de las emisiones de óxido de nitrógeno (NOₓ) es tanto una obligación ecológica como una necesidad reglamentaria. Tecnologías como la reducción selectiva no catalítica (SNCR) y la reducción selectiva catalítica (SCR) se han convertido en métodos eficaces para cumplir los límites de emisiones, sobre todo en virtud de la Directiva sobre emisiones industriales de la UE. Aunque los principios químicos subyacentes están bien establecidos, el éxito de cada método depende de un factor a menudo subestimado: la forma en que se inyecta el agente reductor en el proceso.
SNCR y SCR, principios técnicos y relevancia industrial
Los sistemas SNCR inyectan un agente reductor a base de nitrógeno (normalmente amoniaco acuoso o urea) directamente en la corriente de gas a alta temperatura del horno. La reacción con el NOₓ se produce en un estrecho intervalo de temperaturas de aproximadamente 850 °C a 1.050 °C. Al no necesitar catalizador, el SNCR ofrece una configuración más sencilla y una mayor flexibilidad espacial. Sin embargo, su eficacia depende en gran medida de una distribución homogénea del reactivo y de una ventana de temperatura correcta entre todos los escenarios de producción.
Los sistemas SCR, por el contrario, permiten la reacción en una superficie del catalizador a temperaturas más bajas (en torno a 200-400 °C), consiguiendo mayores índices de reducción de NOₓ (a menudo superiores al 90 %) y un escape mínimo del amoníaco (<10 mg/Nm³). Sin embargo, la SCR implica unos costes de inversión mucho más elevados (hasta 10 veces más que la SNCR), requiere más espacio y es sensible al polvo. Las condiciones fluctuantes de los gases y las elevadas cargas de polvo pueden afectar al rendimiento del catalizador.
Además, el contenido básico de amoníaco en la harina cruda puede influir en la elección de la tecnología deNOₓ. Dado que los sistemas SNCR sólo añaden amoníaco, unos niveles elevados de amoníaco en la harina cruda combinados con unos límites de emisión bajos pueden hacer inviable la SNCR, convirtiendo la SCR en la única opción viable en algunos casos.
La tecnología de inyección como factor crítico de éxito
Independientemente del sistema elegido, el método de inyección del agente reductor en la corriente de gas desempeña un papel decisivo a la hora de conseguir una reducción constante de NOₓ, minimizando al mismo tiempo el consumo de reactivo y los efectos secundarios como el escape de amoníaco o la incrustación del catalizador.
El diseño de la boquilla tiene un impacto directo en el tamaño de las gotas y el patrón de pulverización. Las gotas más grandes se evaporan más lentamente y es más probable que el amoníaco no reaccione en los gases de escape. Las gotas finas, idealmente por debajo de 100 micras, son cruciales para una evaporación eficiente del reactivo y una reducción eficaz de NOₓ. Las boquillas de doble fluido, que utilizan aire comprimido o vapor para atomizar el reactivo, se utilizan habitualmente para conseguir esta pulverización fina y consiguiendo una alta relación de reducción.
La posición correcta de la lanza es igualmente importante. Las zonas de temperatura dentro del horno no suelen ser uniformes y cambian con el tiempo. Sin una posición adecuada y sin la opción de poder inyectar en diferentes alturas, el reactivo no podrá llegar a la zona de temperatura efectiva, comprometiendo la reacción o aumentando el escape de amoniaco. Los sistemas de inyección multinivel ajustables ayudan a mantener la eficacia en condiciones cambiantes.
En los sistemas SCR, es esencial una distribución uniforme del reactivo antes del catalizador. Una mezcla deficiente puede provocar una sobrecarga localizada o una infrautilización de la superficie del catalizador, lo que provoca un desgaste desigual y una reducción de la eficacia global. Esto es especialmente crítico en grandes conductos o configuraciones de múltiples flujos, donde el flujo de gas es muy turbulento.
De la penetración profunda a la cobertura amplia: boquillas Lechler para cada necesidad de inyección
Estos factores plantean grandes exigencias en cuanto a rendimiento, durabilidad y flexibilidad de integración de las boquillas. En Lechler abordamos estos retos con una amplia gama de soluciones de boquillas diseñadas específicamente para el proceso deNOx. Nuestra cartera de productos incluye boquillas Laval con un ángulo de pulverización estrecho de 15° para una penetración profunda, generando gotas finas que garantizan una evaporación y reacción del NOₓ óptimas. También ofrecemos boquillas especiales adaptadas a los requisitos del amoníaco acuoso (Laval 1AW) o la inyección de urea (KSD – 1UR), que garantizan una alta calidad de pulverización y una larga vida útil. Y también boquillas de ángulo amplio como “Laval flat-fan” o VarioJet con ángulos de pulverización de hasta 90°, ideales para conseguir una amplia cobertura de reactivo en conductos grandes y garantizar una distribución homogénea.
Las boquillas de Lechler ofrecen un control preciso de la pulverización y un bajo mantenimiento. Nuestra experiencia en aplicaciones y nuestros diseños de sistemas modulares ayudan a los operadores de plantas a cumplir de forma fiable los objetivos de emisiones, al tiempo que optimizan el consumo de reactivos y reducen los costes operativos.
Conclusión
Tanto la SNCR como la SCR ofrecen soluciones viables para la reducción de NOₓ en la producción de cemento, pero ninguno de los dos sistemas aprovecha todo su potencial sin un sistema de inyección cuidadosamente diseñado e implementado. La selección de boquillas, la calidad de la pulverización, el control del tamaño de las gotas y la integración flexible del sistema son factores críticos para garantizar la eficiencia, el cumplimiento de las normas medioambientales y la rentabilidad.
Lechler ofrece soluciones de boquillas a medida que permiten a las plantas de cemento superar los retos de la reducción de NOₓ con confianza, precisión y fiabilidad a largo plazo.
