Enfriadores de Clinker Loktechltda

Enfriadores de clinker

Seminario de Hornos 2007 / San Sebastián HGRS/MS/TPT/Stefan Gross

Contenido 

Tarea y eficiencia del enfriador



Tipos de enfriadores 





Enfriadores de satélites y tubular Enfriadores de parrilla

Últimos desarrollos y enfriadores modernos

2

Holcim Group Support

Enfriadores Enfriadores de Clinker

03.05.2007/ZR

1

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

3



03.05.2007/ZR

Contenido 




Tipos de enfriadores  





4



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2

Tarea del enfriador de clinker 

Enfriamiento de clinker



Recuperación de calor producción de aire caliente ¤



Transporte lento del clinker tiempo de retención ¤



Impermeabl Impermeablee para clinker clinker y aire

5



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Características de un buen enfriador máxima recuperación de calor

disponibilidad ilimitada mínimo aire de enfriamiento

6



03.05.2007/ZR

3

Eficiencia del enfriador

enfriador

Q aire caliente al horno enfriador

=

Q pérdida =

1 -

Q clinker clinker del horno

Q clinker clinker del horno

Calor Calor del clinke clinkerr calien caliente te Q cli = m cli * cp cli cli * (t cli - t ref) Calo Calorr en en el el air airee cal calie ient ntee Q aire = v air * cp air * (t air - t ref) Pérdida de radiación

Q rad = C R * ε * A{(t/100)4 - (t/1 (t/100 00))4)} 7



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Flujo de energía (Enfriador de parrilla) Combustibles 3’000 kJ/kg cli

71% de eficiencia

Recuperación 1’065 kJ/kg cli Combustibles + aire secundario + aire terciario 4’065 kJ/kg cli

Clinke Clinkerr frío 65 kJ/kg kJ/kg cli

Clinker Clinker caliente caliente 1’500 kJ/kg cli

Aire de escape 350 kJ/kg kJ/kg cli Radiación 20 kJ/kg kJ/kg cli



8 03.05.2007/ZR

4

Contenido 









9


Enfriadores de Clinker

03.05.2007/ZR

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)

10



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5

Contenido 









11



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Enfriador de satélites I

12



03.05.2007/ZR

6

Enfriador de satélites II

13



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Enfriador de satélites, balance térmico (optimista)

20% 327kJ 1’256kJ

9

75%

8 1’675kJ

1 21kJ 2

7

929kJ 70%

21kJ 6

3

126kJ 5

1327kJ

70kJ

( Example: FLS Unax Planetary Cooler)

4 22%

14



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7

Enfriador de satélites, perfil de temperaturas air velocity

AIRE SECUNDARIO

15



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Enfriador de satélites (internos)

16



03.05.2007/ZR

8

Enfriador de satélites (internos)

17



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Enfriador Planetario: Rango de parámetros de control Consumo térmico

Eficiencia Tª aire secundario Aire enfriamiento específ. Carga superficial Carga sección transversal Velocidad aire en el tubo Velocidad aire en el codo

3500 5000 55% 68% 730 600 0,9 1,3 1.8 - 2.0 70 - 80 < 4.5 < 25

kJ/kg % °C Nm3/kg t/m2 d t/m2 d m/s m/s

18



03.05.2007/ZR

9

Enfriador Planetario: Problemas típicos 4) Velocidad excesiva del aire secundario 5) Falta de las barras trituradoras

1) Temperatura excesiva de clinker

2) Temperatura desigual

3) Salida de polvo de clinker

6) Fisuras en la virola 7) Corta vida útil de las aletas levantadoras 19



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Enfriador de satélites IV Ventajas

Desventajas



menor consumo de energía eléctrica



operación fácil



sin aire de escape (desempolvado)



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) 20



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10

Enfriador tubular

21



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Contenido 









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11

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

23



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Principio de enfriamiento Aire caliente hacia el horno

Aire caliente hacia el filtro

Clinker caliente entrando Presión poco negativa!

Parrilla

Presión positiva!

Clinker enfriado saliendo Aire de enfriamiento Holcim Group Support


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12

Enfriador de parrilla (terminología)

25



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Presión de aire de enfriamiento p, T Δ p exp

= f(T)

p 1 > p 2 > p 3 >..... p n

Δ p exp Δ p exp Δ p cli

Δ p c li

x p1

p2

p3

p4

p5

26



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13

Influencia de la granulometría del clinker I FINE FINO

MEDIO MEDIUM

Tcli [°C]

COARSE GRUESO

Tcli [°C]

Tcli [°C]

(Vair / mcli)fine

t [s]

t [s]

t [s]

=

=

(Vair / mcli)medium

(Vair / mcli)coarse 27



03.05.2007/ZR

Influencia de la granulometría del clinker II Rg

Rf

grueso

fino Rp – Resistencia de parrilla

distribución

Vg

Vf

Distribución de aire:

Vg

de aire

Rf + Rp =

Vf

Rg + Rp

Vg aire Holcim Group Support

= 1 si Rp >> Rf, Rg Vf Enfriadores de Clinker

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14

Influencia de segregación en la salida del horno Rotación

Compensación

Fino

Grueso

29



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Efecto de la altura del lecho de clínker Clinker Cooler Recuperation Efficiency Recuperación 76 ] 74 % [ y 72 ] c % n [ e 70 i n c i ó f i f c e 68 a r n e o i p t 66 a u r c e e p 64 R u c e R62

Rango práctico

60 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Bed height [m] Altura del lecho [m] 30



03.05.2007/ZR

15

Efecto de la altura del lecho de clinker

31



03.05.2007/ZR

Impacto de la recuperación de calor en el consumo del horno Effect of cooler recuperation efficiency on system heat consumption

3250 ] ] i i l l c c g g 3200 k k / / J J k k [ [ o n 3150 n o i r t o p h m o u 3100 c s i n m o r c é t t a 3050 o e m h u s m n e t o s 3000 C y S

2950 62

64

66

68

70

72

74

76

Recuperación Cooler [%][%] 32



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16

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 resultando Velocidad de parrilla Temperatura de clinker Recuperación a los 3100 kJ/kg   

10 to 15 empujes/min ~90 + Tª ambiente ~70 %

33



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Rangos de parámetros de enfriador de parrilla Moderno Consumo térmico 3000 3500 Recuperación 71% 76% T aire sec & tert 1070 990 T aire sec 1230 1170 T aire tert 950 850 T aire residual 300 300 Velocidad de parr. 10 - 15 Presión 1er parr. 80 - 100 Carga especifica 45 - 50 Aire de enfriamiento 1.8 * Aire terciario de la cabeza del horno

Convencional 3500 5000 68% 64% 890 610 940 850 240 200 10 - 20 45 - 55 35 - 45 2.3

kJ/kg % °C °C °C °C min-1 mbar t/d m2 Nm3/kg

34



03.05.2007/ZR

17

Enfriador de parrilla que viaja Concepto de transporte:

M

35



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Enfriador de parrilla que viaja 

RECUPOL de Polysius autorización a Allis Chalmers (USA)



Diseño similar a precalentador de parrilla (LEPOL)

☺

La parrilla regresa sin material, permite el cambio de placas durante 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 36



03.05.2007/ZR

18

Enfriador RECUPOL (Polysius)

37



03.05.2007/ZR

Enfriador de parrilla de movimiento alternativo

38



03.05.2007/ZR

19

Enfriador de parrilla de movimiento alternativo Concepto de transporte

39



03.05.2007/ZR

Problemas típicos de un enfriador de parilla Lecho bajo Recirculación de polvo

Temperatura elevada en aire de exceso

Geyser (penetración de aire)

Río rojo

endurecimiento

sello reducido

Muñeco

Placas quemadas

Clinker cayendo

Clinker caliente Pérdidas de polvo 40



03.05.2007/ZR

20

Rio rojo 

Un río rojo es clinker fino fluidizado por aire encima del la lecho de clinker



Avanza mas rápido que el lecho de clinker (menos tiempo de residencia), está mas caliente que el lecho



Efecto: Daño del sello del lado Recuperación reducida  

41



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“Muñeco“ (hombre de nieve) 

Un “muñeco“ empieza quando el clinker caliente se pega al enfriador en 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 tiene que remover manualmente. 



1 – 2 dias de horno parado!

Efecto: Mala distribución de clinker Parada de horno  

42



03.05.2007/ZR

21

Endurecimiento 

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



Problema más pronunciado con seccion de entrada inclinada y fija



Efecto: Mala distribución de aire Clinquer caliente en la salidas del enfriador  

43



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Enfriador de parrilla convencional: Separaciones y orificios Separación entre la placa y la pared

Separación entre placas Separación transversal

Orificios 44



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La clave para enfriadores de parrilla eficientes 

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



Anchos sostenibles de holguras en todo el enfriador entre

placas hileras placas y pared 45



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Aireaciones típicas Sin entrada fija

Con entrada fija

2.5

100

2.0

Specific cooling air volume (measured)

90

Undergrate pressure (measured)

80

) s 2 m / 3 m1.5 (

70 60

n o i t a r e a c 1.0 i f i c e p S

50 40 30

0.5

20

2.5

100.0 Specific cooling air volume (measured)

) r a b m ( e r u s s e r p e t a r g r e d n U

90.0

Undergrate pressure(measured)

2.0

80.0

) s 2 m / 3 m1.5 (

70.0 60.0

n o i t a r e a 1.0 c i f i c e p S

50.0 40.0 30.0

0.5

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

b m ( e r u s s e r p e t a r g r e d n U

20.0

10 0.0

) r a

10.0 0.0

0.0 1

2

3

Air compartment

4

5

6

7

8

Air compartment

Nota: La aireación específica refleja la velocidad promedia del aire frío sobre la parilla (m3/m2 sec = m/sec) 46



03.05.2007/ZR

23

Aireaciones típicas Altura del cono de clinker en la entrada fija en función de la aireación

47



03.05.2007/ZR

Características clave para enfriadores modernos 

Sección de entrada inclinada y fija



Placas modernas de parrilla impermeable, 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 48



03.05.2007/ZR

24

Enfriador moderno: IKN Pendulum Cooler

49



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IKN Pendulum Cooler: Características principales   

  

 

Entrada 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) 50



03.05.2007/ZR

25

IKN Suspensión de parrila pendular

51



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IKN Coanda placa tobera

52



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26

Langley-CPT Enfriador: Características principales 

Modulo 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 53



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Tecnología antigua de BMH-CPAG I

Placa de parrilla ranurada con protección al desgaste

Aiereacion de espina de pescado 54



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27

Tecnologías antiguas de BMH-CPAG II “Compact Swing” Suspension de parrilla pendular

55



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Langley-CPT: Tecnología actual (III) 1

Parrilla de movimiento transversal

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 56



03.05.2007/ZR

28

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 accionamiento hidráulico



Trituradora intermedia o final 57



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Polysius Entrada fija

Aire de Enfriamiento 58



03.05.2007/ZR

29

Placa ‘Jetstream’ de Polysius

59



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Beneficios de la tecnología moderna de enfriadores     





 

Buena operación del enfriador Operación del horno más estable Recuperación alta Control del “río rojo” Menor o ninguna pérdida de clinker a través de la parrilla Sistema 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 mantenimiento Consumo eléctrico más bajo

60



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30

Problemas de enfriadores modernos I 

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



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

61



03.05.2007/ZR

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) 62



03.05.2007/ZR

31

Desarrollos especiales: REPOL ZS (Polysius) Buc

Two layer cooler (2003: discontinued) 63



03.05.2007/ZR

Contenido 









64



03.05.2007/ZR

32

Enfriadores de parrilla fija

Concepto de transporte:

Piezas separadas para el transporte

Parrilla completamente fija

65



03.05.2007/ZR

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

66



03.05.2007/ZR

33

Barras cruzadas: Diseño “Crossbar” I

67



03.05.2007/ZR

SF Enfriador de barras cruzadas: Diseño “Crossbar” II

68



03.05.2007/ZR

34

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

Baja resistencia del lecho

Alta resistencia del lecho

Diferencia de presión de compuerta más baja P

Diferencia de presión de compuerta más alta P F L U J O DE A I R E CO N S T A N T E 69



03.05.2007/ZR

Enfriador Polytrack (Polysius) 

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, altura reducida



Sistema modular



Posibilidad de variación de la velocidad de parrilla sobre su ancho 70



03.05.2007/ZR

35

Enfriador Polytrack: Concepto de Transporte

Dirección de transporte

(Slide by courtesy of Polysius) 71



03.05.2007/ZR

Enfriador Polytrack

72



03.05.2007/ZR

36

Enfriador de “Parrilla Móvil“

Concepto de transporte: 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

Start position

Forward stroke lane 1-5 Backward stroke lane 1 and 4 Backward stroke lane 2 and 5 Backward stroke lane 3 73



03.05.2007/ZR

CPT: Enfriador Eta ( -Cooler ) 

   

  

Transporte de clinker por medio de filas de parrilla paralelas parecidas 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)! 74



03.05.2007/ZR

37

CPT: Enfriador Eta ( -Cooler )

75



03.05.2007/ZR

Beneficios de la Trituradora de Rodillos 









Compensación de picos del flujo de material Velocidad baja = desgaste bajo Baja generación de polvo hacia el aire de exceso Menor riesgo de atascos por piezas grandes Asunto en discusión: Inversión más alta en comparación a una trituradora de martillos

76



03.05.2007/ZR

38

Trituradora de Clinker: Martillos contra Rodillos

ATASCO!

SIN PROBLEMA 77



03.05.2007/ZR

Condiciones Previas para la Mejora de un Enfriador 

Enfriador de parrilla:     

Problemas mecánicos y térmicos de la sección de entrada Mala distribución del clinker sobre la anchura Problemas graves de rio rojo Enfriador en condición mecánica aceptable El objetivo no es un gran incremento de la producción (< 45 t/(m2 d) Solución: Entrada Fija



Enfriadores planetarios Temperatura de clinker elevada (inaceptable para equipo siguiente) 

Solución: G - cooler 78



03.05.2007/ZR

39

Mejoras de una sección fija de entrada 

Alcance  



Beneficio:   



Reemplazo de 5 a 7 filas por entrada fija Reemplazo de 1 a 3 ventiladores siguientes Eliminación de desgaste, caída de clinker, placas quemadas Mejora la distribución de clinker Permite un lecho más alto

Valoración    

Solución probada Realización durante parada planeada Costo bajo: appr. 250‘000 a 400‘000 USD Retorno de inversión corto 79



03.05.2007/ZR

Mejoras de una sección fija de entrada

Polysius

IKN

Satarem Holcim Group Support

CemProTec Enfriadores de Clinker

80 03.05.2007/ZR

40

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

G-cooler = Gravity cooler (clinker conveying by gravity) 81



03.05.2007/ZR


03.05.2007/ZR

G - Cooler

Clinker Aire

82


41

Enfriadores de Clinker Loktechltda

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