Diseño e instalación de un sistema de captación de humos con filtro de mangas para un horno de 30 ton de colada

Abstract

El presente informe comprende las etapas de Diseño e Instalación de un Sistema de Captación de Humos y Polvos primarios y secundarios, que constituyen las emisiones gaseosas provenientes del proceso fundición de acero en una Planta Siderúrgica. Dicha Planta empleará como fuente de fundición del acero, a un horno eléctrico de arco de 30ton de colada. Tanto el horno y el sistema de captación de humos conforman así parte de un proyecto conjunto de aumento de capacidad de producción de una Planta Siderúrgica. El primer capítulo es la Introducción del informe. Los capítulos II y III, constituyen la parte inicial del marco teórico, y presentan a la fuente de emisión: el horno de arco eléctrico, las emisiones que éste produce y los parámetros de control de dichas emisiones al ambiente. El proceso de obtención del acero por fundición trae consigo la generación de residuos y emisiones que están directamente relacionados con el tipo de material usado (hierro fundido, acero, bronce o aluminio) así como de la tecnología empleada. La materia empleada por el horno de arco eléctrico es: la chatarra de acero, escoria rica en carbono y cal o piedra caliza. La cantidad de emisiones tiene una relación directa con la cantidad de acero producido por la Planta. Para un horno eléctrico de arco, las emisiones típicas producidas son las siguientes: CO2, CO, NOx, SO2, CH4, Componentes Orgánicos Volátiles (COV), Polvo y metales pesados. Estas emisiones producidas en el proceso generan contaminación del ambiente y, por tanto, deben de ser controladas y rninimizadas hasta límites aceptables por los Reglamentos y Normativas establecidas por la región de ubicación. A nivel mundial, la EPA (Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos) ha logrado estandarizar los procedimientos de Control Ambiental para una diversidad de casos a nivel industrial, y han servido como referencia para este trabajo. Los capítulos N, V y VI complementan el marco teórico exponiendo aquí todo lo concerniente al sistema de captación de humos. El elemento principal del sistema de captación de humos es el dispositivo de control o medio filtrante. Para nuestro caso, el dispositivo de control estará constituido por un Filtro de Mangas tipo Chorro Pulsado. Como parte importante para entender la teoría de filtración, el capítulo V describe los principales conceptos que establecen el comportamiento de las partículas de polvo que se generan en grandes cantidades y que permanecen en suspensión en los gases emitidos constituyendo así un sistema sólido-gas. El polvo, para nuestro caso polvo metálico, lo llamaremos materia particulada a lo largo del texto ya que su nombre específico de polvo depende del tamaño del mismo, deben ser arrastrados por la corriente gaseosa hasta llegar al dispositivo de control que se encargará de capturarlo. Como se comentó, tenemos 2 tipos de emisiones. Las emisiones primarias, son aquellas que se captan directamente de la fuente, el horno tiene para ello un agujero en su bóveda que está conectado con el sistema de captación, al cual se le conoce como cuarto agujero. Mientras que las emisiones secundarias son aquellas que no son posibles capturar directamente del horno, ya que escapan durante las operaciones de recarga de chatarra, remoción de escoria y descarga del metal fundido en los cuales se abre la tapa del horno y se dispersan en el medio. Por tanto, las emisiones secundarias deben ser capturadas en la nave industrial donde se encuentra instalado el horno, y se debe procurar que estas sean capturadas lo más cerca posible de la fuente de emisión. Entonces, al tratarse de dos tipos de emisiones se requiere de dos sistemas de captación que pueden ser independientes o conectados entre sí, llamándose a este último: sistema combinado. Un sistema de captación de humos típico está constituido por campanas de captación que captan las emisiones en la fuente, sistemas de conductos para transportarlas, dispositivo de control para capturarlas (limpiarlas), chimenea para dispersarlas a la atmósfera una vez limpias y ventiladores que proporcionan la energía necesaria para moverlas a través del dispositivo de control. El dispositivo de control es el componente principal del sistema de captación, ya que de éste depende que los gases contaminados sean limpiados hasta cumplir con los límites permisibles de contaminación. El dispositivo de control que se emplea en el presente proyecto es un Filtro de Mangas tipo Chorro Pulsado. Los Filtros de Mangas constituyen uno de los equipos más representativos de la separación sólido-gas mediante un medio poroso y aparecen en todos aquellos procesos en los que sea necesaria la eliminación de partículas sólidas de una corriente gaseosa, haciéndolas pasar a través de un tejido. La característica de operación principal de los filtros de mangas que los distingue de otros filtros de gas es la capacidad de renovar la superficie de filtración periódicamente por medio de limpiezas, a diferencia de los filtros comunes que deben ser desechados después de que se acumule una capa significante de polvo sobre su superficie. Los filtros de mangas son capaces de recoger altas cargas de concentración de partículas con una alta eficiencia de filtración, partículas resultantes de procesos industriales de muy diversos sectores incluyendo al siderúrgico. En términos más simples, el filtro de tela es una versión a gran escala de una aspiradora; se provoca que el gas efluente fluya a través del material del filtro y que las partículas se remuevan sobre este material. Los mecanismos que intervienen en el filtro de tela son más complejos que el tamizado directo de las partículas para separarlas de la corriente de aire. Esto se prueba por medio de las eficiencias elevadas que se obtienen al colectar partículas, las cuales son más pequeñas que los intersticios en la tela del filtro. Todo ello se explicará en detalle en el desarrollo de los capítulos del informe. En el capítulo VII se realiza la selección, dimensionamiento y cálculo de los componentes principales del sistema de captación de humos. Este capítulo se apoya tanto en el marco teórico, como en guías, tablas y gráficos mostrados en los anexos. Muchas de las fórmulas empleadas en los cálculos son descritas directamente en este capítulo y han sido obtenidas de las referencias indicadas en la bibliografía. El capítulo ^11 describe el Sistema de Limpieza de Mangas (del Filtro de Mangas), no se realiza el cálculo, pero se indican los criterios para diseñar dicho sistema. Finalmente, en el capítulo VIIIII, se presentará un procedimiento recomendado, no es el único, para una correcta instalación del Filtro de Mangas y que éste pueda operar correctamente