Evaluación de la factibilidad técnica y desarrollo de un prototipo a escala para la implementación de un sistema de regeneración de calor en un horno de fritas operando en modo oxicombustión

RED INCOMBUSTION FASE II  

Tipo: Investigación y desarrollo 
Año: 2017 - 2019

Financiación: COLCIENCIAS y SUMICOL

Resumen

El proceso de producción de fritas tiene como objetivo la obtención de un material vítreo insoluble en agua, a través de fusión y posterior enfriamiento de una mezcla de diferentes materiales. Estas fritas son materia prima principal en la producción de esmaltes utilizado en un gran número de productos del sector cerámico.
Este proceso en los hornos de SUMICOL S.A.S. puede considerarse como gran consumidor de gas natural y oxígeno con una pureza del 99.9 %. Actualmente el proceso de fusión de fritas en la planta de colorifcio de SUMICOL S.A.S. genera gases de combustión residuales a temperaturas superiores a 900 °C y debido a la alta temperatura del proceso, es probable que existan reacciones de disociación causantes de combustión incompleta. Con el desarrollo de este proyecto se pretende reducir el consumo de gas natural y de oxígeno gracias a la implementación de la técnica de combustión con oxígeno precalentada a través de un quemador regenerativo que permita la recuperación de calor residual y aumente la eficiencia del proceso de fusión de fritas en SUMICOL S.A.S. Al mismo tiempo, se estudiarán las configuraciones fluidodinámicas de los gases de combustión y superficies internas más adecuadas para incrementar la transferencia de calor convectiva y radiante hacia el material procesado.
La metodología consiste en un diagnóstico inicial del uso de la energía térmica en el proceso de fusión de fritas en la planta de colorifcio, apoyado en simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD, por sus siglas en inglés). Se realizará un diseño de un quemador regenerativo operando con oxicombustión, por medio de simulación CFD. En esta simulación se estudiará la influencia de la geometría del horno sobre la transferencia de calor convectiva y radiante hacia el material procesado. Finalmente se construirá un prototipo de quemador y horno a escala de laboratorio que permita cuantificar la eficiencia térmica real del proceso y conocer la interacción entre el material particulado derivado de la materia prima con el material regenerativo del quemador. Con estas estrategias se espera aumentar la productividad y el rendimiento energético del proceso de tal forma que se disminuya el consumo específico de energía térmica, sin afectar la calidad de las fritas producidas y manteniendo las emisiones de NOx en valores permitidos por la normatividad vigente.