Factor Crudo Clinker

Sin duda uno de los mayores retos del ingeniero de procesos en plantas de cemento, lo constituye la correcta determinación del factor crudo Clinker, sobre todo en plantas donde no hay posibilidad de desviar la producción de Clinker hacia volquetas que puedan ser pesadas en balanzas confiables.

Algunas plantas modernas tienen equipos sofisticados para determinar en forma másica o volumétrica el crudo alimentado y el Clinker que sale del horno. Sin embargo, inestabilidad en la operación, causan variaciones de cantidad y calidad, causando que los datos obtenidos solo sean referencias en periodos más o menos largos de tiempo.

En la producción de Clinker se presentan dos casos típicos del manejo del polvo que se pueden analizar con claridad en hornos con características: Vía seca con precalentador de cinco etapas y pre calcinación, horno con relación L/D: 14, enfriador de parrilla y filtro de mangas para desempolvar los gases de salida del horno con altos rendimientos.

Caso 1

Todo el polvo recuperado se regresa al precalentador sin volver a pasar por la balanza de dosificación de crudo.

El polvo arrastrado no sale del sistema, constituyendo perdidas solamente las que no son recuperadas por el filtro, es decir las concentraciones de polvo que salen por la chimenea.

Para filtros con concentraciones de polvo que salen por la chimenea de 250 mgr/Nm³ y volúmenes de gases específicos de 1.7 m³N/kg de Clinker, el porcentaje de polvo resultara equivalente a 0.5% de la alimentación. En la medida que se incrementen las pérdidas de polvo con los gases que salen del filtro, aumentara proporcionalmente el factor crudo/Clinker. 

 Caso 2

El polvo recuperado se envía al silo de homogeneización o a la tolva de la balanza, volviéndose a pesar en el crudo alimentado.

En este caso, todo el polvo recuperado es considerado una pérdida de material que sale del sistema y se reincorpora como una nueva materia prima, al recircularse al circuito de alimentación de crudo. El reto lo constituye determinar el porcentaje de polvo recuperado relacionado a la alimentación. En plantas donde no se pueda pesar el polvo, deben determinarlo por balances másicos y químicos.

En ambos casos finalmente podrán tener la misma producción de Clinker y consumos específicos similares (kcal/kg de ck), ya que en realidad terminan procesando cantidades similares de crudo.

Calculo teórico del factor crudo Clinker.

La fórmula de cálculo resulta simple, pero en la práctica se complica al considerar la recirculación de polvo y las recirculaciones en el sistema.

Miraremos cuatro (4) fórmulas que podemos utilizar para calcular el factor crudo/Clinker:

1.     Calculo del factor crudo/Clinker sin considerar las pérdidas en el sistema.

Caso 1

Factor C_CK = (100 – PF_CK) / (100 – PF_CR)       (1)

Donde:

PF_CR; pérdidas al fuego del crudo.

PF_CK; perdidas al fuego del Clinker. 

2.     Calculo del factor crudo/Clinker considerando las pérdidas en el sistema

Caso 2

El factor se incrementa en la medida que se produzcan perdidas de polvo crudo en el sistema.

Factor C_CK = [1/ (100 – PF_CR)] * [100 – PF_CK + S (100 – PF_P)]       (2)

S; polvo generado en el electrofiltro y la torre acondicionadora, en Kg/kgck.

PF_P; pérdidas al fuego del polvo.

3.     Calculo del factor crudo/Clinker por óxidos no volátil.          

Factor C_CK = [ Suma (OX_CK) + S * Suma (OX_P)] / [Suma (OX_CR)]           (3)

OX; La suma de los porcentajes de SiO₂, Al2O₃, Fe2O₃, CaO, MgO, sin despojar de las pérdidas al fuego. 

 4.     Calculo del factor crudo/Clinker por pesada de Clinker y lecturas de básculas de crudo.

Factor CCK = (Kg/h. crudo)/ (Kg/h. clinker)     (4)

IMPORTANTE: Para procesos que utilicen combustibles sólidos, deben hacer una corrección a la fórmula por aporte de cenizas. 

Fórmula para corregir el factor crudo/Clinker por cenizas del carbón.

= (consumo calórico horno) / (poder calorífico inferior del carbón) * (% cenizas carbón).

Ejemplo práctico (considerando pérdidas en el sistema).

Datos:

Duración del balance:           10 h

Consumo de crudo:               56.916 kg/h

Consumo de carbón:             5.372 kg/h

P.C.I del carbón:                    6.000 kcal/kg

Cenizas del Carbón:              18.25%

Polvo de Torre y Filtro:           6.25% sobre Clinker

Producción de Clinker:            873 tm/día

Consumo calórico:                   887 kcal/kg

Análisis químico:

óxidos	Crudo	Clinker	Polvo Torre	Polvo Filtro	Polvo Cenizas	Carbón
P. F	35.30	0.24	34.50	34.20	34.35	2.70
SiO2	13.70	21.70	12.50	12.80	12.65	38.30
Al2O3	2.50	4.40	3.40	3.70	3.55	25.80
Fe2O3	3.60	5.60	4.60	4.70	4.65	6.10
CaO	42.30	65.70	42.40	41.60	42.00	16.90
MgO	0.65	0.97	0.68	0.77	0.75	1.90

Calculo (caso 2).

FCC1 = [1/ (100 – 35.30) *[100 – 0.24 + 6.25/100*(100 – 34.35)]

FCC1 = 1.605

Aplicando la corrección por cenizas de carbón.

= (consumo calórico horno) / (poder calorífico inferior del carbón) * (% cenizas carbón).

= [(887) /6000)] *18.25% = 0.027

FCC1= 1.605 – 0.027

FCC1 = 1.58

Calculo por óxidos no volátil

FCC2= [(21.7 + 4.4+5.6+65.7+0.97) + 0.0625(12.65+3.55+4.65+42+0.725)] /(13.7+2.5+3.6+43.3+0.65) =  1.631

Aplicando la corrección por cenizas de carbón.

=[18.25/100*(38.3+25.8+6.1+16.9+1.9)*0.1478]/ 13.7+2.5+3.6+43.3+0.65) = 0.038

FCC2 = 1.631 – 0.038

FCC2 = 1.59

CONSIDERACIONES:

1.     Para el caso de las plantas que llevan el polvo directamente a la torre precalentadora sin pasarla por la báscula de crudo, es importante controlar que la entrega del polvo no entre por baches, se debe cuadrar la frecuencia el desempolvado del filtro, de tal forma que siempre haya material en la tolva del electro filtro y la entrega de polvo sea constante, de igual forma en la torre acondicionadora. Una forma de tener control es implementar el índice de uniformidad del crudo “KFUI”, Kiln Feed Uniformity Index.

2.     En plantas donde no se pueda pesar el polvo de filtro generado, lo pueden obtener por medio de balances químicos, que es muy efectivo. Otra forma podría ser, el método que involucra el amperaje del elevador. En fin, hay varias posibilidades que el ingeniero de planta debe identificar e implementar para determinar la cantidad de polvo generado. 

3.     Hacer gráficos comparativos con tendencias entre al crudo y el Clinker. Una forma de tener control entre el crudo y Clinker producido es hacer seguimiento mediante el índice de uniformidad “CUI” C3S Uniformity Index.

4.     Si se detectan cantidades de polvo por encima del diseño de la planta, es indicio de que algo no está funcionando bien en el proceso, por eso es necesario cada determinado tiempo hacer balances de masa y energía para verificar la funcionalidad en la operación.

5.     Por último, no determinar el factor crudo/ Clinker correctamente, puede llevarnos a tener serios problemas en el cálculo de producción y rendimientos, afectando de paso los inventarios de materiales.