enfriadores de clinker loktechltda
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Enfriadores de clinker
Seminario de Hornos 2007 / San Sebastián
HGRS/MS/TPT/Stefan Gross
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03.05.2007/ZRHolcim Group Support Enfriadores de Clinker
Contenido
Tarea y eficiencia del enfriador
Tipos de enfriadores
Enfriadores de satélites y tubular Enfriadores de parrilla
Últimos desarrollos y enfriadores modernos
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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
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03.05.2007/ZRHolcim Group Support Enfriadores de Clinker
Contenido
Tarea y eficiencia del enfriador
Tipos de enfriadores
Enfriadores de satélites y tubular Enfriadores de parrilla
Últimos desarrollos y enfriadores modernos
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Tarea del enfriador de clinker
Enfriamiento de clinker
Recuperación de calor producción de aire caliente
Transporte lento del clinkertiempo de retención
Impermeable para clinker y aire
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Características de un buen enfriador
disponibilidad ilimitada
máxima recuperación de calor
mínimo aire de enfriamiento
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Q aire caliente al horno Σ Q pérdida
η enfriador = = 1 -Q clinker del horno Σ Q clinker del horno
Eficiencia del enfriador η enfriador
Calor del clinker caliente Q cli = m cli * cp cli * (t cli - t ref)
Calor en el aire caliente Q aire = v air * cp air * (t air - t ref)
Pérdida de radiación Q rad = C R * ε * A{(t/100)4 - (t/100)4)}
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Flujo de energía (Enfriador de parrilla)Combustibles3’000 kJ/kg cli
Combustibles + aire secundario+ aire terciario4’065 kJ/kg cliClinker frío
65 kJ/kg cli
Aire de escape350 kJ/kg cli
Radiación20 kJ/kg cli
Clinker caliente1’500 kJ/kg cli
Recuperación1’065 kJ/kg cli
71% de eficiencia
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Contenido
Tarea y eficiencia del enfriador
Tipos de enfriadores
Enfriadores de satélites y tubular Enfriadores de parrilla
Últimos desarrollos y enfriadores modernos
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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)
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Contenido
Tarea y eficiencia del enfriador
Tipos de enfriadores
Enfriadores de satélites y tubularEnfriadores de parrilla
Últimos desarrollos y enfriadores modernos
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Enfriador de satélites I
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Enfriador de satélites II
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Enfriador de satélites, balance térmico (optimista)
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1’256kJ
1’675kJ
20% 327kJ
929kJ70%
70kJ22%
21kJ
126kJ
1327kJ
75%
21kJ
( Example: FLS Unax Planetary Cooler)
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Enfriador de satélites, perfil de temperaturas
air velocity
AIRE SECUNDARIO
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Enfriador de satélites (internos)
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Enfriador de satélites (internos)
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Enfriador Planetario: Rango de parámetros de control
Consumo térmico 3500 5000 kJ/kgEficiencia 55% 68% %Tª aire secundario 730 600 °CAire enfriamiento específ. 0,9 1,3 Nm3/kgCarga superficial t/m2 dCarga sección transversal t/m2 dVelocidad aire en el tubo m/sVelocidad aire en el codo m/s
1.8 - 2.070 - 80< 4.5< 25
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Enfriador Planetario: Problemas típicos
7) Corta vida útil de las aletas levantadoras
2) Temperatura desigual
1) Temperatura excesiva de clinker
3) Salida de polvo de clinker
5) Falta de las barras trituradoras
4) Velocidad excesiva del aire secundario
6) Fisuras en la virola
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Enfriador de satélites IVVentajas
menor consumo de energía eléctrica
operación fácil
sin aire de escape (desempolvado)
Desventajas
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)
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Enfriador tubular
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Contenido
Tarea y eficiencia del enfriador
Tipos de enfriadores
Enfriadores de satélites y tubular Enfriadores de parrilla
Últimos desarrollos y enfriadores modernos
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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
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Principio de enfriamiento
Presión positiva!
Aire caliente hacia el horno
Presión poco negativa!
Aire caliente hacia el filtro
Clinker calienteentrando
Clinker enfriadosaliendo
Parrilla
Aire de enfriamiento
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Enfriador de parrilla (terminología)
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Presión de aire de enfriamiento
p1 p2 p3 p4 p5
Δpexp
Δpcli
p,
x
Δpexp
Δpcli
TΔpexp = f(T)
p1 > p2 > p3 >..... pn
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Influencia de la granulometría del clinker I
(Vair / mcli)fine
FINE
Tcli [°C]
t [s]
FINO
= (Vair / mcli)medium
MEDIUM
Tcli [°C]
t [s]
MEDIO
= (Vair / mcli)coarse
COARSE
Tcli [°C]
t [s]
GRUESO
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Influencia de la granulometría del clinker II
Vg Rf + Rp=
Vf Rg + Rp
Vg= 1 si Rp >> Rf, Rg
Vf
Distribución de aire:
grueso fino
Rg Rf
distribución
de aire
aire
Vg
Rp – Resistencia de parrilla
Vf
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Influencia de segregación en la salida del horno
Fino Grueso
Compensación
Rotación
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Efecto de la altura del lecho de clínkerClinker Cooler Recuperation Efficiency
60
62
64
66
68
70
72
74
76
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
Bed height [m]
Rec
uper
atio
n ef
ficie
ncy
[%]
Rango práctico
Recuperación
Rec
uper
ació
n[%
]
Altura del lecho [m]
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Efecto de la altura del lecho de clinker
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Impacto de la recuperación de calor en el consumo del horno
Effect of cooler recuperation efficiency on system heat consumption
2950
3000
3050
3100
3150
3200
3250
62 64 66 68 70 72 74 76
Cooler η [%]
Syst
em h
eat c
onsu
mpt
ion
[kJ/
kg c
li]C
onsu
mo
térm
ico
horn
o[k
J/kg
cli]
Recuperación [%]
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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 resultandoVelocidad de parrilla 10 to 15 empujes/minTemperatura de clinker ~90 + Tª ambienteRecuperación a los 3100 kJ/kg ~70 %
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Rangos de parámetros de enfriador de parrilla
Consumo térmico 3000 3500 3500 5000 kJ/kgRecuperación 71% 76% 68% 64% %T aire sec & tert 1070 990 890 610 °CT aire sec 1230 1170 940 - °CT aire tert 950 850 850 - °CT aire residual 300 300 240 200 °CVelocidad de parr. min-1Presión 1er parr. mbarCarga especifica t/d m2Aire de enfriamiento Nm3/kg* Aire terciario de la cabeza del horno
Convencional
45 - 501.8
10 - 2045 - 5535 - 45
2.3
Moderno
10 - 1580 - 100
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Enfriador de parrilla que viaja
Concepto de transporte:
M
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Enfriador de parrilla que viajaRECUPOL de Polysiusautorización a Allis Chalmers (USA)
Diseño similar a precalentador de parrilla (LEPOL)
☺ La parrilla regresa sin material, permite el cambio de placasdurante 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
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Enfriador RECUPOL (Polysius)
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Enfriador de parrilla de movimiento alternativo
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Enfriador de parrilla de movimiento alternativo
Concepto de transporte
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Problemas típicos de un enfriador de parilla
Placasquemadas
Muñeco
Geyser(penetración de
aire)
endurecimientoRío rojo
Lechobajo
Pérdidas de polvo
selloreducido
Clinkercayendo Clinker
caliente
Temperaturaelevada en
aire de exceso
Recirculación de
polvo
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Rio rojoUn río rojo es clinker finofluidizado por aire encima del la lecho de clinker
Avanza mas rápido que el lecho de clinker (menostiempo de residencia), estámas caliente que el lecho
Efecto:Daño del sello del ladoRecuperación reducida
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“Muñeco“ (hombre de nieve)
Un “muñeco“ empieza quando el clinker caliente se pega al enfriadoren 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 tieneque remover manualmente.
1 – 2 dias de horno parado!
Efecto:Mala distribución de clinkerParada de horno
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Endurecimiento
Clinquer granulado se acumula en la entrada del enfriador. La fase liquida aún fluida se solidifica en la entrada (al llegaren contacto con el aire secundario „frio“) y forma grumosde clinquer
Problema más pronunciado con seccion de entrada inclinada y fija
Efecto:Mala distribución de aireClinquer caliente en la salidas del enfriador
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Enfriador de parrilla convencional: Separaciones y orificios
Separación entre la placa y la pared
Separación entre placas
OrificiosSeparación transversal
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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 enfriadorentre placas
hilerasplacas y pared
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Aireaciones típicas
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
1 2 3 4 5 6 7 8
Air compartment
Spec
ific ae
ratio
n (m
3/m2 s
)
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
Unde
rgra
te p
ress
ure
(mba
r)
Specific cooling air volume (measured)
Undergrate pressure (measured)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Air compartment
Spec
ific ae
ratio
n (m
3/m2 s
)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Unde
rgra
te p
ress
ure
(mba
r)
Specific cooling air volume (measured)
Undergrate pressure (measured)
Sin entrada fija Con entrada fija
Nota: La aireación específica refleja la velocidad promedia del aire frío sobre la parilla (m3/m2 sec = m/sec)
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Aireaciones típicasAltura del cono de clinker en la entrada fija en función de la aireación
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Características clave para enfriadores modernos
Sección de entrada inclinada y fija
Placas modernas de parrillaimpermeable, 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
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Enfriador moderno: IKN Pendulum Cooler
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IKN Pendulum Cooler: Características principalesEntrada 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)
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IKN Suspensión de parrila pendular
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IKN Coanda placa tobera
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Langley-CPT Enfriador: Características principalesModulo 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
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Tecnología antigua de BMH-CPAG I
Placa de parrilla ranurada con protección al desgaste
Aiereacion de espinade pescado
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Tecnologías antiguas de BMH-CPAG II
“Compact Swing”Suspension de parrilla pendular
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Langley-CPT: Tecnología actual (III)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
123456789
101112131415161718
Parrilla de movimiento transversal
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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 accionamientohidráulico
Trituradora intermedia o final
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Polysius Entrada fija
Aire deEnfriamiento
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Placa ‘Jetstream’ de Polysius
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Beneficios de la tecnología moderna de enfriadores
Buena operación del enfriadorOperación del horno más estableRecuperación altaControl del “río rojo”Menor o ninguna pérdida de clinker a través de la parrillaSistema 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 mantenimientoConsumo eléctrico más bajo
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Problemas de enfriadores modernos I
Aireación directa:Desgaste de placas por “aire de escape” (aire de cámarainadecuado)
Eficiencia alta:Vida reducida de los segmentos del anillo de retención y el refractario del quemador por aire secundario muy caliente (hasta 1250 °C)
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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)
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Desarrollos especiales: REPOL ZS (Polysius)
Two layer cooler (2003: discontinued)
Buc
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Contenido
Tarea y eficiencia del enfriador
Tipos de enfriadores
Enfriadores de satélites y tubular Enfriadores de parrilla
Últimos desarrollos y enfriadores modernos
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Enfriadores de parrilla fija
Parrilla completamente fija
Piezas separadas para el transporte
Concepto de transporte:
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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
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Barras cruzadas: Diseño “Crossbar” I
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SF Enfriador de barras cruzadas: Diseño “Crossbar” II
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SF Enfriador de barras cruzadas : Mechanical Flow Regulator (MFR)
FLUJO DE AIRE CONSTANTE
Alta resistencia del
lecho
Baja resistencia del
lecho
Diferencia de presión de compuerta
más alta Δ P
Diferencia de presión de compuerta
más baja Δ P
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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, alturareducida
Sistema modular
Posibilidad de variación de la velocidad de parrilla sobresu ancho
Enfriador Polytrack (Polysius)
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Enfriador Polytrack: Concepto de Transporte
Dirección de transporte
(Slide by courtesy of Polysius)
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Enfriador Polytrack
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Start position
Forward strokelane 1-5
1
Backward strokelane1 and 4
Backward strokelane 2 and 5
Backward strokelane 3
2345
12345
12345
12345
12345
Enfriador de “Parrilla Móvil“
Concepto de transporte:
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Transporte de clinker por medio de filas de parrilla paralelasparecidas 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)!
CPT: Enfriador Eta (η-Cooler )
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CPT: Enfriador Eta (η-Cooler )
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03.05.2007/ZRHolcim Group Support Enfriadores de Clinker
Beneficios de la Trituradora de Rodillos
Compensación de picos del flujo de materialVelocidad baja = desgastebajoBaja generación de polvohacia el aire de excesoMenor riesgo de atascos porpiezas grandesAsunto en discusión: Inversiónmás alta en comparación a una trituradora de martillos
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Trituradora de Clinker: Martillos contra Rodillos
SIN PROBLEMA
ATASCO!
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Enfriador de parrilla:Problemas mecánicos y térmicos de la sección de entradaMala distribución del clinker sobre la anchuraProblemas graves de rio rojoEnfriador en condición mecánica aceptableEl objetivo no es un gran incremento de la producción(< 45 t/(m2 d)
Solución: Entrada Fija
Condiciones Previas para la Mejora de un Enfriador
Enfriadores planetariosTemperatura de clinker elevada (inaceptable para equiposiguiente)
Solución: G - cooler
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Mejoras de una sección fija de entradaAlcance
Reemplazo de 5 a 7 filas por entrada fijaReemplazo de 1 a 3 ventiladores siguientes
Beneficio:Eliminación de desgaste, caída de clinker, placas quemadasMejora la distribución de clinkerPermite un lecho más alto
ValoraciónSolución probadaRealización durante parada planeadaCosto bajo: appr. 250‘000 a 400‘000 USDRetorno de inversión corto
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Mejoras de una sección fija de entrada
Satarem CemProTec
IKN Polysius
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Mejora de planetario por G - Cooler(CPT)Clinker from planetary cooler
G-cooler = Gravity cooler (clinker conveying by gravity)
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G - Cooler
Aire
Clinker
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Mejora de planetario por G - CoolerAlcance
Transporte nuevo de enfr. planetario a G-coolerG-cooler completo con ventiladores
Beneficio:Clinker mas fríoAire de exceso sin polvo
Valoración:Solución probadaSin incremento de producción (limitado por enfr. planetario)Costo alto (CAPEX costo de operación mas alto)
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03.05.2007/ZRHolcim Group Support Enfriadores de Clinker
Recuperación Consumo térmico
Fluctuaciones Operación del horno
Ciclo de polvo Desgaste
Vida de placas Disponibilidad horno
Mantenimiemto
Espacio de ConstrucciónEnfriador RENDIMIENTO
Consumo eléctrico
Temp. de clinker Manejo
Calidad de cemento
Sistema de molienda
Calidad de clinker Molturabilidad
Aire de escape Tamaño del filtro
Impacto del enfriador en el rendimiento de la planta