Revestimientos de Alta Eficiencia Energética para reducir ... · de 1 tonelada de cemento, suponiendo una media del 70% de las emisiones asociadas a cada tonelada de hormigón civil

REYMAMATERIALESREFRACTARIOSDepartamentoTécnico

RevestimientosdeAltaEficienciaEnergéticaparareducirelimpactodelasplantasdeCemento

enlaemisiondeGasesdeEfectoInvernaderomedianteahorroenconsumodecombustibles

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RevestimientosdeAltaEficienciaEnergética

parareducirelimpactodelasplantasdeCementoenlaemisióndeGasesdeEfectoInvernaderomedianteahorroenconsumodecombustibles

RESUMEN

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CONTEXTODELCAMBIOCLIMATICO

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EMISIONESDEGASESDEEFECTOINVERNADERO(GEI)ENLAINDUSTRIACEMENTERA

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REVESTIMIENTOSREFRACTARIOSDEALTAEFICIENCIAENERGETICA(RAEE)PARAREDUCCIONDEEMISIONESDEGEI

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CONCLUSION 10




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RESUMENLa IndustriadelCementotieneun impactomuyrelevanteen lasemisionesdeGasesdeEfectoInvernadero (GEI) a nivel global, causantes del Cambio Climático que cada vez se hace másevidenteenincidentesmedioambientales,afectandoanuestroplanetayanosotrosmismos.Laindustria está implementando prácticas para la reducción de emisiones, siendo una de lasprincipalesmedidas la disminución del uso de combustibles fósiles (carbones) o derivados defósiles(cokedepetróleo)enlaproduccióndeclinker,productointermedioenlafabricacióndecemento.LosrevestimientosrefractariosdeloshornosdeclinkertienenportantounpotencialdeimpactobeneficiosoenlareduccióndeemisionesdeGEIquegeneranelcalentamientoglobal,mediantelaadopcióndeRevestimientosdeAltaEficienciaEnergética(RAEE),minimizandoelconsumodecombustibles fósiles necesario para la fabricación de clinker y por tanto reduciendo tanto lasemisionesdeGEIcomoloscostesvariablesdeproducción.La inversiónenRAEEesamortizadarápidamente gracias a los ahorros térmicos, mientras que estratégicamente se haceimprescinbibleenelcontextodeEmergenciaClimáticaenelquevivimos.

CONTEXTODELCAMBIOCLIMATICOActualmente el acuciante problema del Cambio Climático se ha rebautizado EmergenciaClimáticadadalaconstatacióndelrápidocalentamientodelaTierraylamagnituddelosefectossobre el medio natural y las zonas pobladas, ocurriendo de forma mucho más frecuentefenómenos extremos como incendios masivos, sequías prolongadas, deshielos, inundacionesdebidasalapérdidademasaforestal,etc.Es comúnmente aceptado por la Comunidad Científica que en esta década 2020-2030 laHumanidaddebeadoptarpolíticasurgentesyponerenprácticamedidasdereducciónsostenidadelasemisionesdeGasesdeEfectoInvernadero(GEI),principalescausantesdelcalentamientoglobal.En este contexto, el sectorde generacióndeenergía eléctrica apartir de combustibles fósilesaparece como el mayor contribuyente, seguido de una serie de procesos industrialesencabezadospor la IndustriadelCemento.LaproduccióndeCementocontribuyeconhastaun8%de las emisiones globales deGEI por actividad humana,más que toda la flotamundial decamionesparatransporteterrestre.ElsectorcementeroeselsegundoemisorglobaldeCO2y




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tercer consumidor de energía, que a su vez requiere una mayor utilización de las centraleseléctricas.

Fuente:USEnvironmentalProtectionAgencyElCO2emitidoparalafabricacióndehormigóndeobracivil(delcualel14%comopromedioescemento)seestimaen410kgCO2/m3dehormigón,esdecir,unos180kgporcadatoneladadehormigón(aunadensidadmediade2,3ton/m3),sibienelusodecenizasvolantes(cadavezmásescasasporlagradualparalizacióndelascentralestérmicas)puedereducirestaemisiónhastaenun30%.LaemisióndeCO2debidaalafabricacióndehormigóncivilesportantodirectamenteproporcionalalcontenidodecementoenelhormigón.900kgCO2seemitenparalafabricaciónde1 toneladade cemento, suponiendounamediadel 70%de las emisionesasociadas a cadatoneladadehormigóncivil.Portantoesurgentelaadopcióndemedidasinmediatasparacontrarrestarestatendencia,quelosgruposcementerosmundialeslíderesestánarticulandoentornoa:

• Optimizacióndelaeficienciaenergéticadelprocesodefabricacióndeclinker.• Maximización del uso de combustibles alternativos para minimizar el consumo de

combustiblesfósiles(petcoke,carbones,fuel-oils,gasnatural).• Reducción del contenido de clinker por tonelada de cemento mediante el uso de

materialessustitutivosalclinkerycompatiblesconlasespecificacionesdelcemento.




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• Cogeneracióndeenergíaeléctricaparaconsumointernodelaplanta,habitualmenteapartir del aire caliente sobrante de enfriadores, reduciendo así la demanda de energíaeléctricadelared.

• Desarrollo y producción de nuevos tipos de clinker, demenor impacto ambiental y/omásreactivos.

• Adopcióndetecnologíasdecaptacióny/oreutilizacióndelCO2(afuturo).

Hay que destacar que estas medidas están sujetas a límites técnicos y de proceso, quecondicionansueficacia,perotodavíapuedehacersemuchomásenelámbitodelaoptimizaciónenergética.EMISIONESDEGEIENLAINDUSTRIACEMENTERAInternacionalmenteseconsiderancomoprincipalesGasesdeEfecto Invernadero(GEI)elvapordeagua(H2O),eldióxidodecarbono(CO2),elóxidonitroso(N2O),elmetano(CH4)yelozono(O3).Deellos,endatosdelaUniónEuropea,el81%delasemisionessondebidasalCO2,el11%almetanoyel5%alN2O.Portanto,lasmedidasdecontroltendránunefectomásrápidosobreelCO2.Elvapordeaguapasaaformarpartedelciclodelaguayportantosedepuradeformanatural.EnelprocesodeproduccióndeclinkerparalafabricacióndecementoseproduceunacantidadmasivadeCO2pordosvías:

• Emisionesdeorigentérmico:combustióndeloscombustibles(40%emisionesdebidasal proceso). Los combustibles hidrocarburos generan, en las reacciones exotérmicas decombustión,calor,CO2yvapordeagua.Para reducir laemisióndeCO2, forzosamentehay que reducir la cantidad de combustible necesario por cada tonelada de clinker aproducir. La cantidad de combustible hidrocarburo necesario viene definido por lacantidad de combustibles alternativos (residuales, no fósiles o derivados de fósiles)utilizados,yporlacantidaddecalornecesariaparaproducirunatoneladadeclinker.

COMBUSTIBLEHIDROCARBURO+O2èCALOR+CO2+H2OCrudos de menor aptitud a la cocción (más “duros”) necesitarán un mayor Calor deCombustión(Formación),yportantoimplicaránunamayorConsumoTérmicoEspecífico(SHC)delalíneadeproduccióndeclinker.




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• Emisiones de proceso : descarbonatación de las materias primas (>50% emisiones,intrínseco a la naturaleza de las materias primas), descomposición térmica de loscarbonatos para liberar óxido cálcico (cal) que a posteriori se combinapara formar loscompuestosdelclinker.EstareaccióndedescarbonataciónliberagrancantidaddeCO2alaatmósfera.Lamentablementeestaemisiónesintrínsecaalprocesoproductivoysólosepuede reducir bajando los volúmenes de producción de clinker. En consecuencia, lasplantas cementeras están tratando de reducir el ratio clinker/cemento, que a su veztambiénconduceaahorrosenergéticos,obiendesarrollarnuevostiposdeclínkeresmásreactivoscuyacontribuciónalcementoseamenor.

CaCO3+CALORèCaO+CO2




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Portanto,lasplantasponenespecialesfuerzoenmaximizarelusodecombustiblesalternativos,apesardelosproblemasdeprocesoydeestabilidadquetraenaparejados,asícomotratardereducirelConsumoTérmicoEspecífico(cantidaddecalorconsumidaentotalporcadatoneladadeclinker).Enésteúltimogrupodemedidasdecontrolesdondelosrevestimientosrefractariosjueganunpapel clave para contribuir a la reducción de emisiones, mediante la reducción del uso decombustiblesfósiles(petcokeycarbones).REVESTIMIENTOSREFRACTARIOSDEALTAEFICIENCIAENERGETICA(RAEE)PARAREDUCCIONDEEMISIONESDEGEITradicionalmente las plantas cementeras han puesto mucha atención en la selección derevestimientos refractarios robustos en la capa de trabajo para resistir las condiciones deproceso y proporcionar largas duraciones. La capa de aislamiento habitualmente ha recibidomenosconsideración, y sehavisto comoalgonecesariopara reducir laspérdidasdecalor,enmuchasocasionessinconcederlemayorimportancia.Con la gradual introducción de los combustibles alternativos, las condiciones químicas de losgases de combustión y composición de las pegaduras sobre el refractario, especialmenteasociadas al uso de petcokes de alto azufre más económicos, han favorecido la aparición defenómenosdecorrosiónácidaenlaschapasdecarcasa,enparticularenlaszonasdeinyeccióndealternativosenelintercambiador,asícomoenáreasdecondensacióndelosgasesgeneradosenelquemadorprincipal(cámarasdeentrada).Losrevestimientostradicionaleshanutilizadomaterialesaislantesconvencionales,comoladrillosaislantes,placasdecalciosilicatoyhormigonesaislantesdediversascapacidadesydensidades,ofreciendoconductividadestérmicasaceptableshastalafecha.Sinembargo,conelproblemadeEmergencia Climática y la mayor necesidad de las plantas por ajustar costes variables decombustibles, tiene más sentido que nunca revisar las especificaciones de los revestimientospara minimizar el consumo de combustibles, a la vez que reforzar su comportamiento yresistenciafrentealproceso.Es importantedestacarque laspérdidasdecalorenunrevestimientoseproducenpor lastresvías de transmisión de calor : conducción, convección y radiación. La evaluación de estaspérdidas puede hacerse de manera sencilla mediante el uso de cámaras termográficas y




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posteriorcálculodelaspérdidas(kWhokilocalorías)porunidadcomponentedelhorno(ciclón,cámaradehumos,conductos,etc.).LasinspeccioneseinformestermográficosregularessonunaherramientaindispensableparalosequiposdeProcesoparacontrolarelconsumoenergéticoypor tanto las emisiones a la atmósfera, así como para la planificación de las paradas demantenimientodelrefractario.Lospuentestérmicos,fundamentalmenteelementosmetálicosconductoresdelcalorinsertadosen el revestimiento como anclajes, consolas, vigas, marcos de puertas de visita, refuerzosmetálicos, cañones de aire, tubos Cardox, puntos de tomademuestra ymedidas de proceso,etc., así como también las juntas de dilatación necesarias en la instalación del revestimientorefractario,sonperjudicialesparaelrendimientodelainstalaciónporaumentarlaconductividadylaspérdidasdecalorydebensertambiéntenidosencuentaalahoradediseñarelaislamientoóptimo.Alavistadelacomplejademandatermomecánicaydeataquequímicosobrelacapadetrabajo,asícomodelamayornecesidaddeaislamiento,REYMAhadesarrolladoRevestimientosdeAltaEficienciaEnergética(RAEE),quepermitenalaplantaoptarpor:OPCIÓN1-Revestimientosdealtaeficienciaenergéticaymáximaduración:Estasoluciónpermiteobtenertodoelbeneficiodeunrevestimientodemuyaltorendimiento,extendiendosuduraciónalmáximoposibleconelespesortotalactual,esdecir,manteniendoelrendimientoactualdelhorno(toneladas/día):

• Manteniendoespesortotaldelrevestimiento,maximizandoelespesordelacapadensayminimizandoelespesordelacapaaislante.

• Utilizandomaterialesdensosdeúltimageneraciónparaextenderalmáximosuvidaútil.• Combinación de técnicas de aplicación del denso en función de las áreas y los

requerimientos, pudiéndose optar por vibrocolados o gunitables por alta presión,hidráulicosodefraguadocerámico,asícomopiezasprefabricadasdealtorendimiento.

• Utilizando materiales superaislantes para reducir las pérdidas de calor al mínimocompatibleconlaaparicióndecorrosión(puntoderocío).

OPCIÓN2-Revestimientosdealtaeficienciaenergéticaymáximoahorroportoneladadeclinker:Esta solución permite aumentar el rendimiento del horno (toneladas/día), especialmente alaplicarse en áreas de cuello de botella, ya que reduce el espesor total del revestimiento,




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reduciendo por tanto la pérdida de carga del intercambiador y aumentando el oxígenodisponible para la combustión, para un mismo nivel de tiro forzado (ventilador principal). Lamayor cantidad de O2 disponible permite aumentar rendimiento al horno (alimentación ycombustible),aumentandoportantolaproduccióndeclinkeryreduciendo,comovalorañadido,el consumoeléctricoespecífico (por toneladadeclinker)debidoa ladiluciónde los consumoseléctricosfijos(motoresdemayorconsumo)entreunamayorproducciónhoraria:

• Manteniendoelespesoractualde lacapadensa, revisarymejorar laespecificacióndelmaterialparaextendervidaútil,aplicandocriteriosdeoptimizacióndecoste.

• Combinación de técnicas de aplicación del denso en función de las áreas y losrequirimientos, pudiéndose optar por vibrocolados o gunitables, hidráulicos o defraguadocerámico,asícomopiezasprefabricadasdealtorendimiento.

• Utilizando materiales superaislantes para reducir las pérdidas de calor al mínimocompatibleconlaaparicióndecorrosión.

CriteriosdeseleccióndeRAEEyserviciotécnicodeREYMALas prioridadesde la planta y criterios de coste-beneficio permitirán seleccionar unaopciónuotra,obienunacombinacióndeambas,paraoptimizarconsumoenergético,reduciremisionesymaximizarrendimientodelhorno.REYMAponeadisposicióndesusclienteslossiguientesmaterialesyserviciosparaoptimizarlaEficienciaEnergéticadesusrevestimientos:

• Estudiosdeprocesoapartirdelainformacióndelclientesobreelrevestimientoactual,demandaactualyfutura,paraproponerlasespecificacionesóptimasdelRAEE.

• Variedaddeestudiosde transmisión térmicaestacionariacon lasdiversasopcionesderevestimientosusceptiblesdeaplicarseacadazona.

• DiseñosCADdelasopcionesderevestimiento.• Suministro demateriales densos, enparticularde tecnologíaREOTIX® ZSI yGUNTIX®

ZSI,comocapadetrabajoparagarantizarelmáximorendimientoyduración.Variedaddesuministrodematerialesdensos,enversionesvibrocoladasogunitablesporaltapresiónconnuestratecnologíaexclusivaGUNTIX®-HP.

• Suministrodepiezasvibrocoladasytratadastérmicamente(temperizadoysinterizado),asícomosistemasdeanclajecompatibles,paraminimizartiemposycostesdemontaje.

• Suministrodematerialessuperaislantes,basadosenlaúltimatecnologíaensistemasdeaislamiento, para minimizar las pérdidas de calor, disponibles en una variedad demateriales,formatosyproteccionescontralahumedadycorrosión.




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• Planos de ingeniería CAD del revestimiento seleccionado para guía del equipo demontaje.

• Supervisióndelostrabajosdemontaje.• Seguimientodelrendimientotérmicodelnuevorevestimiento.• Cualquiernecesidadadicionaldelclientecomoformacióndepersonal,etc.

MontajedeunRevestimientodeAltaEficienciaEnergética(RAEE)




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CONCLUSIONLa industriadel cementoseencuentraenuncontextode fuerte incrementoen laproduccion,esperadaa2030enelentornode5.000millonesdetoneladasmétricas,hasta4veceslosnivelesde1990. Simultáneamente, la situacióndeEmergenciaClimática aconsejamedidasurgentes ysignificativasencaminadasa lareduccióndelconsumodecombustiblesfósilesenlasplantas.Yfinalmente, lacadavezmayorcompetitividadenlosmercadosmundialesdeclinkerycementoestá poniendo una presión muy fuerte sobre los grupos y plantas, forzándoles a implantarmedidasdereduccióndecostes,amenudocomprometiendolamarchafiabledelosequipos,enparticularaquellasunidadesconrevestimientosrefractariosdecalidadesmedias.LosRevestimientosdeAltaEficienciaEnergética (RAEE)diseñadosysuministradosporREYMAofrecenunasoluciónaestosproblemas,contribuyendoalahorrotérmico,mejoradelafiabilidadde equipos y reducciones de emisiones de GEI. Estratégicamente, las plantas que estáninstalando estos revestimientos de última generación disfrutan de una ventaja competitiva ytecnológicafrenteasucompetencia.REYMA se pone como siempre al servicio de sus clientes actuales y futuros para el estudio eimplantacióndeestosrevestimientos.

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Revestimientos de Alta Eficiencia Energética para reducir ... · de 1 tonelada de cemento, suponiendo una media del 70% de las emisiones asociadas a cada tonelada de hormigón civil