Molienda de caliza para FGD: Por qué VRM es la opción preferida

En los sistemas de desulfuración húmeda de gases de combustión (WFGD), el circuito de molienda de caliza suele considerarse una función auxiliar, indispensable, pero poco estratégica. Esta visión es errónea. El proceso de molienda determina directamente la reactividad del reactivo desulfurante, la fiabilidad operativa del sistema y una parte considerable del consumo de energía auxiliar de la planta. Para las plantas que buscan reducir los costos operativos y aumentar la eficiencia en la eliminación de SO₂, la elección de la tecnología de molienda es una de las decisiones más trascendentales en el diseño de un sistema FGD.

Basándose en estudios comparativos de centrales eléctricas en funcionamiento y datos de pruebas a escala piloto, este artículo demuestra, desde perspectivas tanto técnicas como económicas, por qué el molino de rodillos verticales (VRM) es la solución de molienda superior para la preparación de piedra caliza en aplicaciones de desulfuración de gases de combustión húmeda (FGD).

Comprender el papel de la molienda de caliza en la desulfuración de gases de combustión (FGD).

El proceso húmedo de caliza-yeso sigue siendo la tecnología dominante de FGD a nivel mundial, valorada por su alto rendimiento de desulfuración y la amplia disponibilidad de caliza como reactivo. En este proceso, la caliza finamente molida (CaCO₃) se mezcla con agua y se rocía en una torre absorbedora, donde reacciona con el SO₂ en el gas de combustión para formar sulfito de calcio, que posteriormente se oxida para producir yeso comercializable (CaSO₄·2H₂O).

La velocidad de disolución de la caliza es una limitación cinética crítica. La caliza tiene una baja solubilidad (aproximadamente 50 mg/L), lo que significa que la superficie disponible para la reacción limita directamente la eficiencia de eliminación de SO₂. Para compensar esto, la caliza se muele normalmente hasta obtener una finura del 90-95 % que pasa por un tamiz de 45 μm (malla 325) antes de entrar en el absorbedor. Lograr esta distribución de tamaño de partícula de forma consistente y eficiente es la función principal del circuito de molienda.

Un circuito de molienda deficiente se manifiesta de diversas maneras: mayor consumo de caliza debido a la utilización incompleta de reactivos, menor pureza del yeso, mayor volumen de residuos sólidos y menor fiabilidad del sistema. Por el contrario, la molienda excesiva supone un desperdicio de energía sin beneficios proporcionales para el proceso. La solución de molienda óptima debe ofrecer un control preciso de la finura con un consumo mínimo de energía y máxima disponibilidad.

La ruta convencional: Molienda de bolas húmeda

Durante mucho tiempo, la configuración más común para la preparación de caliza ha sido el molino de bolas húmedo de circuito cerrado. En este sistema, la caliza y el agua se introducen en el molino en proporciones adecuadas, y la suspensión resultante se clasifica mediante ciclones. Las partículas gruesas se devuelven al molino para su posterior molienda, mientras que el rebose del ciclón, con una concentración de sólidos de aproximadamente el 30 %, se envía al absorbedor como reactivo de desulfuración.

Los molinos de bolas son robustos en su construcción y cuentan con procesos consolidados, lo que explica su dominio prolongado en la industria. Sin embargo, cuando se utilizan para la molienda de caliza, sus deficiencias inherentes se hacen igualmente evidentes. Una parte sustancial de la energía no se utiliza para la reducción del tamaño de las partículas, sino que se desperdicia en forma de calor y ruido. Además, los molinos de bolas ocupan mucho espacio y los medios de molienda y los revestimientos están sujetos a un desgaste continuo, lo que incrementa los costos de los consumibles.

Más concretamente, los molinos de bolas tienen dificultades para cumplir con los requisitos de finura de los sistemas modernos de desulfuración de gases de combustión (FGD). Cuando la especificación del producto se eleva al 95 % que pasa por un tamiz de 45 μm, el aumento del consumo energético para la molienda con bolas se vuelve desproporcionadamente grande.

¿Cómo funciona el molino de rodillos verticales?
El motor impulsa el disco de molienda a través del reductor. El material cae desde la entrada de alimentación hacia el centro del disco, mientras que el aire caliente ingresa al molino por la entrada de aire. Bajo la acción de la fuerza centrífuga, el material se desplaza hacia el borde del disco. Al pasar por la ranura anular del disco, se tritura bajo la presión de los rodillos de molienda. El material triturado es elevado por el flujo de aire a alta velocidad en el borde del disco, mientras que las partículas más grandes caen de nuevo sobre el disco para ser molidas nuevamente. Cuando el material en el flujo de aire pasa por el clasificador dinámico de polvo, bajo la acción del rotor giratorio, el polvo grueso cae de nuevo sobre el disco para ser molido nuevamente. El polvo fino que cumple con los requisitos es arrastrado por el flujo de aire y recogido en el colector de polvo, convirtiéndose así en el producto final. El material que contiene humedad se seca mediante el contacto con el gas caliente, logrando la humedad requerida del producto.

Características principales del producto:

1. Alta eficiencia y ahorro de energía: Alta eficiencia de molienda, con un consumo de energía un 40% menor que el de los molinos de bolas;

2. Bajo costo de inversión total: Flujo de proceso simple y tamaño reducido, solo el 50% del de un molino de bolas;

3. Alta fiabilidad: La máquina completa adopta un diseño de componentes modulares, con componentes de alta madurez;

4. Mantenimiento conveniente y bajo costo operativo: Bajo desgaste, operaciones de inspección y reparación convenientes y un alto grado de automatización;

5. Calidad estable del producto: Corto tiempo de residencia del material, fácil distribución y detección, y calidad estable del producto;

6. Respetuoso con el medio ambiente y con bajas emisiones de carbono: Baja vibración del sistema, bajo nivel de ruido, totalmente sellado, sin fugas de polvo.

Conclusión

Elegir un sistema de molienda de caliza para la desulfuración de gases de combustión no es solo una decisión de compra, sino un compromiso a largo plazo con una estructura de costos operativos y un régimen de mantenimiento específicos. Los estudios comparativos técnicos y económicos demuestran claramente que, en comparación con la molienda húmeda convencional, el molino de rodillos vertical ofrece un consumo de energía significativamente menor, menores costos de piezas de desgaste, un control más preciso del producto y una mayor rentabilidad financiera.

Para las centrales eléctricas que diseñan un nuevo sistema de desulfuración de gases de combustión o que consideran una mejora en un circuito de preparación de caliza existente, el VRM representa una alternativa probada y económicamente atractiva al molino de bolas. A medida que las normativas sobre emisiones se vuelven más estrictas y el consumo de energía auxiliar se somete a un escrutinio cada vez mayor, la conveniencia de adoptar el VRM se hará aún más evidente.

Preguntas frecuentes

P1: ¿Qué es la molienda de piedra caliza en el proceso FGD y por qué es necesaria?

A: La molienda de la caliza la reduce a un polvo fino (normalmente entre el 90 % y el 95 % pasa por un tamiz de 45 μm) para que pueda reaccionar eficazmente con el SO₂ en el absorbedor. Sin una molienda fina, la utilización del reactivo disminuye y la pureza del yeso se ve afectada.

P2: ¿Por qué se prefiere un molino de rodillos verticales (VRM) a un molino de bolas para la molienda de caliza de FGD?

A: El VRM consume mucha menos energía, elimina los costos de los medios de molienda y ofrece un control de finura más preciso en un espacio reducido. Si bien su costo inicial es mayor, ofrece un mejor VAN y un período de recuperación de la inversión más corto.

P3: ¿Cuál es la finura a la que se debe moler la piedra caliza para la desulfuración húmeda de gases de combustión (FGD)?

A: La mayoría de los sistemas de desulfuración de gases de combustión húmedos especifican que entre el 90 y el 95 % de las partículas deben pasar a través de un tamiz de 45 μm (malla 325). Esto equilibra la reactividad de los reactivos con la energía de molienda.

P4: ¿Es posible fresar la piedra caliza fuera de la obra utilizando la tecnología VRM?

R: Sí, dado que el VRM produce un polvo seco, la molienda puede realizarse en la mina de piedra caliza y el producto transportarse a la planta. Esto puede reducir los costos de equipo mecánico en más del 90 % en comparación con un circuito de molino de bolas húmedo en la planta.

P5: ¿Es necesario secar un VRM y cómo se lleva a cabo ese proceso?

A: Un molino de vapor realiza la molienda, el secado y la clasificación en una sola unidad. Se introduce gas caliente en el molino para evaporar la humedad de la materia prima durante la molienda, eliminando la necesidad de equipos de secado separados.

P6: ¿Qué mantenimiento requiere un VRM en servicio sobre piedra caliza?

A: El mantenimiento se centra en los rodillos de molienda y los revestimientos de la mesa, que utilizan materiales resistentes al desgaste. La molienda de bancada provoca menos desgaste que la molienda de bolas, y los consumibles se redujeron del 2,8 % de los gastos operativos a tan solo el 0,5 % en el estudio de Kusile.

P7: ¿Cuánto espacio ahorra un sistema VRM en comparación con un circuito de molino de bolas?

A: Un VRM integra molienda, secado y clasificación en una sola unidad vertical, lo que reduce el espacio necesario hasta en un 50 %. Esto resulta especialmente valioso para reformas en espacios reducidos.

P8: ¿Está probada la tecnología VRM en aplicaciones de desulfuración de gases de combustión (FGD)?

R: Sí, los VRM se han utilizado en el procesamiento de cemento y minerales durante décadas y están bien establecidos en la molienda de caliza FGD. Estudios comparativos en centrales eléctricas en funcionamiento han validado su rendimiento y rentabilidad financiera.