ELIMINACIÓN DEL NOX DE UNA CALDERA

MECANISMOS DE FORMACIÓN DE LOS NOx Los NOx 

se refieren a un conjunto de emisiones de óxido nítrico NO, de dióxido nítrico NO2 y trazas de otros, generados en la combustión. La combustión de cualquier combustible fósil produce un determinado nivel de NOx debido a las altas temperaturas y a la disponibilidad de oxígeno y nitrógeno, tanto en el aire comburente, como en el combustible. 

Las emisiones de NOx generadas en los procesos de combustión están constituidas por un 90÷ 95% de NO, y el resto por NO2; cuando los humos abandonan la chimenea, una gran parte del NO se oxida en la atmósfera, pasando a NO2. 

El NO2 presente en los humos crea el color grisáceo que se puede ver saliendo de la chimenea de una planta energética. Una vez en la atmósfera, el NO2 interviene en una serie de reacciones que forman contaminantes secundarios.

 El NO2 puede reaccionar con la luz solar y con radicales de hidrocarburos, para producir componentes fotoquímicos de huminiebla (presencia de humos y niebla en algunas ciudades) y de lluvia ácida. 

Hay dos mecanismos normales de formación de los NOx: NOx térmico NOx del combustible NOx térmico: Denomina al NOx formado, a alta temperatura, por la oxidación del nitrógeno que se encuentra en el aire comburente; su velocidad de formación depende de la temperatura y del tiempo de permanencia en la misma.

 Normalmente se forman cantidades significativas de NOx en condiciones de oxidación por encima de los 2200ºF (1204ºC), aumentando de forma exponencial con la temperatura; en esta situación, el N2 y el O2 moleculares presentes en la combustión, se disocian y pasan a su estado atómico, participando en una serie de reacciones, siendo uno de los productos el NO. Las tres reacciones principales participantes en el proceso, son:

NOx del combustible.- La principal fuente de emisiones de NOx procedentes del nitrógeno estructural contenido en los combustibles, como parte de compuestos orgánicos en los carbones y aceites, se debe a la conversión del nitrógeno en NOx durante el proceso de combustión. 

El NOx del combustible contribuye aproximadamente al 50% de las emisiones totales incontroladas, cuando se queman aceites residuales, y a más del 80% en el caso de quemar carbones. 

Durante el proceso de combustión, el nitrógeno se libera como radical libre que, finalmente, forma NO o NO2. 

El nitrógeno del combustible es un factor principal en las emisiones de NOx, pero sólo se convierte en NO entre un 20÷ 30%; la mayor parte del NOx del combustible formado, se realiza a través de una serie de reacciones, no bien conocidas, aunque parece que dicha conversión tiene lugar mediante dos vías separadas. 

Primera vía de reacciones: Durante la fase inicial de la combustión, se produce la oxidación de las especies volátiles del nitrógeno; en la fase de desprendimiento, y antes de la oxidación de los componentes volátiles en la zona de postcombustión, el nitrógeno reacciona formando diversos compuestos intermedios, en las regiones de llama ricas en combustible, que se oxidan formando NO o se reducen a N2, formación que depende de la relación estequiométrica local, combustible/aire. Se estima que este mecanismo de desprendimiento de volátiles contribuye a la formación de un 60÷ 90 % del global del NOx del combustible. 

Segunda vía de reacciones: Se caracteriza por la liberación de radicales de nitrógeno durante la combustión de la fracción de subcoque del combustible; estas reacciones son mucho más lentas que las correspondientes a las especies volátiles. La conversión del nitrógeno estructural en NOx depende de la estequiometría, siendo independiente de las variaciones de temperatura en la zona de combustión; esta conversión se puede controlar, en las etapas iniciales de la combustión, reduciendo el oxígeno disponible, de forma que, una gran parte del nitrógeno liberado durante la fase de desprendimiento de volátiles se reduce a N2; ésto es así, porque los radicales de hidrocarburos desprendidos durante la liberación de volátiles, compiten frente al nitrógeno en la captura del oxígeno libre disponible.