La combustión o quema de desechos sólidos pasa por una serie de etapas. El agua se expulsa primero de los desechos no quemados por el calor producido por el material que se quema cerca o por un quemador auxiliar. A medida que los desechos se calientan, el carbono y otras sustancias se liberan y se convierten en gases combustibles. Esto se conoce como gasificación. Estos gases pueden luego mezclarse con oxígeno. Si la temperatura dentro de la cámara de combustión es lo suficientemente alta y se mantiene durante un período de tiempo lo suficientemente largo, los gases calientes se convierten completamente en vapor de agua y dióxido de carbono, que luego se libera al aire. Si la temperatura dentro de la cámara de combustión no es lo suficientemente alta y el tiempo de combustión es demasiado corto, no se produce la conversión completa de los gases combustibles y se libera humo visible en el aire. Otro resultado de la quema a bajas temperaturas es la creación de contaminantes que originalmente no estaban presentes en los desechos. Este proceso se conoce como síntesis de novo. Mediante este proceso se pueden formar dioxinas, furanos y otros contaminantes químicos complejos.
Las cenizas producidas por la combustión toman la forma de cenizas volantes o cenizas de fondo. Las cenizas volantes son las partículas finas arrastradas en forma de humo, mientras que las cenizas de fondo son el material no combustible y sin quemar que queda después de que se completa la combustión. El tipo y la cantidad de contaminantes en las cenizas volantes y de fondo dependen de los desechos que se queman y de la integridad del proceso de combustión.
La integridad de la combustión está determinada por todos los factores siguientes:
Temperatura
La temperatura generada es función del poder calorífico del combustible residual y auxiliar, el diseño del incinerador o unidad de combustión, el suministro de aire y el control de la combustión. La combustión completa requiere altas temperaturas. Generalmente, las temperaturas que exceden los 650oC con un tiempo de mantenimiento de 1-2 segundos causarán la combustión completa de la mayoría de los alimentos y otros desechos domésticos comunes. Se requiere la segregación de desechos cuando se utilizan métodos que no alcanzan estas temperaturas de manera rutinaria. Los incineradores de doble cámara, que están diseñados para quemar mezclas complejas de desechos, desechos peligrosos y desechos biomédicos, deben proporcionar una temperatura superior a 1000oC y un tiempo de retención de al menos un segundo para garantizar una combustión completa y minimizar las emisiones de dioxinas y furanos. Cuando se alcancen estas altas temperaturas y tiempos de retención, los desechos se quemarán por completo y se minimizarán las concentraciones de cenizas, humo y contaminantes.
Debido a que las temperaturas de los gases de escape varían de ambiente a más de 1000 ° C cada vez que se usa un incinerador de desechos por lotes, rara vez se recomiendan los sistemas opcionales de control de la contaminación del aire con torres de enfriamiento por evaporación y depuradores. Sin embargo, puede ser necesario emplear estos sistemas con grandes incineradores de alimentación continua si las autoridades reguladoras requieren una limpieza adicional de los gases de escape.
Tiempo de espera
La combustión completa lleva tiempo. El tiempo de mantenimiento, también conocido como tiempo de retención o de residencia, es el tiempo disponible para asegurar la mezcla completa de aire y combustible y, por lo tanto, la quema completa de los desechos. Las bajas temperaturas, los bajos valores caloríficos de los residuos y la reducción de las turbulencias requieren que se aumente el tiempo de mantenimiento para completar el proceso de combustión.
Turbulencia
Se necesita la mezcla turbulenta de gases combustibles con suficiente oxígeno para promover un buen contacto entre los desechos en combustión y el aire entrante. Esto ayudará a alcanzar las altas temperaturas a las que los desechos se pueden quemar por completo. La cantidad de mezcla depende de la forma y el tamaño de la cámara de combustión y de cómo se inyecta el aire. La ventilación pasiva debajo del fuego que se logra durante la quema al aire libre no genera suficiente turbulencia para quemar una amplia variedad de desechos. Además, es importante no llenar en exceso la cámara de combustión, ya que el flujo de aire puede bloquearse y la cantidad de turbulencia se puede reducir aún más. Los diseños de incineración más avanzados proporcionan turbulencias efectivas mediante la introducción forzada de aire directamente en las zonas calientes.
Composición de los residuos
El poder calorífico, la humedad y las propiedades químicas de los residuos afectan el proceso de combustión y los contaminantes contenidos en el humo y las cenizas resultantes. Cuanto mayor sea la temperatura de combustión, el tiempo de mantenimiento y la turbulencia que se logren, menor será el efecto que tendrá la composición de los desechos sobre la integridad de la combustión.
