TRIGENERACIÓN CENTRAL DE TRIGENERACIÓN CON BIOMASA Y ENERGÍA SOLAR PARA USO INDUSTRIAL EN LA FÁBRICA DE L ORÉAL EN BURGOS

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1 TRIGENERACIÓN CENTRAL DE TRIGENERACIÓN CON BIOMASA Y ENERGÍA SOLAR PARA USO INDUSTRIAL EN LA FÁBRICA DE L ORÉAL EN BURGOS Primera planta de España en producir agua caliente y fría, vapor y electricidad para uso industrial con cero emisiones de CO 2 I I Marzo - Abril Especial BIOENERGÍA

2 Alfonso Calderón 1, David lópez 2 1 Director, 2 Director 1 CENIT SOLAR, 2 EITEC La planta de trigeneración para uso industrial con biomasa, construida por la sociedad CO- GENERACIÓN BIOCEN para la empresa de cosméticos LʼOréal en el polígono Villalonquéjar de Burgos, es la primera de estas características que se ejecuta en España. El Grupo LʼOréal estableció como uno de sus objetivos de su Plan Estratégico a nivel mundial, el compromiso de la reducción de un 50% de las emisiones de CO 2 en sus fábricas, antes del La instalación situada en Burgos, Productos Capilares LʼOréal S.A. asumió el compromiso anterior y lo quiso mejorar planteando un proyecto más ambicioso donde pudiera reducir hasta el 100% de sus emisiones. Fruto de esta necesidad, hace más de tres años se iniciaron los contactos con la Empresa CENIT SOLAR Proyectos e Instalaciones Energéticas, s.l. y con EITEC Ingeniería Energética, S.L., para desarrollar y ejecutar el proyecto de una planta de trigeneración que pudiera dar cobertura a la demanda energética de la planta, mediante la modalidad de prestación de un servicio energético integral, por mediación de la empresa de servicios energéticos CO- GENERACIÓN BIOCEN, S.A., basado en energías renovables que sustituyeran a sus actuales energías convencionales fósiles. Los servicios que prestará BIOCEN S.A. a la Fábrica de Productos Capilares LʼOréal S.A. son: 1. Generación de VAPOR para el proceso productivo. 8 Especial BIOENERGÍA 2014 I I

3 2. Calor y Frío para climatización. 3. Agua caliente y agua fría para proceso productivo. 4. Energía Eléctrica para el proceso. La central de trigeneración suministra el agua caliente y fría, vapor y electricidad utilizados en los procesos industriales de la Fábrica, y los paneles fotovoltaicos complementan el aporte eléctrico necesario para conseguir el objetivo marcado: ser neutros en emisiones de CO 2. El proceso comienza a partir de una caldera de aceite térmico que produce el vapor que será utilizado en el proceso industrial, y la electricidad a partir de una turbina eléctrica. Una segunda línea disipa el calor del fluido que mueve la turbina y producirá agua caliente para el proceso productivo y para la calefacción de las instalaciones. La innovación tecnológica se lleva al extremo utilizando la tecnología de absorción que permite obtener agua fría (utilizada en la climatización y en el proceso industrial) a partir del agua caliente producida en la Central. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN La Central Térmica de Biomasa que se compone de un hogar de biomasa con una caldera de aceite térmico de kw del fabricante Polytechnik y un generador de 2,6 t/h de vapor saturado a 12 bares a partir de aceite térmico proveniente de la caldera. A mayores se instala un módulo ORC (Organic Ranking Cycle) de 617 kw de potencia eléctrica bruta que proporciona kw de potencia térmica al agua con un salto de 80/60ºC, para lo que requiere kw de la caldera de aceite térmico. El excedente de potencia de la caldera de aceite térmico hasta los kw mencionados, se destina a la producción de vapor mediante el generador de 2,3 t/h a 12 bares. La potencia térmica generada en forma de agua se empleará en las distintas aplicaciones: Producción de agua caliente de lavado. Producción de agua caliente para ósmosis. Producción de agua fría para proceso y climatización a través de máquinas de absorción. Producción de agua caliente para calefacción. Producción de agua caliente para el secadero de lodos. A continuación se describe detalladamente cada una de las zonas que constituyen la central térmica, separadas por aplicaciones: I I Especial BIOENERGÍA

4 Silo-Almacén de combustible El combustible a emplear es astilla forestal de la Región. Se ha diseñado un silo diario y un segundo silo de almacenamiento de seguridad que permiten, en total, tener almacenada astilla para una autonomía de al menos 2 semanas. El almacén de acopio de biomasa, consistirá en una nave abierta en su cara sur, que dispondrá de zonas de paso para remover y trasegar la biomasa hasta el silo diario. El volumen diseñado para este silo es de aproximadamente m 3, que permitirá tener almacenada m 3 de astilla, aproximadamente 550 toneladas. Dentro del silo diario hay un suelo móvil, consistente en varios ejes con paletas empujadoras que movidas hidráulicamente son encargadas de empujar la biomasa hasta el empujador, situado en la parte frontal, 30 cm por debajo de la cota del silo y comunicada con el canal de alimentación. El almacenamiento de cerca de 60 t de astilla que permiten un funcionamiento continuo de la caldera a plena carga durante al menos 36 horas. El silo diario será rellenado de forma diaria durante los días de operación de la planta. Sistema de combustión de biomasa y caldera de aceite térmico La biomasa es conducida por un empujador hidráulico situado en el interior del canal de alimentación hasta el interior del hogar de combustión. El empujador dispone de compartimentos que mantienen estanqueidad durante la alimentación de la caldera de forma que no exista contacto directo entre la biomasa que se quema en el hogar y la proveniente del silo. Se han instalado sistemas rociadores sprinkler en el interior del canal que rociarán con agua en caso de que la temperatura en el mismo alcance determinado valor. La regulación de la caldera controla la alimentación del combustible en función de la demanda. En la parte inferior se encuentra un sistema de recogida de cenizas que las conduce hasta el sinfín extractor, encargado de transportarla hasta el contenedor adecuado. A lo largo de su recorrido hay diversas entradas de aire primario a través de los distintos eslabones, que permiten asegurar una correcta progresión de la combustión, de forma que no llegue nada de material inquemado a la parte inferior. Dicho aire primario es calentado previamente desde un recuperador que emplea los gases de escape, de forma que se mejora el rendimiento de la combustión. Este sistema es especialmente adecuado para combustibles con alto contenido en humedad. Los ventiladores de aire primario, colocados en la parte inferior de la parrilla móvil, inyectarán aire directamente a la altura del combustible y serán los encargados de comenzar la combustión. 10 Especial BIOENERGÍA 2014 I I

5 Son de tres tamaños distintos para aportar la cantidad de aire necesaria en cada momento. Los ventiladores de aire secundario inyectan aire a la altura de llama, a través de orificios practicados en las paredes del hogar y son los encargados de asegurar una combustión completa. Ambos grupos de ventiladores están interrelacionados con el ventilador de tiro de forma que se pueda mantener la depresión en la cámara de combustión. Las cenizas de la combustión son extraídas del hogar mediante un tornillo sinfín y posteriormente transportadas hasta los contenedores correspondientes mediante cintas transportadoras movidas hidráulicamente. Los gases de combustión procedentes de la cámara de combustión pasan por una serie de ciclones y filtros que aseguran la reducción al mínimo de las partículas en suspensión. Se ha instalado de un filtro electrostático que reducirá las partículas emitidas a la atmósfera por debajo de 50 mg/nm 3. Dichas partículas decantadas, serán depositadas en los contenedores específicos. Las temperaturas del hogar son controladas en todo momento por sondas de temperatura que soportan los ºC al igual que la cantidad de oxígeno en humos, medida en tiempo real mediante una sonda lambda, que garantiza de forma continua la combustión completa. Dichos parámetros, así como el estado de los elementos hidráulicos y la depresión de la cámara de combustión son regulados por la centralita de control y monitorizados en el ordenador central. Existe un medidor en tiempo real de emisiones. Colocada en la parte superior del hogar, se encuentra la caldera de aceite térmico consistente en dos serpentines concéntricos que permiten el paso de gases de escape entre ambos. El diseño del sistema, así como la limpieza automática de las zonas de intercambio permiten conseguir un flujo constante de los gases de escape manteniendo permanentemente la eficiencia en el intercambio de calor. La caldera de aceite térmico viene completada con una serie de bombas, elementos de medida y elementos de seguridad, como el sistema de enfriamiento de emergencia, que se activará en caso de fallo en la bomba del circuito primario. Estos sistemas permiten asegurar la seguridad en la planta. A la salida de la caldera de aceite térmico, se han instalado dos economizadores (alta y baja temperatura) que permitirá un aprovechamiento de los gases de escape para precalentar el aceite térmico de retorno, previo a la entrada en la caldera. A continuación del economizador se ha instalado un ciclón encargado de reducir las partículas en suspensión hasta 150 mg/m 3. Las cenizas deposita- I I Especial BIOENERGÍA

6 das se conducirán mediante sinfines hasta el contenedor habilitado. Posteriormente al ciclón se ha instalado el sistema de precalentamiento de aire primario que permite un mayor aprovechamiento de los gases de escape y una mejora de la combustión. Con estas mejoras se consigue un importante incremento del rendimiento global del sistema. El ventilador de tiro se ha instalado aguas abajo del precalentador del aire primario e inmediatamente antes del electro filtro, que reduce las partículas en suspensión hasta los 50 mg/m 3. Chimenea Del filtro electrostático, los gases ya limpios y con temperaturas próximas a los 185 ºC son conducidos hacia el conducto de humo. Dicho conducto, autoportante, es de acero inoxidable en su interior, con 60 mm de aislamiento de lana de roca y recubierto con una segunda pared de acero lacado. El diámetro interior de la chimenea es de 710 mm y la altura 25 m. La chimenea tendrá recogida de condensados y los correspondientes registros de limpieza. Sala de depósitos Producción de frío. Máquina de absorción La producción de frio se consigue con una máquina de absorción de simple efecto de kw que permite obtener una temperatura de salida del agua de 6/7ºC, funcionando con un rendimiento del 70 % y una acumulación adecuada de l, situada en la Central térmica y l situados en las subestaciones correspondientes ubicadas en fábrica. De esta forma, se consigue una acumulación total de l que permitirán cubrir posibles incrementos temporales en la demanda de frío del proceso. El ciclo de refrigeración utiliza el calor latente de vaporización de un refrigerante para eliminar el calor del agua de entrada que debe ser enfriada. La máquina de absorción elegida emplea agua como refrigerante y una solución de bromuro de litio (absorbente) para absorber el refrigerante evaporado. Aplicando calor a la solución, se consigue separar el refrigerante del absorbente evaporándolo, que condensará posteriormente en el condensador. Di- 12 Especial BIOENERGÍA 2014 I I

7 cha aportación de calor se produce en el generador. En nuestro caso, la fuente de calor será agua a 95 º proveniente de la cogeneración. En el condensador el agua evaporada cambia de estado cediendo calor al agua que posteriormente se envía a la torre de refrigeración. Una vez condensado, el refrigerante pasa por los tubos del evaporador, evaporándose de nuevo aprovechando el calor que obtiene del agua a refrigerar. La solución de bromuro de litio concentrado pasa al absorbedor donde se mezcla de nuevo con el absorbente evaporado diluyéndose éste. La solución diluida de bromuro de litio y agua se bombea hasta el generador donde comienza de nuevo el ciclo. La torre de refrigeración elegida en el proceso debe ser capaz de refrigerar 347 m 3 /h de agua de 37 ºC hasta 30 ºC. Se ha instalado una torres de refrigeración de circuito abierto. El agua a refrigerar entra por la parte superior de la torre y se distribuye uniformemente por el relleno de la misma, que permite mejorar el tiempo y la superficie de intercambio entre el aire y el agua. Producción de calor Dentro de la sala de depósitos, compartiendo espacio con los equipos de producción de frío, se ubican también los depósitos de acumulación para las distintas aplicaciones con agua caliente. Se han instalado 2 depósitos de l cada uno, que junto con los depósitos de l situados cada uno en una subestación de transferencia de calor dentro de fábrica, hacen un total de l de acumulación, que permitirán duplicar la potencia térmica de calor durante al menos 30 minutos, para poder cubrir posibles incrementos en la demanda de la fábrica. En esta sala se encontrarán también los colectores de distribución de calor y frío así como los distintos grupos de bombeo para las distintas aplicaciones. Sala de generación de vapor Consiste en un equipo generador de vapor a partir de aceite térmico proveniente de la caldera, para producir 2,3 t/h de vapor saturado a 12 bares con una capacidad de l, que permitirá de ese modo cubrir posibles incrementos temporales de la demanda de vapor. No hay que olvidar que la planta demanda actualmente vapor a 5 bar debido a la calefacción por vapor que

8 tiene actualmente instalada. En el futuro para cubrir la demanda de vapor serán necesaria una presión de 4 bar, de forma que la acumulación en caldera y la generación a 12 bar proporcionarán un pulmón de vapor importante durante 15 o 20 minutos. Se alimenta de un depósito de l de agua de alimentación del equipo generador de vapor que recoge los condensados provenientes de las aplicaciones de fábrica. Dicho depósito tiene incorporado un intercambiador de aceite de 100 kw que permite mantener la temperatura del agua en su interior cercana a los 100 ºC. Sala de producción de energía eléctrica. Módulo ORC En la sala de producción de energía eléctrica, contigua a la sala de calderas, está el módulo ORC (Organic Ranking Cycle) de 617 kw de potencia nominal. El ORC es un módulo de producción eléctrica en ciclo Rankine que trabaja en ciclo cerrado con una silicona orgánica del grupo Siloxano no tóxico y no perjudicial para el medioambiente, con adecuadas propiedades termodinámicas. Los elementos del módulo son los siguientes: Intercambiador de calor aceite térmico/silicona orgánica. Evaporador, donde cambiará de estado la silicona orgánica aportando calor con el aceite térmico. Generador, donde se expandirá la silicona orgánica a su paso por la turbina. Regenerador encargado del precalentamiento de la silicona orgánica que va al evaporador desde la salida del condensador. Condensador, encargado de licuar la silicona orgánica, aportando calor al agua empleada en cubrir la demanda térmica de la fábrica. Bomba, encargada de hacer circular la silicona orgánica por todos los elementos. La silicona orgánica es calentada hasta pasar a estado vapor por el aceite térmico. El fluido caloportador en estado vapor pasa por la turbina acoplada a un generador para la producción eléctrica. El vapor desprendido de la turbina es conducido al regenerador donde se emplea para precalentar la silicona orgánica en estado líquido procedente del condensador. Al condensador llega la silicona en estado vapor después de su paso por la turbina. En el condensador se produce el intercambio de calor con el agua a calentar, condensando la silicona, que es de nuevo precalentada y evaporada cerrando el ciclo. Sala de control El control de todas las máquinas así como de las energías eléctricas -fotovoltaica y cogeneración- y térmicas producidas, se realizará informáticamente desde la sala de control mediante PLCs. En dicha sala habrá varios ordenadores central que permitirán el control y la visualización en tiempo real de todos los parámetros de funcionamiento de los distintos elementos instalados en la central, así como de los consumos y producciones. Dicha sala de control está dirigida por un único operario y admite el con- 14 Especial BIOENERGÍA 2014 I I

9 trol telemático de la misma a través de Internet. El cliente de la energía térmica dispone de acceso a los consumos que vaya teniendo. El software de control presta especial cuidado al control de las emisiones y temperatura de combustión, visualizándolos en tiempo real para todos los estados de carga de la caldera. Dicho software de control establecerá registros periódicos donde quedarán almacenados los datos medidos. Sistemas de seguridad Todos los componentes de la caldera, así como de los elementos que trabajen con el aceite térmico cumplen lo indicado en la normativa DIN 4754 cumpliendo al menos con las seguridades mínimas indicadas en dicha normativa. Los elementos de seguridad de la caldera son los siguientes: Sistema de alimentación del combustible mediante un empujador hidráulico compartimentado que asegura la estanqueidad y evita la comunicación entre hogar y silo de biomasa. Sistema de rociadores a lo largo del empujador desde el silo diario hasta el hogar de combustión, que se accionarán bajo elevadas temperaturas en el interior del empujador. Control de los parámetros de funcionamiento del hogar y de la caldera de aceite térmico: regulación de la depresión en la cámara de combustión, control de temperaturas (cámara, alimentación, gases de escape, etc.), temperatura del aceite térmico, estado de funcionamiento de bombas, etc. Dicho control permitirá detectar anomalías de funcionamiento activando las alarmas y acciones correspondientes. Refrigerador de emergencia (en caso de fallo de la bomba del circuito primario) del aceite térmico con agua de red. I I Especial BIOENERGÍA

10 Grupo electrógeno de emergencia con equipo de bombeo (bomba doble) que permitirían la circulación del fluido térmico en caso de fallo de corriente en la instalación. Elementos de medida y control del fluido térmico. El sistema de alarma de incendios está conectado con el sistema de control de la caldera. En caso de anomalía de funcionamiento el propio sistema de control activará la alarma. Circuitos hidráulicos Los circuitos hidráulicos son 3, agua fría para proceso y climatización, agua caliente para proceso y calefacción y vapor y condensados para proceso. Los circuitos conectan la Central Térmica por un lado con las dos subestaciones (agua caliente y agua fría), desde donde se realiza el reparto a los puntos de consumo de agua fría y caliente para climatización y calefacción en la fábrica y por otro con la actual sala de calderas, donde se ubica un depósito de l para el agua caliente de proceso, desde donde parte el reparto a los distintos puntos de consumo. La tubería de vapor y condensados, comunica la Central Térmica con el colector de vapor para proceso, situado en la sala de calderas actual de L'Oréal. Se distinguirán los siguientes circuitos: Circuito primario de aceite térmico: conecta la caldera de aceite térmico con el módulo ORC, el generador de vapor, depósito de alimentación del generador de vapor y los intercambiadores aceite/agua. Circuito primario de agua: circuito de agua caliente encargado de transferir la energía térmica desde el condensador del módulo ORC (cogeneración) y/o de los intercambiadores aceite/agua hasta los depósitos de inercia pulmón de l cada uno que alimentará al colector de distribución y desde el cual se repartirá a las distintas aplicaciones. Circuito secundario(agua fría/agua caliente): interconecta los colectores de frío y calor con las aplicaciones situadas en la fábrica. Éstas son las dos subestaciones situadas en la fábrica para la calefacción/climatización, el depósito para agua de lavado situado en la sala de calderas el depósito pulmón del circuito secundario, las balsas de hielo para el frío de proceso y los intercambiadores de agua de lavado de UP2. Circuito de vapor: interconectará el generador de vapor situado en la Central de Térmica con el colector actual de proceso, situado en la actual sala de calderas de L'Oréal. Desde allí que se distribuirá a cada una de las aplicaciones, de igual forma a como se está realizando actualmente. Sistema de producción eléctrica mediante energía solar fotovoltaica Con casi módulos fotovoltaicos la cubierta de la central de cogeneración con una potencia de 495kW eléctricos son capaces de producir la energía complementaria al sistema de cogeneración para llegar a conseguir la electricidad necesaria para la fábrica de LʼOreal. Las empresas CENIT SOLAR PRO- YECTOS E INSTALACIONES ENERGÉ- TICAS, S.L. Y EITEC INGENIERÍA ENERGÉTICA, S.L., aportan 10 años de experiencia en proyectos basados en energías limpias. Con este proyecto se abre un campo imprescindible, en el corto y medio plazo, en las necesidades energéticas tanto de la industria como del ámbito residencial y de servicios. 16 Especial BIOENERGÍA 2014 I I