Valorización Energética de Lodos en la EDAR de Galindo del Consorcio de Aguas Bilbao Bizkaia

Transcripción

1 Sumario 1. EL CONSORCIO DE AGUAS BILBAO BIZKAIA 2. LA EDAR DE GALINDO 3. JUSTIFICACIÓN DE LA INCINERACIÓN 4. EL PROCESO DE VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DEL FANGO DESHIDRATADO 4.1. LA INCINERACIÓN 4.2. RECUPERACIÓN DE ENERGÍA 4.3. DEPURACIÓN DE HUMOS 5. CONTROL DE EMISIONES 6. INSTALACIONES DE COGENERACIÓN 7. DATOS DE PRODUCCIÓN Y CONSUMOS 8. COSTOS 9. CONCLUSIONES

2 1. EL CONSORCIO DE AGUAS BILBAO BIZKAIA ÁMBITO TERRITORIAL

3 1. EL CONSORCIO DE AGUAS BILBAO BIZKAIA - SISTEMAS DE SANEAMIENTO : 25 POBLACIÓN EQUIVALENTE : hab/equ. LONGITUD DE COLECTORES : 255 km. DIÁMETROS: : entre 315 mm. y mm. ALIVIADEROS : 125 ud. ESTACIONES DE BOMBEO : 51 ud.

4 2. LA EDAR DE GALINDO

5 2. LA EDAR DE GALINDO

6 2. LA EDAR DE GALINDO 2.1. LÍNEA DE AGUA Bombeo Principal de 15 m3/sg Pretratamiento para 15 m3/sg Decantación Primaria para 12 m3 con 14 decantadores rectangulares de m3/c.u. Bombeo Intermedio de 8 m3/sg de capacidad Tratamiento Biológico para 6 m3/sg de caudal punta Proceso de Fangos Activados D-R-D-N en 6 líneas de m3 de volumen unitario y 18 clarificadores rectangulares de m3/c.u.

7 2.2. LÍNEA DE FANGOS Espesamiento del fango primario en 4 espesadores de 900 m3/c.u. Concentración 4% de M.S. Espesamiento del fango biológico en 3 flotadores de 550 m3/c.u. Concentración 3,5-4% de M.S. Deshidratación en 5 filtros prensa de 140 placas de 1,50 x 1,50 m. Cada prensada es de 7,50 Tn. con una concentración de 28-35% de M.S.

8 2.3. VALORIZACIÓN DE FANGO 2 Silos de fango de 200 Tn./ c.u. 2 Hornos de lecho fluidificado de 4 Tn/h y 8 Tn/h de capacidad respectivamente 2 Turbinas de vapor de 845 Kwh y Kwh respectivamente 2 Líneas de depuración y lavado de humos Equipos para el control de emisiones

9 2.4. DATOS GENERALES (AÑO 2006) Caudal medio 3,94 m3/sg Volumen depurado m3 DQO en el efluente 42,7 mg/l SST en el efluente 11,2 mg/l N-NH4 en el efluente 1,1 mg/l P-PO4 en el efluente 2,5 mg/l Fango deshidratado Tn. Ceniza Tn.

10 3. JUSTIFICACIÓN DE VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DEL FANGO DESHIDRATADO Proyecto de la EDAR en ª Fase: Tratamiento Primario Situación: -Desconocimiento de las características del fango -Contenido alto de metales pesados Alternativas -Vertido al mar. Lo realizaban en Inglaterra pero se iba a prohibir en breve -Digestión y empleo en agricultura -Incertidumbre de la eficacia de la digestión -No se practica una agricultura extensiva en Bizkaia -Depósito en vertedero -Secado -Coste elevado -Medioambientalmente rechazable -No se conocía la técnica suficientemente -Compostaje -No había mercado para dar salida al compost -Incineración -Práctica habitual en el norte de Europa

11 4. EL PROCESO DE VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DEL FANGO DESHIDRATADO 4.1. La Incineración El fango deshidratado es prácticamente autocombustible. Se quema en un horno de lecho fluidificado. Se inyecta gas natural para asegurar una temperatura de combustión mayor de 850ºC.

12 El Horno de lecho fluidificado Cámara de combustión: boquillas, lecho de arena, zona combustión, zona de postcombustión y salida de humos Bomba alimentación Máquina de carga Ventilador de fluidificación Ventilador de cola Alimentación de gas y aire a lanzas Instrumentación: sondas de temperatura y presión Automatismo

13

14 Condiciones de diseño Poder calorífico de la materia volátil Kcal/kg Poder calorífico del gas Kcal/Nm3 Temperatura combustión 900ºC Sequedad del fango 35% Materia volátil 64% Temperatura aire fluidificación 150ºC Temperatura máxima 1050ºC Horno 1 Horno 2 Volumen cuba (m3) 51,40 147,50 Diámetro (m) 4,00 5,50 Caudal aire fluidificación (Nm3/h) Caudal gases (Nm3/h) Consumo específico de gas (Nm3/Tn MS)51,4 51,4 Tiempo residencia de los gases (sg) 3,5 5,0

15 Balance térmico ENTRADAS Horno 1 Horno 2 Ud. Calor del fango combustible Calor del gas Calor del aire de fluidificación Calor del agua del fango Calor de la M.S. del fango kcal/h kcal/h kcal/h kcal/h kcal/h TOTAL kcal/h SALIDAS Gases de escape (860ºC) Cenizas Pérdidas (2,3%) kcal/h kcal/h kcal/h TOTAL kcal/h

16 Operación Los parámetros básicos a controlar son: Caudal de aire de fluidificación Caudal de fango aportado Caudal de gas natural Caudal de aire secundario Se requiere mantener una temperatura en la zona de combustión mayor de 850ºC y en la parte superior menor de 1050ºC, quemando la mayor cantidad de fango con el menor consumo de gas posible.

17 4.2. Recuperación de energía Precaldera y caldera: producción de vapor a 400ºC y 40 bares Turbina de vapor: 4,29 kg vapor/kwh Calentamiento aire fluidificación Aerocondensadores Equipos de seguridad: 1 presostato y 5 válvulas de sobrepresión Horno 1 Horno 2 Producción vapor (kg/h) Produc. electricidad (Kwh)

18 4.3. Depuración de humos Fase seca (Precipitador Electrostático) Entrada Salida Caudal de gases (Nm3/h) / / Temperatura (ºC) Concentración partículas (mg/nm3) Ceniza (kg/h) 311 / 622 0,37 / 0,74

19 Fase húmeda (Lavado de gases) Lavado mediante cortinas de disolución de NaOH en dos torres por cada horno Actúa sobre ClH, SO 2, FH Regulación mediante medición de ph en las cubas de preparación Rendimiento: Entrada Salida ClH (mg/nm3) < 440 < 10 SO 2 (mg/nm3) < 1100 < 50 FH (mg/nm3) < 12,60 < 2

20 Otros tratamientos Inyección de agua amoniacal en la cuba del horno para eliminar NOx (en construcción) Filtros de mangas con adición de cal para eliminar metales pesados (futuro)

21 5. CONTROL DE EMISIONES 5.1. Límites de elementos contaminantes Según el R.D. 653/2003 de 30 de mayo, los gases procedentes de la incineración de fango deshidratado deben cumplir los siguientes límites de emisión Semihorario Contaminante Valor diario 100% A 97% B Partículas totales COT HCl FH SO2 NOx 10 mg/nm3 10 mg/nm3 10 mg/nm3 1 mg/nm3 50 mg/nm3 200 mg/nm3 30 mg/nm3 20 mg/nm3 60 mg/nm3 4 mg/nm3 200 mg/nm3 400 mg/nm3 10 mg/nm3 10 mg/nm3 10 mg/nm3 2 mg/nm3 50 mg/nm3 200 mg/nm3

22 5.1. Límites de elementos contaminantes Cd, Tl Contaminante Valor diario Total 0,05 mg/nm3 Hg, Sb, As, Pb, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V Dioxinas y furanos Total 0,05 mg/nm3 0,1 ng/m3 Contaminante Valor diario Valor medio horario CO 50 mg/nm3 100 mg/nm3

23 5.2. Instrumentación Analizador principal y redundante de CO, VOC, O 2, NO, NO 2, ClH, SO 2, H 2 O, FH, caudal, presión y temperatura. Analizador principal y redundante de partículas previa vaporización de las gotas de agua que contiene el humo. Sonda de medida de presión insertada en la chimenea. Los valores registrados se transmiten en tiempo real al Centro de Control de Calidad del Aire del Gobierno Vasco.

24 6. INSTALACIONES DE COGENERACIÓN Se han instalado unos equipos que permiten la producción simultánea de energía eléctrica y energía térmica a partir de un único combustible. Se regula por el R.D. 661/2007 Motor Potencia consumida Caterpillar Deutz (2 ud.) (Kwh/h) x 2 Potencia generada (Kwh/h) x 2 TOTAL

25 7. DATOS DE PRODUCCIÓN Y CONSUMOS Tabla 1. Producción Conjunta Año Fango producido (Tn) Fango quemado (Tn) Fango vertedero (Tn) Sequedad (%) Gas consumido (Nm3) , ,

26 Tabla 2. Datos del Horno 1 Año Horas quemando Fango inciner. (Tn) Rdto. (Tn/h) Gas (Nm3) Consumo espec. (Nm3/TMS) Materia Seca (%) (1) (1) (2) ,20 3,23 3, ,75 170,32 175, ,5 Tabla 3. Datos del Horno 2 Fango Consumo Materia Horas inciner. Rdto. Gas espec. Seca Año quemando (Tn) (Tn/h) (Nm3) (Nm3/TMS) (%) (1) , ,21 32, (3) , ,08 31, (2) , ,5 30,5 (1) Valor máximo descontando revisión: horas (2) Valor máximo: horas (3) Del al parado por reforma

27 Tabla 4. Balance Energético de la Incineración Fango quemado (Tn/día) Año Consumo gas (Nm3) Capacid. energ. (Kwh) Energía eléctrica recup. Ratio (%) , , ,7

28 Tabla 5. Control de emisiones INSPECCIÓN REALIZADA POR LABEIN TECNALIA LÍMITE PARÁMETRO HORNO 1 HORNO 2 100% 97% COT (mg/nm3) FH (mg/nm3) ClH (mg/nm3) NOx (mg/nm3) CO (mg/nm3) Partículas sólidas (mg/nm3) SO2 (mg/nm3) 5,4 <1,9 <2,7 217,1 <6,8 <8,5 <17,2 5,2 <2 <2,6 200,3 <7,3 <9,5 <27, Sh (mg/nm3) Cd + T (mg/nm3) Hg (mg/nm3) Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni+V mg/nm3) Dioxinas y furanos (mg/nm3) <0,012 0,0029 0,004 0,038 0,0432 <0,013 0,0029 0,006 0,033 0,0133 0,05 0,5 0,1

29 ANÁLISIS DE LOS DATOS Tiempo de parada de los hornos por averías Componentes del horno Equipos auxiliares Averías en la línea de vapor: reducen la capacidad de incineración Consumo de gas mayor que el de diseño Sequedad menor (<30%) que la de diseño (35%) Averías que impiden quemar pero durante las cuales se deben mantener los hornos calientes Mayor rendimiento del horno más pequeño (nº 1) Soporta mejor fango de mala calidad Eficacia de la reforma en el calentamiento del aire de fluidificación del Horno 2 Valores de elementos contaminantes por debajo de los límites establecidos salvo el NOx. Esto se resolverá con la dosificación de agua amoniacal

30

31 Consumos de Gas/Tn Fango m3 gas a 2,47 Kg/cm2 /Tn Fang % sequedad HORNO1 HORNO2

32 8. COSTOS 8.1. Costos de operación Estimación para el año 2007 Personal Gas Gestión de la ceniza Lavado de humos Instrumentación y control de calidad Costo unitario 20,53 /Tn fango 8.2. Costos de construcción (2007) Horno nº 1 (4 Tn/hora) Horno nº 2 (8 Tn/hora)

33 CONCLUSIONES La gestión del fango de depuradoras de aguas residuales es un problema de difícil solución. Entre las posibles alternativas está la incineración. Aspectos positivos de la incineración: El producto final, la ceniza, se puede utilizar en otros procesos industriales. El impacto ambiental se limita a la emisión de humos que se han sometido a una depuración interna. El control es muy preciso. La Autoridad Medioambiental puede controlar las características de las emisiones en tiempo real. Se puede sacar rentabilidad a una instalación de cogeneración. Aspectos negativos de la incineración: Rechazo de la población a la emisión de gases a la atmósfera. Procedimiento más caro que otras alternativas, por lo que su aplicación no es rentable en algunos casos. Aspectos a tener en cuenta en el diseño: Ajustar la capacidad y las características del horno a la sequedad del fango. Dimensionar con amplitud los equipos auxiliares y recuperación de energía. Proceso eficiente de depuracion de humos.

34 FIN DE LA PRESENTACIÓN