Incineración Diseño, preparación del residuo y procesos de combustión ZONA PROCESO FASE Separación de 1.Área de Descarga voluminosos 2. Fosa de recepción y Trituración, cribado, PREPROCESADO área de clasificación separación, densificación 3. Tolva de Residuos Carga Mezcla del residuo 4. Parrilla, Lecho Inyección de aire INCINERACIÓN Combustión 5. Cámara de Incineración Post-combustión 6. Colector de escorias Acopio de residuos SEPARACIÓN DE y cenizas de fondo sólidos de la combustión RESIDUOS (1) 7. Generador de Vapor Recuperación de calor COGENERACIÓN DE ENERGÍA 8/9. Separadores de Acopio de cenizas SEPARACIÓN DE partículas/limpieza de volantes y residuos del RESIDUOS (2) gases tratamiento de gases 10. Chimenea EMISIÓN DE Conducción de gases GASES A LA depurados ATMÓSFERA
2ª fase: Incineración CARGA La carga siempre se hace a través de un galería a la que vierte la tolva de residuos preprocesados y que asegura una alimentación continua en la parrilla de combustión INCINERACIÓN Parrilla en rampa (se suceden tres etapas) 1. Secado: Calentamiento a 100ºC en la parte superior de la rampa (pérdida de humedad) 2. Pirólisis: Calentamiento a < 750ºC (destilación de volátiles a baja temperatura) 3. Combustion: en la parrilla final a 800-1000ºC
CÁMARA DE COMBUSTIÓN 4. Gasificación: Oxidación con oxígeno molecular de los productos de pirólisis. Parte de los gases se producen directamente en la parrilla final. 5. Postcombustión: Se produce en la parte superior de la cámara de combustión, donde se recircula aire depurado a 850ºC, cuyo tiempo de residencia de ser al menos de 2 segundos, para completar la oxidación de los gases. La duración de estas etapas depende de las características y poder calorífico del residuo
postcombustión Aire secundario Aire primario
2ª fase: Incineración CONDICIONES DE INCINERACIÓN (Directiva 2000/76/EC) Materiales excluidos Líquidos combustibles (PCI > 30MJ/Kg) (PCB: Policlorobifenilo; PCP: Pentaclorofenol <10 ppm) Temperatura y tiempo de residencia en postcombustión 850 ºC (2 s; exceso 6% O2); Cl2 < 1% 1100 ºC (2s; exceso 11% O2); Cl2 > 1% Tipo de hornos (coincineración) RU y RP Centrales Térmicas Hornos de Biomasa Hornos de Cemento
OTROS TIPOS DE HORNO 2ª fase: Incineración Horno rotatorio (unidades móviles) Incinerador de Pisos o de solera múltiple Incinerador de lecho fluidizado Cámara de combustión (reactor para inyección de líquidos)
Horno rotatorio 2ª fase: Incineración Es el horno más común para la incineración de residuos peligrosos debido a su temperatura de trabajo y tiempo de residencia (1200ºC durante 50-70 minutos en combustión y hasta1700 ºC (2-3s en postcombustión) Se pueden incinerar los siguientes residuos: Sustancias líquidas (disolventes). Son inyectados por encima de un quemador refrigerado por agua Sustancias bombeables (lodos y pastas fluidas). Son inyectados desde el contenedor con una bomba de pistón a través de una válvula refrigerada en el extremo inicial. Pastas no fluidas. Son vertidas en la tolva de alimentación una vez encapsuladas en recipientes cerrados.
Postcombustión 1000 ºC combustión 1700 ºC Horno rotatorio
2ª fase: Incineración Incinerador de Pisos o de solera múltiple Este tipo de horno se emplea para lodos de depuradoras y raramente para residuos peligrosos con elevadas proporciones de agua (95%). Los lodos pasan a través de un cierto número de gradillas. En las primeras (<100ºC) se seca el lodo, pasando a las bandejas inferiores donde se produce la combustión a <1000ºC, debido a que muchos componentes de las cenizas funden a temperaturas próximas y superiores (NaCl, Na2CO3, Na2SO4).
recirculación de aire caliente purificación de gases
Incinerador de Lecho Fluidizado. 2ª fase: Incineración Este tipo de horno se emplea con resíduos homogéneos, ya sean sólidos, líquidos, pastosos o gaseosos. La incineración de residuos en lecho fluidizado se realiza alimentando el residuo de forma continua a un lecho compuesto por material inerte granulado (0.1-1mm) (cuarzo), que es fluidizado por una coriente ascendente de aire. La temperatura se mantiene entre 800-900ºC (700-800 si el lecho es caliza). La corriente de aire (precalentada a 200 ºC) debe compensar la tendencia a sedimentar que tiene el "lecho expandido". El estado de los materiales en la cámara es como un líquido en ebullición, donde se favorece la transferencia instantánea de calor por convección. El residuo alimentado, debido a la alta superficie de contacto pierde inmediatamente la humedad y otros componentes volátiles. Estos gases son arrastrados hacia la parte superior de la cámara de combustión acabando allí su oxidación. Las partículas sólidas permanecen en la zona densa del lecho
Lecho fluidizado
2ª fase: Incineración Incinerador de Lecho Fluidizado (2). Este proceso es interesante respecto a otros sistemas de combustión en función de lo que se conoce como las 3 T: temperatura, tiempo de residencia y turbulencia. La turbulencia debida al movimiento de sólidos facilita la mezcla del combustible (residuo) y el aire, siendo el proceso muy eficaz. Los tiempos de residencia medios de gases y sólidos son de unos 5 segundos. La temperatura es muy uniforme
2ª fase: Incineración Incinerador de Lecho Fluidizado (3). Ventajas ambientales: Velocidad de combustión rápida y eficaz (bajas emisiones de CO) Operación a baja temperatura (descenso de las emisiones de NOx) (metales alcalinos y metales pesados se retienen en las cenizas) permite el procesado de residuos con alta concentración de azufre y Cl (son retenidos en el lecho mediante la adición de absorbente (caliza; CaSO4; CaCl2) La temperatura es uniforme (altos rendimientos en la destrucción de compuestos orgánicos)
2ª fase: Incineración Incinerador de Lecho Fluidizado (4). Ejemplos de uso Residuos de la industria petroquímica (Cr, Ni, Zn, Co) Aceites usados (S, Zn, Pb, Ba) Residuos de piel procedentes de calzado (S, N, Cr) Neumáticos usados (S) Residuos Urbanos
3ª fase: Separación de residuos (1). Escorias LOS RESIDUOS SOLIDOS GENERADOS Escoria (sólidos fundidos que se decantan hacia la parte inferior de la parrilla, tamizados del lecho) (80 a 95% del total) (150-300Kg/tn) Cenizas (material particulado (1µm- 1mm), que fluye con los gases en la camara de combustión) (15-35%). Las cenizas volantes recogidas por condensación húmeda son 15-40Kg/tn. Residuos de la depuración de gases (1 mm- 0.01 1µm) (20-50Kg/tn)
CENIZAS VOLANTES * Escorias (+ cenizas de fondo) escoria vitrificada HCl recuperado sales de metales pesados almacenado de residuos peligrosos yeso (Hg, PCDD-F) SO 2 Incineración vertido vitrificado externo fraccionado evaporación decantación * adsorbente saturado (gastado) * polvo y cenizas * fluidos de depuración fluidos de depuración Incineración 1000 ºC recuperación de calor 300-350 ºC CICLÓN +condensación húmeda depuración ácida de los gases 60 ºC depuración alcalina de los gases 150 ºC lecho fluidizado 175 ºC denitrificación catalítica chimenea fluidos de depuración fluidos de depuración, caliza agentes de adsorción NH3 Depuración húmeda Depuración Seca (torre de spray) Filtro de mangas Cenizas condensadas * Lecho de carbón activo Lechada Ca(OH) 2 CaSO 4 CaCl 2 CaF 2 MP *
3ª fase: Separación de residuos (1). Escorias Separación de la escoria: Se recupera por debajo de la parrilla (lecho) Se encuentra en estado semifundido a 950-1000ºC y es necesario refrigerarla y retirarla usualmente mediante su tracción con una cinta transportadora. composición : 3-5% de material no combustible (silicatos insolubles, óxidos de hierro y aluminio) 5-10% de metales ferrosos y no ferrosos 5-7% de fracciones gruesas (>2mm) 80-87% de fracción fina
3ª fase: Separación de residuos (1). Escorias Tratamiento: Uso directo de la escoria sin inertizar: 1/3 de esta escoria es recuperada como materia prima y el resto, cumpliendo una serie de requisitos legales (composición de lixiviados) se suele emplear en ingeniería civil (balastros, zahorra de carreteras, aparcamientos, paneles para absorción de ruido...) la peligrosidad de los lixiviados se puede evitar mediante el envejecimiento a la intemperie humedeciéndolo con lechadas de caliza en lugar de agua. Estabilización: Vitrificación externa (plantas piloto): (destrucción de los componentes orgánicos e inmovilización de los metales pesados) Uso como agregados en hormigones
CRITERIOS PARA EL TRATAMIENTO DE LAS ESCORIAS LEGISLACIÓN FRANCESA V: VALORIZABLE; M: maduración, S: storage (almacenamiento)
3ª fase: Separación de residuos (2). Cenizas Separación de la ceniza (depuración de los gases): El objetivo de la depuración de los gases es doble: Estabilización o separación de productos contaminantes Refrigeración de los gases de la combustión. Es necesario separar el material particulado antes de la depuración de los gases con el objetivo de no colapsar el sistema depurador con el uso de ciclones
Ciclones: 3ª fase: Separación de residuos (2). Cenizas El gas se introduce tangencialmente en un separador centrífugo. Las partículas son depositadas por inercia en la superficie cónica del separador resbalando hacia una tolva inferior de recogida (condensación húmeda. Mientras, el gas sale en sentido vertical y ascendente por un tubo sumergido (eje del ciclón).
3ª fase: Separación de residuos (2). Cenizas Depuradores húmedos (wet scrubbers) (son los más eficaces aunque producen aguas residuales) Absorción de gases ácidos en una fase líquida (acuosa). En la primera etapa se trabaja con una disolución acuosa a ph<1. En el proceso se separan HCl, HF y metales pesados volátiles (As, Cd, Hg). 1ª etapa: La disolución resultante se puede separar en tres fracciones: -Disolución al 30% en HCl (a neutralizar con sosa; NaCl) -Disolución ácida de metales pesados (a evaporar y almacenar como sólido) Agua que se recicla en la depuradora. 2ª etapa -Tratamiento con disolución o suspensión alcalina (estabilización del SO2 como yeso CaSO4.2H2O)
3ª fase: Separación de residuos (2). Cenizas Residuos generados: -Concentrado sólido de Metales pesados (almacenamiento de residuos peligrosos) -HCl (recuperable) -Yeso (recuperable) Depuración seca: El gas se neutraliza mediante una lechada de cal en una torre de spray Se producen aglomerados sólidos que se recogen en una tova como cenizas El gás resultante se ha enfriado a temperaturas menores de 150 ºC y se tratan mediante un filtro de mangas
Tamaño del tejido: 50-75 micras Tamaño filtrado: <0.01 micras
3ª fase: Separación de residuos (2). Cenizas Tratamiento: Cenizas Volantes y polvo recogido de los filtros Contienen una mayor proporción de compuestos orgánicos incluidos dioxinas y furanos, metales pesados, cloruros y sulfatos. Endurecimiento con cemento (se reduce la tasa de lixiviación y se fijan física y químicamente los contaminantes). Extracción selectiva de contaminantes Los metales pesados y las sales solubles se extraen con las aguas de lavado de los depuradores húmedos. Los metales se pueden precipitar fácilmente y separar. Vitrificación Es el tratamiento externo de las cenizas a emperaturas en torno a los 1300-1500ºC. Se mezclan con polvo de vidrio y el producto final se puede emplear como inerte en cargas para cementos. La implantación de este proceso supone consumir el 10-15% de la energía recuperada en el incinerador
4ª fase: Emisión de gases a la atmósfera CONTROL DE EMISION DE DIOXINAS Y FURANOS Se pueden sintetizar durante el enfriamiento lento de los gases de combustión y este proceso se favorece por: alto contenido en partículas alto contenido en CO uso de precipitadores electrostáticos (200-400ºC) presencia de cloruros metálicos y alcalinos generalmente se requiere el uso de filtros de carbón activo (fisisorción) para su captura antes de liberar el gas por la chimenea. Esto permite alcanzar los límites establecidos de 0.1ng/m3
Regulación de las emisiones medias diarias en la incineración de residuos Contaminante (mg/m 3 ) Incineradora de Residuos (>3t/h) (850-1100 ºC) horno de cemento (1400-1600 ºC) horno de Biomasa partículas 10 30 30 30 HCl 10 10 10 10 HF 1 1 1 1 NO x 200 800 300 300 Cd+Tl 0.05 0.05 0.05 0.05 Hg 0.05 0.05 0.05 0.05 Sb, As, Pb, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V Dioxinas y furanos (ng/m 3 ) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.1 0.1 0.1 0.1 central térmica (100-300MWth) (1300 ºC) SO 2 50 50 200 850-200 CO 50