PLANTA DE TRATAMIENTO DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS CON RECUPERACIÓN DE ENERGÍA Autor: Mourín Candocia, José Manuel. Director: Gil Díez, Jesús. Entidad Colaboradora: ICAI Universidad Pontificia Comillas. RESUMEN DEL PROYECTO El objeto de este proyecto es el diseño de una planta incineradora de Combustible Derivado de Residuos, obtenido a partir de Residuos Sólidos Urbanos, con recuperación de energía, buscando la reducción del impacto ambiental causado por éstos. La planta se ha diseñado siguiendo la directiva 96/61/CE, Real decreto 653/2003 sobre incineración de residuos y los criterios de Prevención y Control Integrado de la Contaminación y las orientaciones establecidas sobre las Mejores Técnicas disponibles, de la forma más económica posible. La planta se ha diseñado para atender a la necesidad de valorización de los Residuos Sólidos Urbanos generados por unas 700 000 personas, correspondientes a la ciudad de Guadalajara, parte del área metropolitana de Madrid y otras localidades cercanas. Para esto se requiere una capacidad de incineración de 245 000 t/año que se pretende alcanzar con la instalación de dos líneas de incineración de 17,5 t/hora cada una de ellas. El diseño completo de las líneas de incineración se ha llevado a cabo después de una evaluación y selección de las tecnologías disponibles, teniendo en cuenta tanto su rendimiento individual como los efectos de su implantación en combinación con el resto de técnicas presentes en la instalación. Para la incineración de los residuos se ha optado por el uso de hornos de lecho fluido circulante pese a su menor versatilidad en la admisión de residuos ya que la implantación del Plan Nacional Integrado de Residuos propone un modelo de gestión
integral de los residuos municipales en el que sólo se destinará a la incineración el Combustible Derivado de Residuos obtenido después de la recuperación de los materiales reciclables. En estas condiciones, en las que se evita la incineración de residuos sin seleccionar, los hornos de lecho fluido permiten un control más efectivo de las condiciones de combustión y con ello una menor generación de contaminantes como los óxidos de nitrógeno y los inquemados. En cuanto a la línea de depuración de gases de escape, en la selección de técnicas a utilizar, ha tenido un gran peso la cantidad, condiciones y características de los residuos y efluentes generados por el proceso de incineración y se ha reducido en lo posible la cantidad de desechos, facilitando el tratamiento de estos o eliminandolos in situ siempre que sea posible. La eliminación de partículas en el gas se realiza en varias fases, de forma que aquellas que no se recojan en la propia caldera se separarán en los ciclones de alta eficacia, mientras que el filtro de mangas garantiza que las partículas más finas no se emitan a la atmósfera. La neutralización se realiza en un absorbedor semiseco utilizando hidróxido de calcio. El absorbedor funciona asociado con el filtro de mangas que retiene los restos de la neutralización y permite la formación de una torta cáustica que incrementa la eficacia de la depuración. La retención de compuestos orgánicos persistentes (dioxinas y furanos) y vapores de mercurio se realiza en un lecho fijo de carbón activo para evitar la mezcla del adsorbente gastado con otros residuos de la instalación. Este carbón activo se incinera posteriormente. Las aguas residuales que se generan en la planta serán tratadas en una instalación propia para cumplir con todos los requisitos necesarios para el vertido a la red de saneamiento. La depuradora incluye un tratamiento primario con la posibilidad de añadir reactivos para la eliminación de contaminantes específicos, el ajuste del ph y un proceso de tratamiento secundario. El aprovechamiento energético del combustible derivado de residuos se consigue utilizando los gases como fuente de calor para hacer funcionar un ciclo Rankine.
Para obtener el máximo aprovechamiento posible con una inversión moderada se ha decidido utilizar un ciclo de vapor con dos calentamientos intermedios y se han fijado las condiciones de funcionamiento a través de una optimización previa del rendimiento del ciclo de potencia. En el ciclo de vapor se utilizará un condensador refrigerado por aire para evitar el gran consumo de agua que supone el uso de torres de refrigeración por evaporación, más aún si tenemos en cuenta el lugar de ubicación de la planta. En la instalación se generan anualmente 182 00 MWh de electricidad que se inyectan a la red de distribución a 66kV. En la planta se consumen 4970 t de cal viva, 280 t de carbón activo y unos 50 400m³ de agua. Los residuos generados en la instalación y que deberán ser entregados a un gestor externo son 46 000 t/año de escorias, 12 700 t/año de cenizas volantes y 6400 t/año de residuos de la neutralización. El presupuesto total de la planta proyectada incluyendo el terreno, los equipos, la construcción y todos los gastos necesarios para la puesta en marcha asciende a 91 323 000 El canon de eliminación de residuos que se deberá cobrar a la entrada del Combustible Derivado de Residuos, es de 32 /t para obtener una Tasa Interna de Retorno del 10 %.
WASTE-TO-ENERGY INCINERATION PLANT FOR MUNICIPAL SOLID WASTE The object of the developed project consists of design of an incineration plant using Refuse Derived Fuel, prepared from Municipal Solid Waste, with energy recovery, and with the aim of reducing the effect on the environment due to this. The plant has been designed according with the directive 96/61/CE, Real Decreto 653/2003 on the waste incineration and criteria from the Integrated Pollution Prevention and Control principles and the guidelines stabilised in the reference document on the best available techniques, doing this in the most profitable way. The plant has been designed to satisfy the need of treatment of the Municipal Solid Waste generated by 700 000 people from City of Guadalajara, part of the metropolitan area of Madrid and some other close populations. Therefore, a total incineration capacity of 245 000 t/year is required and this will be achieved by the installation of two lines of 17,5 t/y each. The complete design of the incineration facilities has been carried out after a previous evaluation and selection on the available techniques, weighting both its individual performance and the cross media effects combined with the other used techniques. The incineration of waste will be carried out in fluidised circulating bed boilers despite its lesser versatility on the waste admittance, because the Plan Nacional Integrado de Residuos proposes an integrated waste management of the Municipal Solid Waste. Therefore only Refuse Derived Fuel obtained by the recovery of recyclable materials will be incinerated. Given these circumstances, fluidised bed furnaces allow a greater combustion control and a reduced generation of pollutants specially nitrogen oxides and unburned material.
With regard to the selection of techniques on the flue gas cleaning, has been of great importance, the amount, conditions and characteristics of waste and effluents generated by the incineration process and its amount has been reduced as far as possible, allowing its treatment and disposing them on site if possible. De-dusting of the gas will be carried out in different stages. The particles that does not settle in the boiler will be separated in the high efficiency cyclones and the bag filter ensures that smallest particles are not emitted in the atmosphere. The acid gas scrubbing is carried out in a semi-dry absorber using calcium hydroxide. This scrubber works with the bag filter which separates the spent reactive and allows the formation of an alkaline layer which enhances the scrubbing efficiency. Removing the Persistent Organic Chemicals (dioxin and furan) and mercury is carried out in an activated coal fixed bed in order to obtain an unmixed waste. The spent coal will be incinerated on site. The wastewater generated in the plant will be treated in the plant in order to meet all the required standards for the discharge on the sewage. The wastewater treatment facility includes the possibility of adding reactives for the treatment of specific pollutants, ph correction and a secondary treatment. The energy recovery of the Refuse Derived Fuel is achieved using the hot flue gases in the boiler of a Rankine cycle. In order to get the maximum recovery with a limited investment a cycle with two preheating stages will be used and the operating conditions have been set by optimisation of the cycle efficiency. In the steam cycle an air cooled condenser will be used in order to avoid the great water consumption implied in the use of water cooling towers. This is specially important in the location of the plant In this facility 182 000 MWh of electricity will be generated yearly and send to the distribution net at 66kV. In this plant 4970 t of lime, 280 t of activated coal an 50400 m³ of water will be used. Generated waste in the plant will amount 46000 t/year of bottom furnace ashes and 6400 t/year of flying ashes.
The total estimated cost of the projected plant, including site, equipment, building and every needed costs in the start-up is 91 323 000. The tax charged on the acceptance of waste, required for an Internal Recovery Rate of 10% is 32 /t.
Autorizada la entrega del proyecto al alumno: José Manuel Mourín Candocia EL DIRECTOR DEL PROYECTO Jesús Gil Díez Fdo: Fecha: Vº Bº del Coordinador de Proyectos José Ignacio Linares Hurtado Fdo: Fecha: