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tratamiento de residuos que dañen el medio ambiente
Typology: Summaries
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Por: ElectrowattE kono GmbH Centro Nacional de Producción Hamburg, Germany más Limpia de Honduras Dr.Ing. H einrich Schug San Pedro Sula Ing. Mario Mendez Sept.
Sustitución de Combustibles Fósiles por Energía Generada por Desechos
1: Introducción:
Sustitución de Combustibles Fósiles por Energía Generada por Desechos Actualmente los desechos son dispuestos en botaderos de basura no preparados para la protección del medio ambiente. Esto significa que los botaderos de basura no tienen sus fondos sellados para proteger el suelo y la capa freática contra la contaminación de los desechos peligrosos tales como aceites, metales pesados y componentes orgánicos peligrosos. Por otro lado no se protege el aire ya que los desechos se descomponen o se queman sin depuración de los gases o componentes volátiles. La mayor parte de los botaderos de basura están localizados cerca de los caminos o zonas residenciales. No existe regulación alguna sobre la operación de tales lugares, así que los desechos son dispuestos por los ciudadanos o las industrias sin tratamiento regular en los sitios mismos. A menudo los desechos son esparcidos por el viento o comidos por animales. Botaderos de basura operando de esta manera causarán contaminación del suelo, capa freática y aire por los materiales peligrosos.
CENOSA opera una planta cementera suministrada por FL Smidth de Dinamarca. Con algunas modificaciones de ingeniería hechas desde 1999 por PMT Zyklontechnik GmbH, la planta es capaz de producir hasta 2,200 Mg/d de clínker, quemando fuel oil o carbón bituminoso. Sin embargo, desde el año pasado la tasa de producción decreció a 2,000 Mg/d, porque el combustible usado es una mezcla de petcoke con carbón. El equipo de control de la planta fue mejorado con un sistema de control automático proveído por FLS Automation. Los principales elementos de que consta la planta son: Trituradora de martillos. Almacén pre hom ogenizador de material prima. Molino de crudo (entrada de materias primas). Silo homogenizador para harina cruda. Torre de precalentamiento. Combustión secundaria pr ecalcinador.
Sustitución de Combustibles Fósiles por Energía Generada por Desechos Horno rotativo. Quemador principal. Enfriador de satélites. Quebradora de clinker. Molino de carbón. Filtro de mangas filtrantes. Almacén de cemento y clínker. Molino de cemento. La materia prima de entrada (caliza, esquisto) son obtenidos de canteras abiertas así como la broza de hierro. La materia prima es transportada a la planta para ser fragmentada en la trituradora de martillos individualmente, siguiendo después del transporte que va al almacén de prehom ogenización para apilamiento circular según el método Chevron. Un transportador de paletas de arrastre (recuperador), lleva el material a la tolva de descarga colocada debajo del centro de la columna del apilador del almacén. Después, cada materia prima es dosificada por una báscula pesadora descargando en una banda transportadora que alimenta el molino de crudo en la cual ellos son molidos y mezclados totalmente. La harina cruda obtenida es transportada al silo de homogenización. Una vez que la harina cruda ha sido homogenizada, es transportada a la torre de precalentamiento. El precalentador es un ILCE de 4 etapas, diseñado con dos ciclones en lo alto. La alimentación del horno rotativo es transportada a la parte superior de la etapa II y alimentada al precalentador. La alimentación del horno rotativo pasa por el precalentador para que la harina cruda sea descarbonatada antes de entrar el horno rotativo rotatorio. Cruzando el horno rotativo las material primas son calentadas hasta derretirse o punto de sinterización. Al derretirse o sinterizarse ellos forman nuevos compuestos, los cuales se llaman clínker. El clínker deja el horno rotativo pasando el enfriador planetario para ser fragmentado. Lugo se guarda en el almacén de clínker.
Sustitución de Combustibles Fósiles por Energía Generada por Desechos combustión. Este flujo contracorriente de la materia prima afecta la liberación de contaminantes, ya que la materia prima actúa como absorbente. Muchos componentes que resultan de la quema de combustibles o de la transformación de material prima en clínker, permanecen en la fase de gas hasta ser absorbidos o se condensen en la harina cruda. Esto en cambio depende de su posición dentro del sistema del horno rotativo. Cabe mencionar que el material que deja la fase de calcinación en el proceso tiene alto contenido de oxido de calcio y por consecuencia alta capacidad de absorber especies ácidas tales como HCl, HF y SO 2. La presencia de cloro es el factor más crítico en el proceso térmico. El cloro puede reaccionar con el calcio. En este caso CaCl 2 se formará en el clinker. La mayor parte del CaCl 2 reaccionará con el sodio o potasio formando NaCl or KCl. Estas sales se subliman en la zona de calcinación y recristalizan en la zona de descarbonatación, lo que resulta en un ciclo interno del cloro. A medida que la concentración de cloro crece podría bloquear los tubos del ciclón, provocando parada total del horno rotativo. Para superar esto, se debe monitorear cuidadosamente el contenido de cloro. Si hubiera alto contenido de cloro en el combustible sustituto, la entrada de este combustible se debe reducir o un tubo de desvío se deberá construir para retirar de los gases NaCl y KCl. El flujo de gases salientes deja el precalentador y son desempolvados por el filtro de mangas. El flujo de gases ya limpio deja la planta a través de la chimenea.
Para producir clínker a partir de harina cruda se necesitan 850 kcal ( 3558 kJ) por kilogramo de clínker. Esta cantidad de energía es proveída por la quema de petcoke, carbón bituminoso o aceite bunker. Estos combustibles son llamados combustibles fósiles. CENOSA produce 83 Mg/h de clinker de 185 Mg/h de harina cruda. Para producir esta cantidad de clínker se necesita una entrada energética de 295,314 MJ/h. Para proveer el
Sustitución de Combustibles Fósiles por Energía Generada por Desechos proceso calorífico necesario por ejemplo, cerca de 8.89.0 M g/h de mezcla combustible de petcoke y carbón bituminoso deberá ser quemada. Experiencias con la producción de cemento en Europa muestran que es posible sustituir hasta un 32% de energía fósil por desechos con alto poder calorífico, y hasta un 20% con llantas usadas. CENOSA se prepara para sustituir de un 10 a 20 % de combustible fósil por desechos.
En tres puntos del proceso, energía puede ser introducida al horno cementero rotativo o en el sistema precalentador.
Sustitución de Combustibles Fósiles por Energía Generada por Desechos Debido a las temperaturas del flujo de gases a la entrada del precalcinador y el contenido de oxígeno, los desechos arderán espontáneamente y se quemarán completamente. En la medida que las temperaturas del flujo de gases bajan de 1100°C, materiales peligrosos como aceites de transformadores con PCB no pueden ser quemados a este punto para obtener completa destrucción de los materiales orgánicos peligrosos. Estos desechos pueden ser solamente introducidos en el quemador principal por las altas temperaturas (hasta 2000 °C) y los periodos largos de tiempo de residencia en el horno. Entrada al Horno Rotativo Mientras que el combustible estándar es alimentado en el sistema del horno por el quemador principal o en cámara de combustión secundaria, desechos sólidos deberán ser alimentados en un tercer punto del sistema. Desechos sólidos con tamaño de partículas grandes, tales como chips de madera o llantas pedaceadas, puede ser alimentado en la entrada del horno rotativo junto a la harina cruda caliente destinada al sistema.
Hay tres grupos de desechos que pueden ser quemados a) desecho sólido b) desecho líquido c) desecho pastoso La composición química de los desechos; contenidos de Cl, S, Ca, Si, Al, Fe , metales pesados y sus valores de poder calorífico, son de interés primordial en la sustitución de combustibles fósiles. Los valores de poder calorífico deberán de ser tan altos como el necesario para mantener la entrada de calor en el proceso del cemento. La composición química (Cl, S, metales pesados) deberá ser compatible con el cemento. El tamaño del grano deberá ser tan
Sustitución de Combustibles Fósiles por Energía Generada por Desechos pequeño como el necesario para una combustión completa. Por otro lado, debido a la protección del medio ambiente se vuelve necesario la quema de desechos especiales, los que podrían ser peligrosos al medio ambiente. Considerando lo anterior las siguientes fracciones de desechos son de interés en la sustitución de combustibles fósiles: a) Combustibles sólidos Plásticos (botellas, drones, barriles, envolturas, etc) Papel Madera (astillas, aserrín) Llantas Hules Suelos orgánicos contaminados b) Combustibles liquidos Desechos líquidos Aceites usados Líquido de frenos Aceite para transformadores Aceite hidráulico Solventes orgánicos Pigmentos Líquidos conteniendo PCB o PCP c) Desechos pastosos Lodos orgánicos contaminados Pigmentos Lodo de papel Lodos de aserrín La disponibilidad, la cantidad y los costos de pretratamiento y almacenamiento de los desechos son decisivos para una operación económica.
Sustitución de Combustibles Fósiles por Energía Generada por Desechos Los datos químicos de la tabla arriba mencionada muestran un rango amplio en el contenido de los elementos comparado al de los combustibles fósiles. La cantidad de cloro y azufre en los desechos disponibles están en el mismo rango del de los combustibles fósiles. Mientras que la ceniza, metales pesados y azufre llegan a formar parte del clínker, el poder calorífico, material volátil y tamaño de las partículas tienen influencia en las condiciones de quema. Altas cantidades de materia volátil hacen que las partículas ardan al entrar el horno rotatorio. Esto significa que la llama del quemador durará menos que la llama proveniente de la quema petcoke o carbón. El contenido de cloro de los desechos ha de ser monitoreado cuidadosamente, para más altos contenidos de cloro como en las mezclas estándar de combustibles, el contenido de sodio y potasio podría incrementarse en un ciclo cerrado. Estas sales podrían precipitar como incrustaciones de sal en la instalación, lo cual podría conducir a bloqueos. Flujo de diferentes elementos en horno rotativo cementero.
Sustitución de Combustibles Fósiles por Energía Generada por Desechos
Así como lo muestra la tabla en el punto 8 el valor calorífico de los residuos varía en un rango amplio. Para el cálculo de las tasas promedio de sustitución, cifras son asumidas para los poderes caloríficos de los mencionados desechos. Combustible Mezcla Sustituta Estándar Sustituto madera Mezcla Sustituta textiles/ plásticos Sustituto textiles Sustituto plásticos Sustituto PE Pet coke CV. 33,700 kJ/kg Razón de sustitución kg/kg
Carbón bituminoso CV. 25,452 kJ/kg Razón de sustitución kg/kg
Bunker oil CV. 40,000 kJ/kg Razón de sustitución kg/kg
Tasa ó razón de sustitución es definida como un kilo de combustible fósil sustituido por x kilos de desechos combustibles.
Sustitución de Combustibles Fósiles por Energía Generada por Desechos Desechos sólidos usualmente son entregados por camiones en sus lugares de almacenamiento. Madera, plásticos y textiles deberán ser almacenados en lugar cerrado debido al viento y lluvia. De cualquier tipo de desechos una mezcla de alimentación puede ser preparada. Para la quema de combustibles sólidos en un horno rotativo cementero es necesario cortarlos en pedazos pequeños con diámetro menor de 20 mm. Para proteger las cuchillas de las maquinas cortadoras los metales deben retirarse primero. Normalmente los plásticos, textiles y maderas son conducidos con transportador neumático a la quema. Equipo necesario: Lugar de almacenaje para diferentes fracciones Separación de metales Triturador de uno o dos pasos Silo de almacenamiento con diferentes compartimientos. Sistema de mezcla Sistemas de transporte Equipo de dosificación Sistema de alimentación al quemador principal Sistema de alimentación a la cámara del precalcinador Desechos especiales como suelos contaminados (con productos de hidrocarburos) pueden ser directamente alimentados al horno junto con la mezcla de materias primas. Condiciones de diseño para pretratamiento Desecho sólido Es asumido que con un tiempo de operación de 300 Días por año del horno rotativo cementero cerca de 43 Mg/d o 1.8 Mg/h de combustible sustituto son dispuestos. Sobre lo mismo se asume que esos desechos son entregados 250 días al año. Esto significa que el desecho será entregado por 4 a 5 camiones diariamente. Para el manejo de entregas un área de aceptación y almacenaje deberá ser proveída. El área de almacenaje deberá protegerse contra viento y lluvia.
Sustitución de Combustibles Fósiles por Energía Generada por Desechos La capacidad del área de almacenaje depende de la cantidad de desecho esperada. Madera es el desecho menos disponible. Asumiendo que la madera es entregada por camión con capacidad máxima de 20 Mg y peso especifico de 200 a 500 kg/ m³, se necesitará capacidad de almacenaje de 150 m³. La cantidad entregada de plásticos es de 1,200 Mg/año. Se espera que este desecho sea entregado por camiones con máxima capacidad de 20 Mg. Con peso específico de 100 a 500 kg/m³ la capacidad de almacenaje de 200 m³ será suficiente. La cantidad probable de textiles que se entregará será de 11,000 Mg/año. El peso específico será de 80 a 200 kg/m³, y el volumen de almacenaje necesario 1, 000 m³. Por definición de volumen de almacenamiento se asume que a lo máximo 3 camiones entregarán una fracción de desecho por día. Es para recordar que los desechos deberán ser entregados en camiones con o sin mecanismo de descarga por volteo, así que el área seleccionada deberá estar preparada para recibir todo tipo de camiones. Por condiciones de quema, es necesario recordar que madera y plástico están disponibles temporalmente. De los desechos, una mezcla de combustibles debe ser preparada antes, esto puede ser hecho por una excavadora. Esta excavadora puede alimentar al mismo tiempo el sistema triturador o molino de cuchillas, el cual es necesario para reducir las partículas a menos de 20 mm. La capacidad del sistema triturador deberá ser el doble de la capacidad continua debido a revisión y mantenimiento. Todos lo desechos deberán ser entregados en el turno de día, de tal manera que haya un responsable en el área de aceptación de descarga de camiones. En promedio de 3 a camiones serán descargados en el día. El descargador contará con tiempo suficiente para mezclar el menú de alimentación y servir al sistema triturador. Por consecuencia el sistema triturador será diseñado con capacidad tres veces más grande que la capacidad horaria. Antes
Sustitución de Combustibles Fósiles por Energía Generada por Desechos Vista de elevación seccional del sistema de almacenamiento Vista de planta de un sistema extendido de almacenamiento
Sustitución de Combustibles Fósiles por Energía Generada por Desechos Vista del transportador de banda en CENOSA El primer paso para realizar la preparación de combustible secundario y alimentar al sistema, este transportador puede ser usado para transportar combustible secundario desde el lugar de tratamiento hacia el conducto de alimentación hacia la combustión secundaria. Vista de la estación de banda alimentadora
