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8/20/2019 Proyecto generacion de energia electrica con basurade Centrales NORMANDIA
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UNI
PR
PLANTRESID
DOCENTE: Ing. Jaime Alcide
VERSIDAD AUTONOMRENE MORENO
INGENIERIAELECTROMECANICA
YECTO DE CENTRALESELECTRICAS
DE INCINERACIÓOS SÓLIDOS URBA
``NORMANDIA``
s Alvarado
SANTA CRUZ , Noviemb
GABRIEL
DE OS
e del 2013
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1. INTRODUCCIÓN
1.1 OBJETO DEL PROYECTO
El objeto de este proyecto es el de realizar el diseño, dimensionamiento y análisis de
los equipos necesarios para la ejecución de una planta incineradora de Residuos
Sólidos Urbanos con recuperación de energía.
La planta contará con dos líneas de incineración, cada una con capacidad para
incinerar 17 toneladas de R.S.U a la hora, empleando para ello hornos con tecnología
de parrilla mecánica de rodillos giratorios. El calor generado en el proceso de
combustión será recuperado en una caldera de tiro horizontal donde se generará el
vapor que accionará el grupo turboalternador.
1.2 RESUMEN DE LAS PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE LA PLANTA
Ventajas de la incineración
Reducción en peso y volumen (95%) de los residuos.
Protección del medio ambiente (fiabilidad de las instalaciones de depuración
de gases y alta calidad de combustión).
Alta disponibilidad y fiabilidad.
Valorización energética de los residuos.
disminución de la necesidad de vertederos.
Valorización de escorias y cenizas.
Tecnologías a emplear en la planta
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Las tecnologías a emplear en la planta son:
Combustión
o Tecnología de parrilla de rodillos rotativos, por su capacidad de
incinerar el residuo en bruto según llega a la planta sin necesidad de
tratamiento previo.
o Alta calidad de combustión. (Tiempo de residencia de los gases de 2
segundos a temperaturas superiores a 850ºC).
o Muy bajo contenido de inquemados en escorias y gases.
o Sistema de control automático.
o Quemadores auxiliares para arranque y mantenimiento de los
parámetros de la combustión.
Caldera
o De tiro horizontal
o Baja velocidad de los gases
o Limpieza por golpeoo Condiciones de vapor moderadas (420º y 40 bar) para alargar la
duración de los haces de superficies calefactoras.
Limpieza de gaseso Sistema de depuración semiseco consistente en absorbedor, sistema
de desnitrificación, inyección de carbón activo y filtro de mangas,
con su correspondiente equipo de control y medición.
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Datos básicos de diseño
Capacidad de tratamiento anual 281.050
t
año
Numero de líneas 2
PCI de diseño 1798 Kcal
Kg
Tecnología del horno Parrilla de rodillos rotativos
Potencia suministrada por RSU
83.627,9 kw
Rendimiento38.1%
Potencia entregada a la red 31.874,25KW
Tabla 1. Principales datos de la planta.
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2. BASES DEL PROYECTO
2.1.2 COMPOSICIÓN DE LOS RESIDUOS
La composición de los residuos que serán incinerados por la planta es muy variable,
y depende de diversos factores tales como hábitos, grado de desarrollo, situación
económica, etc.
En cualquier caso, es importante acotar los márgenes de composición del afluente de
residuos con en fin de determinar parámetros importantes para el diseño de la planta,
como el poder calorífico del combustible o el volumen de aire necesario para
completar el proceso de combustión.
La composición media de los residuos obtenida es:
COMPONENTE %
PAPEL 10,18
CARTON 0,00
PLASTICO 14,32
GOMA 7,00
CUERO 0,00
TEJIDOS 0,00
MADERAS 0,00
JARDINERIA 0,00
ALIMENTOS 52,54
FINOS 0,00
METAL Fe. 2,52
METAL NO Fe. 0,29
VIDRIO 1,41
OTROS 11,74
TOTAL 100,00
HUMEDAD INCLUI.
Tabla 5. Composición media de los residuos.
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El análisis químico de los mismos arrojó el siguiente resultado:
ELEMENTO %
CARBONO 21,32HIDROGENO 2,82
OXIGENO 13,93
NITROGENO 0,49
CLORO 0,14
AZUFRE 0,09
CENIZAS 19,21
AGUA 42,00TOTAL 100
P.C.I. (Kc/Kg) 1798
P.C.I. (Kj/Kg) 7527
P.C.S. (Kc/Kg) 2187
P.C.S. (Kj/Kg) 9156Tabla 6. Composición química de los residuos.
Composición de los residuos11,74%
1,41%
0,29%
2,52%
52,54%
10,18%
14,32%
PAPEL
PLASTICO
ALIMENTOS
METAL Fe.
METAL NO Fe.
VIDRIO
INERTES
Tabla 7. Composición media de los residuos.
AGUA
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3 DESCRIPCIÓ
3.1 DIAGRAMA
GENERAL DE LA PLANTA
E PROCESOS
7
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MEMORIA
3.4 ÁREA DE
R.S.U.
3.4.1. Foso de resi
El foso de residu
pueda almacenar l
Considerando la c
el número de línea
las dimensiones út
El foso de residu
bomba sumergibl
almacenamiento,
El aire necesariode forma que éste
escape de olores o
.
ECEPCIÓN, ALMACENAMIENTO Y
duos
s estará construido en hormigón y se dime
a producción de residuos de tres días.
apacidad de la planta de diseño elegida en l
s (2), y estimando una densidad de residuos
iles de almacenamiento en el foso serán de 8.
os estará dotado de un sistema de drenaje
e para la extracción de los lixiviados
ara su posterior inyección en el horno.
ara la alimentación del horno de combusti se encuentre en constante depresión, evitá
partículas a la atmósfera.
8
LIMENTACIÓN DE
sionará de forma que
a planta (17 t
),h línea
en el foso de 0,30 t
,
m3
.160 m3 .
y su correspondiente
roducidos durante el
n se aspirará del foso, dose de esta forma el
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3.4.3 Triturador de elementos voluminosos
La planta contará con un equipo destinado a la adecuación del tamaño de aquellos
residuos que resulten demasiado voluminosos para ser introducidos directamente en
el incinerador.
Este equipo estará situado en la plataforma de descarga y procesará los residuos que
lo requieran antes de ser descargados en el foso.
Contará con una tolva sobre la que descargarán directamente los vehículos de
transporte.
El triturador estará formado por una serie de rodillos destrozadoresconvenientemente dimensionados y equipados con un dispositivo de inversión de
marcha, que permite el procesado de chapas, latas y bidones con un espesor de hasta
aproximadamente 2 mm. El material triturado se vaciará directamente a través de una
trampilla en el foso de residuos en bruto. Los elementos no triturables se enviarán a
un contenedor por medio de una grúa basculante..
Para el correcto funcionamiento del triturador el volumen de carga no deberá exceder
los 10 m3
.
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3.5.6. Caldera.
Se ha previsto la utilización de una caldera de circulación natural integrada con el
horno de parrilla con una primera parte de tiro vertical y una segunda parte de tiro
horizontal donde se sitúan los haces de los diferentes equipos de la caldera, esto es,
evaporadores, sobrecalentadotes y economizadores.
En su diseño y dimensionamiento se han tenido en cuenta las particularidades
asociadas a la incineración de residuos sólidos urbanos.
La configuración del hogar principal y de la cámara de combustión permiten
asegurar una permanencia de los gases de combustión a una temperatura superior a
850ºC durante más de dos segundos, así mismo, la configuración adoptada impide la
combustión incompleta de las partículas incandescentes, y con ello, la formación de
CO.
En general las variables que se han tenido en cuenta para el diseño de la caldera a fin
de optimizar su funcionamiento y reducir la problemática asociada a procesos de
erosión, ensuciamiento o erosión son:
Temperatura de los gases y vapor (corrosión).
Velocidad de los gases de combustión (erosión).
Disposición de las superficies calefactoras.
Geometría de las superficies calefactoras.
Naturaleza y composición de los gases de combustión.
Parámetros del caudal de vapor a generar.
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Requisitos generales
La forma del hogar está configurada de modo que se garantice una combustión
óptima de los gases.
La caldera esta dimensionada para que la temperatura de salida de los gases de
combustión sea de 200ºC, contando con el ensuciamiento de las superficies calefactoras
provocado por el funcionamiento. La temperatura máxima de éstos será de 240ºC.
(Temperatura que se alcanzará tras 6.000 horas de servicio sin limpieza manual).
Descripción técnica de la caldera de vapor.
La caldera está formada por una cámara radiante integrada con la parrilla de
incineración (tiro vertical) y una sección horizontal convectiva equipada con los bancos
de tubos relativos a los sobrecalentadotes, evaporizadores y economizadores. En ella se
llevarán a cabo los siguientes procesos:
Recuperación de calor en forma de vapor sobrecalentado con unas
condiciones nominales de 420ºC y 40 bar.
Enfriamiento de los gases de combustión a una temperatura aproximada de
200ºC.
Retención de parte de las cenizas volantes.
A continuación se muestra un plano de la caldera, donde se pueden apreciar las
diferentes partes de la misma, en concreto:
La cámara radiante de tiro vertical situada sobre la parrilla (5).
La cámara convectiva de tiro horizontal con los haces correspondientes a los
evaporadores, economizadores y sobrecalentadores, con la disposición
anteriormente expuesta (8) y (9).
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MEMORIA 12
El calderín de vapor, situado en la parte superior de la cámara radiante en
disposición transversal.
Las tolvas de recogida de partículas volantes procedentes del sistema dedeshollinado de las superficies calefactoras por golpeteo (12).
Ilustración 20. Caldera de tiro horizontal. [WAEC06]
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Resumen de los datos técnicos de la caldera
A continuación se muestra un resumen con los principales datos técnicos de la
caldera.
Potencia calorífica del
incinerador25.601 KW
Temperatura de los gases de
combustión a la entrada de la
caldera (aprox.)
1.050ºC
Temperatura de los gases a la
salida de la caldera, en cond.
normales.
200ºC
Temperatura máxima de los
gases a la salida tras 6.000 h de
funcionamiento
240ºC
Sobrepresión máxima admisible
de servicio.56 bar
Presión salida del
sobrecalentador40 bar
Temperatura de vapor a la salida
del sobrecalentador420ºC
Temperatura de agua de
alimentación al economizador130ºC
Caudal de vapor previsto 26.841 Kg/h
Tabla 20. Características técnicas de la caldera (por cada línea).
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4.6. SISTEMA DE TRATAMIENTO DE GASES.
4.6.1. Contaminantes presentes en los gases.
Los contaminantes que se encuentran presentes en el flujo de gases producto de la
incineración de los residuos son:
Óxidos de azufre, como el SO2 y el SO3 .
Ácido clorhídrico (HCl)
Monóxido de carbono (CO), originado por una combustión incompleta.
Óxidos de nitrógeno ( NO x ). La procedencia de los óxidos de nitrógeno puede
ser de dos tipos:
o NO x Térmico, originado por la reacción entre el nitrógeno y oxígeno
presentes en el aire de combustión a altas temperaturas.
o NO x Combustible, producto de la reacción entre el oxígeno del aire y
el nitrógeno presente en el combustible.
Compuestos orgánicos tales como dioxinas, furanos, clorobencios,
clorofenoles e hidrocarburos poliaromáticos.
Metales pesados presentes en el flujo de residuos como plomo, cobre,
cadmio, mercurio, siendo éste último el más problemático al volatilizar a
330ºC.
Partículas sólidas compuestas de inquemados provocados por combustiones
incompletas.
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MEMORIA 15
4.6.3. Descripción del sistema de tratamiento de gases.
Para llevar a cabo la limpieza de gases de escape y cumplir la normativa vigente al
respecto recogida en el anterior punto, se dispondrá un sistema semiseco de limpiezacompuesto por:
Sistema de inyección de amoniaco en el horno.
Absorbedor para neutralización con instalación de lechada de cal.
Inyección de carbón activo.
Filtro de mangas.
Ventilador de tiro inducido.
Chimenea de evacuación.
Sistema de control de emisiones.
Existirán dos sistemas en paralelo, uno por cada línea de incineración, descargando
ambos a una única chimenea multiconducto. La instalación de preparación de
lechada de cal será única para ambas líneas, así como los sistemas de almacenaje de
carbón activo y urea.
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4.7 CICLO AGUA – VAPOR Y GENERACIÓN DE ENERGÍA.
La planta contará con un sistema de recuperación de energía consistente en un ciclo
de Rankine. Las funciones principales de los componentes de este ciclo serán:
Utilizar el vapor producido en el conjunto horno-caldera para la generación
de energía eléctrica.
Suministrar vapor (procedente de las dos extracciones de la turbina) a los
distintos consumidores (precalentador, desgasificador).
Recuperar el agua de condensación y con ella alimentar de nuevo la caldera,
cerrando el ciclo.
El ciclo de vapor estará optimizado para alcanzar la máxima producción de energía
eléctrica posible, compatible con los criterios de alta disponibilidad de la instalación
y coste económico aceptable para el servicio al que se destina la planta. Por este
motivo se escogerán los siguientes parámetros y criterios de diseño:
Características del vapor sobrecalentado producido en la caldera: 40 bar y
420ºC.
Turbina con dos extracciones destinadas al precalentador de alta presión y a
la desgasificación.
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4.7.1 Colector principal.
Es el lugar físico donde se acopla la producción de vapor de ambas líneas.
El colector principal ejercerá, además de las funciones propias de un colector, las de
separación de condensados por medio de un purgador. El vapor en el colector
principal se encuentra a 40 bar y 420ºC.
El sistema de control de la turbina mantendrá constante la presión en el colector. En
caso de turbina parada, dicha presión se controlará a través de la válvula del
conducto de by-pass de la turbina.
4.7.2 By-pass de turbina.
La tubería de by-pass de la turbina irá desde el colector principal hasta el
aerocondensador y contará con una estación reductora de presión hasta 0.8 bar y
temperatura hasta 120ºC. Esta reducción de temperatura se logrará mediante la
inyección de agua tratada procedente de la línea de agua de alimentación (130ºC).
La estación reductora de presión tendrá capacidad para recibir el 100% del vapor
generado en la caldera en el punto MCR (Maximun Continuous Rate).
Durante el arranque o cuando las condiciones del vapor no sean las adecuadas para
su admisión en la turbina, o cuando ésta se encuentre parada, el controlador de
presión enviará una señal para abrir la válvula de by-pass, reduciéndose de esta
manera la presión del vapor hasta valores admisibles por el aerogenerador.
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4.7.3 Turbina.
La planta contará con una turbina para la generación de energía. Será de tipo
multietapa de condensación y contará con dos extracciones para servicios dedesgasificación y precalentamiento, mejorándose de esta forma el rendimiento global
de la instalación.
La turbina constará de:
Carcasa: estará fabricada de acero, aleada de fundición de acuerdo con las
características del vapor. Estará dividida horizontalmente, y cada mitad iráreforzada a fin de asegurar la estanqueidad del vapor. Dispondrá de aberturas
en la mitad superior con el fin de facilitar la realización de inspecciones
internas. La distribución del vapor será simétrica en el contorno de la carcasa.
Rotor: Será de tipo sólido – flexible, ya que permite agilizar y homogeneizar
el calentamiento para reducir el tiempo de arranque, y se reducen las fugas de
vapor.
Alabes fijos: Irán ensamblados individualmente al diafragma de la turbina y
estarán fabricados en aleación de acero al cromo.
Dispositivos de seguridad: La turbina estará equipada con los siguientes
dispositivos de seguridad:
o Protección de sobrevelocidad.
o Protección de baja presión de aceite de lubricación con arranque
automático de la bomba auxiliar de aceite.
o Indicadores locales y mecanismos de parada de emergencia.
o Mecanismo de disparo remoto.
o Cojinete de empuje.
o Diversas alarmas: baja presión del aceite de lubricación, alta
temperatura de los cojinetes, caída de presión anormal o vacío, etc.
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MEMORIA 19
Engranaje reductor: La caja de engranajes reductores de velocidad será de
simple etapa y eje paralelo, con alto grado de perfeccionamiento en lo
referido a potencia, eficiencia y operación. Las ruedas de los engranajes serán
helicoidales.Todos los cojinetes estarán lubricados, presentando por tanto el engranaje un
alto grado de calidad para asegurar una larga vida útil.
La turbina estará dimensionada para que sea capaz de admitir la totalidad del vapor
generado en las calderas de ambas líneas en el punto MCR (maximun continous
rate). En estas condiciones, el caudal de vapor admitido será de 53.7 t/h a 38 bar y
415ºC.
A continuación se recogen las principales características técnicas de la turbina, así
como los materiales empleados en la fabricación de sus distintos componentes.
Unidades 1
Tipo Condensación multietapa.
Presión del vapor de admisión 38 bar.
Temperatura del vapor de
admisión415ºC
Presión de vapor (descarga) 0.2 bar.
Extracciones de turbina 2
Potencia 40 MW
Tabla 26. Características técnicas de la turbina.
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La turbina que se selecciono es de la marca siemens modelo STS-600.
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4.7.4 Alternador.
La planta contará con un generador de energía eléctrica que consistirá en unalternador trifásico, de dos pares de polos.
Datos característicos del alternador
Potencia nominal 50000 KVA
Tensión nominal 24.9 KV
Intensidad nominal 1205 A
Factor de potencia 0.8
Frecuencia 50 Hz
Pares de polos 2
Velocidad 1500 r.p.m.Clase de aislamiento estator y
rotorF
Tabla 29. Características técnicas del alternador.
A continuación se analizan los aspectos constructivos de las diferentes partes que lo
componen
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MEMORIA 22
Protecciones del generador
El generador contará con el siguiente esquema de protecciones eléctricas:
Ilustración 25. Protecciones eléctricas del generador
El generador contará con un relé digital multifunción que englobará las siguientes
funciones:
Función ANSI Defecto
Diferencial generador 87G Fallas en generador
Sobretensión 59Sobretensión por
defecto
Sobrefrecuencia 81 Defecto de f en red
Sobreintensidad 51 Variaciones de
Sobrecarga 49 Sobretemperatura
Secuencia inversa 46Desequilibrio
corrientes
Pérdida excitación 40Defecto de
excitación
Potencia inversa 32Generador acoplado
como motor
Tierra estator 64 Fallas de tierra en elgenerador
Tabla 30. Relé multifunción de protección del generador.
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MEMORIA 23
4.7.5 Bombas extractoras de condensado
La planta contará con dos bombas extractoras de condensado siendo cada una capaz
de extraer el 100% del caudal requerido.
Éstas bombearán el condensado desde el condensador de vapor de extracción de la
turbina hasta la unidad desaireadora, a través de dos calentadores de agua de
alimentación.
4.7.6 Desaireador
La unidad desaireadora está formada por un recipiente de almacenamiento
horizontal, y un desaireador/calentador de tipo pulverizador, de contacto directo, de
una pieza.
Las dos funciones principales del desaireador son proporcionar una etapa de
desaireación y calentamiento final para el agua de alimentación, y mantener una
reserva de agua en el tanque de almacenamiento para satisfacer demandas transitorias
de la instalación de calderas.
El recipiente de almacenamiento se alimenta con vapor de extracción de la turbina.
El agua de alimentación entra en la cabeza del desaireador a través de una válvula de
control de nivel y un tubo pulverizador dotado de una válvula de pulverización
interna.
La unidad está diseñada para funcionar a la presión de descarga de 1.5 bar.
El diseño del desaireador será tal que presente una superficie de contacto agua vapor óptima. El vapor procedente de la extracción de la turbina se inyectará en el
recipiente de almacenamiento y subirá en contracorriente al agua, calentándola a la
temperatura de saturación, y de esta forma se liberarán los gases disueltos en la
misma, que posteriormente serán venteados de la parte superior del desaireador a
través de una placa de orificio que mantendrá la presión de operación del equipo.
Durante este proceso la mayor parte del vapor se condensará para caer con el agua de
alimentación, en el recipiente de almacenamiento.
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MEMORIA 24
El diseño de la unidad conseguirá un alto grado de conversión antes de que se vea
afectado el contenido residual de oxígeno de salida. El límite de funcionamiento se
alcanzará cuando el flujo no mantenga una pulverización adecuada.
4.7.7 Calentadores de agua de alimentación
El calentador de alimentación primario calentará el condensado de la bomba de
extracción con vapor extraído de la sección de baja presión de la turbina. Este vapor
posteriormente al proceso de cesión de calor se condensa y es drenado en el tanque
de almacenamiento del desaireador.
El calentador de agua de alimentación secundario está diseñado para extraer calor delagua purgada procedente de la caldera, después de lo cual será vertida al depósito de
evacuación.
4.7.8 Bombas de alimentación de caldera.
Cada caldera estará provista de dos bombas de alimentación capaces cada una de
suministrar el 100% de la carga requerida. Las bombas serán accionadas mediante un
motor eléctrico y tendrán diseño de etapas múltiples, siendo éste el mas adecuado para el funcionamiento en continuo a temperatura y presión de agua elevadas.
La bomba de alimentación operativa toma el agua del desaireador y la bombea
directamente a la caldera a través del precalentador.
El flujo de agua a la caldera está controlado para mantener el flujo equivalente de
masa al flujo de vapor de la caldera gracias a una válvula moduladora en la línea de
alimentación. En caso de fallo de la bomba de alimentación, la bomba de reserva
arrancará automáticamente, con el fin de asegurar la correcta alimentación de la
caldera.
Cada bomba contará con una válvula by-pass de flujo mínimo, para proteger la
bomba en el caso de reducción de la alimentación a la caldera.
Durante su recorrido, y antes de su llegada a la caldera, el agua será aditivada con
secuestrantes de O2 e inhibidores de incrustaciones (hidracina, fosfatos o similares).
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4.7.10 Aerocondensador.
La planta constará de una instalación de condensación que comprenderá los equipos
y complementos necesarios para condensar el vapor de escape de la turbina o el procedente de las calderas de vapor vía by-pass, empleando únicamente aire como
elemento refrigerante.
La instalación consistirá básicamente en intercambiadores de calor vapor/aire
dispuestos en forma de tejado a dos vertientes, con los extremos cerrados por paredes
de chapa, formando un recinto en cuya parte inferior se alojan los grupos
motoventiladores encargados de impulsar aire al interior de dicho recinto,
obligándole a circular a través de los haces tubulares aleteados a contracorriente.
Aire de enfriamiento
El flujo de aire de enfriamiento a través de los bancos de tubos del condensador
principal se suministra por medio de ocho ventiladores de flujo axial con motores
eléctricos de dos velocidades.
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MEMORIA 26
4.10 SERVICIOS
4.10.1 Sistema de agua desmineralizada
La planta contará con un sistema de producción de agua desmineralizada para el
suministro del agua de aporte necesaria para compensar las pérdidas por purgas y
venteos en el sistema agua – vapor.
La calidad del agua desmineralizada producida cumplirá con los requisitos de la
norma UNE 9-075/85 para agua de calderas de circulación natural, vapor
sobrecalentado a 40 bar., 420ºC y en particular con los siguientes valores:
conductividad………………….. ≤ 1µS/cm
sílice……………………………≤ 0.02 ppm SiO2
El sistema estará diseñado y dimensionado para tratar el agua procedente de la red de
agua potable. Consistirá en un tratamiento por intercambio iónico mediante una línea
compuesta por un filtro de carbón activo y un lecho mixto de resinas.
La colocación del filtro de carbón activo al inicio del proceso evita la llegada de
oxidantes como el cloro libre que dañan la resina de intercambio.
Descripción de la instalación
La planta contará con una línea de tratamiento compuesta por un filtro de carbón
activo de disposición cilíndrica vertical, construida en poliéster reforzado con fibra
de vidrio, su batería de tuberías y válvulas manuales. El filtro es de operación manual
dado que sólo precisa de un lavado manual cuando se detecte una determinada
pérdida de carga. A tal efecto contará con un manómetro diferencial
A continuación sigue un lecho mixto con resinas catiónica y aniónica fuerte. Se
dispondrá un depósito para el almacenamiento de agua desmineralizada con
capacidad suficiente para realizar el llenado inicial de la caldera y del circuito agua-
vapor.
Una vez acabo su ciclo de trabajo las resinas deberán regenerarse con objeto de
devolverles su acción permutante. El sistema incluirá un equipo de regeneración de
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resinas mediante los reactivos ácido clorhídrico al 36 % e hidróxido sódico al 50%,
que estarán contenidos en depósitos de almacenaje con capacidad suficiente para una
regeneración. El agua de dilución de los reactivos se aspirará del tanque de agua
desmineralizada. La mezcla será impulsada por una bomba portátil e inyectada en lascolumnas por medio de aire comprimido.
El proceso de regeneración se iniciará de forma semi-automática o completamente
automática cuando la conductividad del agua (medida mediante un conductivímetro)
supere un valor preestablecido. Todas las secuencias de funcionamiento estarán
controladas por medio de un PLC.
4.10.2 Sistema de agua de refrigeración.
La planta contará con un circuito cerrado de agua de refrigeración cuya finalidad es
la de disipar el calor producido por el funcionamiento de algunos equipos.
El calor absorbido por el circuito se disipa a la atmósfera por medio de un
aerorefrigerante situado en la cubierta de la sala de la turbina.
El circuito contará de dos bombas de agua de refrigeración (una en reserva), un
aerorefrigerante, y un depósito de expansión atmosférico.
El circuito suministrará agua de refrigeración a los siguientes componentes:
Sistema de refrigeración del turbogrupo.
Sistema de refrigeración del aceite de la turbina de vapor.
Refrigeración de los cojinetes de las bombas de alimentación de agua de la
caldera.
El control de temperatura del circuito se realiza por medio del control de los
ventiladores del aerorefrigerante.
El circuito se llenará con agua de servicios a la que se añadirá un aditivo
antiincrustante.
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4.11 SISTEMA ELÉCTRICO.
La energía eléctrica que precisa la planta se suministrará a partir de la producida por
ella misma, exportando el exceso de energía producida al sistema interconectado
nacional (SIN).
Los datos técnicos más importantes de la instalación son los siguientes:
Tensión nominal de suministro 24.9 KV. 3 fases, 50 Hz, con variaciones de±
10% en tensión y ± 5% en frecuencia. La variación simultánea de ambas será
como máximo de ± 10%.
Caída de tensión por arranque de motores: 20%.
Neutro puesto a tierra a través de transformador de intensidad con corriente
de falta limitada a 5 A.
Corriente trifásica a 50 Hz.
Número de alimentaciones dadas: Una al 100% de la potencia precisa.
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MEMORIA 29
4.11.4 Red de tierra.
La configuración de la red de tierra se diseñará de forma que el valor máximo
permisible, en cualquier punto de la instalación, no supere 5 Ω.
Se dispondrán pozos de tierra, formado cada uno de ellos por 3 picas de acero
cobreado de 2400 mm de longitud y 20 mm de diámetro. Estos pozos darán servicio
a los motores, neutro de transformador, partes metálicas sin tensión tales como
herrajes, cubas de transformadores, carcasas de cabinas y cuadros y barras de tierra
de los cuadros eléctricos.
La interconexión de todos estos pozos de tierra se hará mediante un anillo principal
de cobre de 70 mm2
16 mm2 .
de sección. En derivaciones la sección mínima no será inferior a
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2 CÁLCULOS
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CÁLCULOS 31
1.-CÁLCULO DEL PCI
Tras realizar un análisis de los residuos procedentes de la zona donde se va a instalar la
planta incineradora se determinó que la composición de los mismos es la siguiente:
Elem Quim %
C 21,32
H 2,82
S 0,09
O2 13,93
N2 0,49
Cl2 0,14
Cenizas 19,21
H2O 42
total 100
Tabla 1. Composición química de los residuos
Para obtener el PCI de los residuos se pueden emplear diversos procedimientos:
Fórmula de Dulong
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CÁLCULOS 32
Bomba calorimétrica
El poder calorífico de los RSU analizados se puede determinar experimentalmente
mediante un ensayo en una bomba calorimétrica siendo los resultados obtenidos los
que se muestran a continuación proporcionados por Bolivia ecológica:
A continuación se muestra una tabla con los resultados obtenidos en el cálculo del PCI
según los diferentes procedimientos
Dulong
PCS(Kcal/Kg)
PCI (Kcal/Kg)
2095,74
1693,48
Bomba calorim.
PCS(Kcal/Kg) 2187
PCI(Kcal/Kg) 1798
Tabla2. Resultados cálculo del PCI
En adelante se adoptará como PCI de los RSU los resultados obtenidos mediante el
ensayo en bomba calorimétrica.
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CÁLCULOS 33
2.- DIMENSIONAMIENTO DE LA PLANTA INCINERADORA
La planta incineradora procesará los residuos procedentes de santa cruz de la sierracon 1100.000 hab
habitantes, con una generación de RSU estimada de 0,7 Kg
.hab día
2.1 CAPACIDAD DE LA PLANTA
Toneladas a tratar = 110000 hab· 0.7 Kg
hab día
·365 días
= 281.050año
t
año
2.2 DISPONIBILIDAD
Se considerará que la planta funcionará 313 días al año, lo que corresponde a una
disponibilidad de:
Disponibilidad =
313
=85,75%365
2.3 INCINERACIÓN TEÓRICA HORARIA
2.4 NÚMERO DE LÍNEAS DE INCINERACIÓN
Por razones de versatilidad la planta contará con dos líneas de incineración
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CÁLCULOS 34
2.5 CAPACIDAD TEÓRICA DE CADA LÍNEA
37,41 t
Capacidad teórica de cada línea = h2líneas 18,705 t
h línea
2.6 CAPACIDAD DE DISEÑO ELEGIDA
En previsión de un futuro incremento en el nivel de producción de RSU, se adoptará
una capacidad de incineración por línea superior a la teórica.
Capacidad diseño elegida = 20 t
h línea
2.7 CAPACIDAD TOTAL DE INCINERACIÓN DE LA PLANTA
La capacidad total de incineración de la planta según la capacidad por línea adoptada
será:
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CÁLCULOS 73
5. ESQUEMA CICLO DE VAPOR
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CÁLCULOS 74
6.- CICLO DE VAPOR
12 – Tabla resumen ciclo de vapor
A continuación se muestra una tabla con los resultados obtenidos:
Punto TºC P(bar) v(m3/Kg) h(KJ/Kg) s(KJ/KgK) x Estado
1 420 40 0,076058 3260,18 6,8358 -Vapor
sobrecalentado
1' 415 38 0,079941 3251,786 6,847378 -Vapor
sobrecalentado
2s 140 3,61 0,5 2699,85 6,847378 0,9841 Líquido-vapor
2 150,307 3,61 0,5334 2755,043 6,98486 -Vapor
sobrecalentado
3s 111,37 1,5 1,1115 2601,923 6,98486 0,9588 Líquido-vapor
3 111,37 1,5 1,121 2620,3 7,0326 0,967 Líquido-vapor
4s 60,06 0,2 6,7 2317,8 7,0326 0,876 Líquido-vapor
4 60,06 0,2 6,884 2373,85 7,2 0,9 Líquido-vapor
5 60,06 0,2 0,001017 251,38 0,8319 0 Líquido saturado
6 60,06 1,5 0,001017 251,55 0,8319 - Líquido comprimido
7 111,37 1,5 0,001053 467,08 1,4335 0 Líquido saturado
8 112,714 42,1 0,00105 472,78 1,4482 - Líquido comprimido
9 130 40 0,00107 550,28 1,6343 - Líquido comprimido
10 140 3,61 0,00108 589,11 1,739 0 Líquido saturado
Tabla 12. Tabla resumen estados ciclo de Rankine.
.
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7.- BALANCE DE POTENCIAS
7.1-POTENCIA SUMINISTRADA
La potencia suministrada es la aportada por la incineración de los residuos así como
la aportada por el aire empleado en dicha combustión.
Residuos
7.2- POTENCIA DISIPADA
7.2.1 POTENCIA DISIPADA EN EL HORNO
Pérdidas por inquemados
Se estimarán las pérdidas por inquemados en un 1,2% de la potencia totalsuministrada:
. .
W inquemados 0,012 W su min istrada 0,012 83627,9 1003,53kW
Pérdidas por escorias y cenizas
Se estimarán las pérdidas por escorias y cenizas en un 1,5% de la potencia
total suministrada:
. .
W inquemados 0,015W su min istrada 0,01583627,9 1254.42kW
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Pérdidas por radiación y gases de escape
Se estimarán las pérdidas por radiación en un 1% de la potencia total suministrada:
. .
W inquemados (0,01+0.173)W su min istrada 0,18383627,9 15303,9kW
Potencia total disipada en el horno
. . . . .
W PerdidasHorno W inquemados W EescoriasCenizas W radiación
.W PérdidasHorno 1003.53 1254,2 15303,9 17.561,63kW
7.2.2- POTENCIA DISIPADA EN EL CICLO DE VAPOR
Pérdidas por purgas
Se estimará una potencia disipada por purgas del 0,3% de la potencia totalsuministrada
. .
W purgas 0,003W su min istrada 0.00383627,9 250,88kW
Pérdidas auxiliares de vapor
Se estimarán unas pérdidas por pérdidas auxiliares del 0,95% de la potencia
total suministrada
. .
W aux vapor 0,0095W su min istrada 0.009583627,9 794,46kW
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Pérdidas mecánicas del conjunto turbina-alternador
Se estimarán unas pérdidas mecánicas del 1% de la potencia total suministrada
. .
W mecánicas 0,01W su min istrada 0.0183627,9 836,279kW
Pérdidas en el condensador
La potencia perdida en el condensador para llevar el agua a las condiciones
iniciales será:
W condensador 0.32* 83627,9 =26.685,546 KW
Potencia total disipada en el ciclo de vapor
. . . . .
W Ciclo vapor W purgas W aux vapor W mecánicas W Condensador
.
W Ciclo vapor 250,88 794,46 836,279 26.685,546 28567,165kW
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7.2.3- POTENCIA TOTAL DISIPADA
La potencia total disipada en la instalación será la suma de las pérdidas en el horno y en
el ciclo de vapor:
. . .
W DisipadaTotal W hornoW ciclo vapor
.
W DisipadaTotal 17561,63kW 28567,165kW 46128,79kW
7.3-POTENCIA GENERADA
La potencia generada en la planta será la diferencia entre la potencia total suministrada
y la potencia disipada en el horno y en el ciclo de vapor.
. . .
W Generada W su min istrada W disipada
.
W Generada 37499.105kW
7.4 POTENCIA AUTOCONSUMO
Se destinará un 15% de la potencia generada para el autoconsumo de la planta
incineradora.
. .
W autoconsumo 0,15W generada
.
W autoconsumo 0,1537499.105 5624,86 kW
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CÁLCULOS 83
7.5 POTENCIA ENTREGADA A LA RED
La potencia restante será suministrada a la red por medio de la subestación y el centro
de transformación.
. . .
W red W generada W autoconsumo
.
W red 37499.1055624,86 31874,25 kW
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7.6 TABLA RESUMEN POTENCIAS
A continuación se muestra una tabla que recoge todas las potencias
Potencia RSU 83.627,9 kW
Potencia total suministrada 83.627,9 kW
Pot. Perd. Inquemados 1003,53 kW
Pot. Perd. Escorias y cenizas 1254,42 kW
Pot. Perd. Radiación y gases de escape 15.303,9 kW
Potencia disipada horno 17.561,63 kW
Pot. Perd. Purgas 250,88 kW
Pot. Perd. Aux.-vapor 794,46 kW
Pot. Perd. Mecánicas 836,279 kW
Pot. Perd. Condensador 26.685,546 kW
Potencia disipada ciclo vapor 28567,165 kW
Potencia total disipada 46.128,79 kW
Potencia generada 37.499,105 kW
Potencia autoconsumo 5.624,86 kW
Potencia red 31.874,25 kW
Tabla 14. Balance de potencias de la instalación.
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CÁLCULOS 85
8.- RENDIMIENTOS
RENDIMIENTO TOTAL DEL CICLO
El rendimiento total del ciclo se define como el cociente entre la potencia entregada
a la red y la potencia suministrada por la incineración de los residuos.
Total
.
W Re d .
W Su min istrada
Incineradora
31.874,25
83.627,9 38.1%
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3 ESTUDIO ECONÓMICO
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ESTUDIO ECONÓMICO 87
3. ESTUDIO ECONÓMICO
3.1 OBJETO
El objeto de este estudio económico es el de analizar la viabilidad económica de la
planta incineradora de residuos sólidos urbanos.
Para ello, se valorará la viabilidad económica , considerando una vida efectiva de la
planta de 25 años.
3.3 INVERSIÓN
La inversión inicial necesaria para la construcción de la planta incineradora de residuos
sólidos urbanos en normandia con recuperación de energía es de 78.000.000$,
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ANEXOS
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