L’assecatge tèrmic . Una opció consolidada en el tractament de llots

Octubre 2007

El secat tèrmic a la industria

Primer secador industrial Any 1727 a Anglaterra Secat de fusta per construcció naval

Secats artesanalsPells, fustes, paper , ceràmiques, maons....

Sector industrial Tecnologia de secat Material assecat

Cimenteres /Àrids Secadors rotatius Minerals/ Carbó / Coque de petroli

Farmacèutic Secat per pulverització(Spray Drying)

Sintetitzats líquids

Alimentari Secat per pulverització Llet i demes preparats en pols

Alimentari /Agrícola Secat por llit fluidSecador de canals o cascada.Secador de cinta

Blat de moro, arròs , cafè , civada , patates, fruits secs, herbes, pa ratllat

Químic Secat por llit fluid Polímers, conglomerats

Ceràmica Secat per pulverització Suspensions líquides de ceràmica

Pintura Secat per pulverització Pigments

Actualment

El secat tèrmic a la industria II

• Secador de patates tipus chip

• Secador de pigments

• Secador de pinso de gossos • Secador de pa ratllat

• Secador de carbó

• Secador de polímers

• Secador de paper

Tecnologies de secat

El secat tèrmic és l’ús de l’energia calorífica per evaporar l’aigua, o substàncies volàtils, que conté un producte

Secat directe Secat indirecte

Hi ha un contacte físic directe entre el material a secar i fluid calent

Mecanisme de transferència: Convecció

El material a secar i la font de calor per secar-ho estan separats per un transmissor sòlid

Mecanisme de transferència: Conducció

Secat

Mixt

Secadors rotatius

Secadors per pulverització o atomització

Secadors de llit fluid

Secadors de cinta

Secadors de discos

Secadors de safates

Secadors de capa fina

Pot existir o no recirculació de part del material sec a la entrada del secador per tal de millorar el rendiment de la instal·lació

Tecnologies de secat aplicades a llots de EDAR´s

Seca

t D

IREC

TETambor rotatiu

Secador de cinta STC

Secador de la firma Andritz

Secador de la firma STC

Secador de llit fluid

Secador de la firma Andritz

(Amb recirculació o sense)

(Sense recirculació)

(Amb recirculació)

Secador de la firma Vandenbroek

Tecnologies de secat aplicades a llots de EDAR´s

Seca

t IN

DIR

ECTE

Secador vertical de safates

Secador horitzontal de discos

Secador de la firma Komline

Secador de la firma Képpel Seghers

Secador de la firma Atlas-Stord

(Amb recirculació)

(Amb recirculació)

Tecnologies de secat aplicades a llots de EDAR´s

Seca

t MIX

T

Turbosecador VOMM

Secador de la firma VOMM

(Sense recirculació)

Degremont Tecnologies

Innodry (Sense recirculació)

Secador de la firma Innoplana

Distribució de Tecnologies a Catalunya

Plantes de tractament tèrmic a Catalunya. Dades facilitades per la ACA

El 69% de la capacitat nominal instal·lada actualment a Catalunya son secadors basats en el secat mixt , el 18 % secats directes , i el 12% son indirectes.

A la planta de tractament tèrmic del Besòs s’instal·laran quatre línees de secat directe amb la tecnologia de cinta de la firma STC , amb una capacitat anual total de 120.000 tm d’aigua evaporada /any (55.000 tm MS/any).

Un cop finalitzin les obres al TT de Besòs, a Catalunya hi haurà una capacitat instal·lada suficient per tractar tèrmicament el 85 %de tots els llots generats.

tm MS

Planta TT Nominal Tipus Tecnologia Fabricant

( Besòs ) ------------------- ------------------- ------------------------------ -------------------

Banyoles 4.119 Mixt Rotatiu VOMM

Granollers 4.257 Directe Rotatiu Andritz

Mataró 5.625 Mixt Rotatiu VOMM

Montornés 3.909 Indirecte Discos Horizontals Atlas Stord

Prat 24.270 Mixt Rotatiu VOMM

Rubí 7.069 Directe Llit Fluid Andritz-Vatech

Sabadell 3.800 Indirecte Safates vertical Segher

Vic 9.200 Mixt Rotatiu VOMM

Distribució de Tecnologies a Espanya

Plantes de tractament tèrmic a Espanya. Dades facilitades pels fabricants de secadors

• El 76 % de la capacitat nominal instal·lada actualment a Espanya excloent-hi les instal.lacions a Catalunya son secadors basats en el secat directe.

• La capacitat de secat tèrmic instal·lada actualment a Espanya permetria tractar el 30 % dels llots generats anualment (1.119.741 TmMS a l’any 2005 segons el Resgistro Nacional de Lodos del MAPA)

• No hi ha dades quantitatives de la producció de les plantes de secat tèrmic actualment en operació a Espanya

Planta TT tm MS Nominal /any Tipus Tecnologia Fabricant

GALINDO 32.500 Mixt Rotatiu VOMM

BAIÑA (Asturias) 1.250 Directe Banda STC

VALLADOLID 10.000 Directe Rotatiu Vandenbroek

IBI 1.500 Directe Banda STC

EDAR SUR 72.500 Directe Rotatiu Vandenbroek

REZA 1.750 Mixt Rotatiu Sernaggiotto

LEON 3.750 Directe Rotatiu Vandenbroek

VILLAPEREZ 7.000 Directe Centridry Humbold

BUTARQUE 27.500 Directe Rotatiu Vandenbroek

BAJO BIDASOA 1.613 Directe Llit Fluid Nara

QUART- BENAGER 10.000 Mixt Rotatiu VOMM

MAQUA 6.000 Mixt Rotatiu VOMM

LOIOLA 12.500 Directe Rotatiu Vandenbroek

GUILLAREI 2.250 Directe Banda STC

MOTRIL 3.750 Directe Banda STC

GUADALHORCE 18.750 Directe Banda STC

FUENGIROLA 5.750 Directe Llit Fluid Andritz-Vatech

LOECHES 25.000 Directe Llit Fluid Andritz-Vatech

BENS (Coruña) 12.500 Mixt Rotatiu VOMM

Avantatges competitives del TT

1. Es un procés que permet reduir el volum de llot a disposar , el que es tradueix en un estalvi de costos de transport, emmagatzematge i manipulació.

2. Es un procés que produeix un fang lliure de patògens.

3. Es un procés que permet donar al llot un valor afegit com a combustible ,biomassa, que pot ser utilitzada com a substitutiu dels combustibles fòssils.

4. Es un procés que permet l’aprofitament tèrmic del calor residual de plantes amb excedent de potència calorífica.

5. Es un procés que es una etapa prèvia obligada per altres tecnologies de tractaments de llots com la gasificació ,la piròlisi o la incineració.

6. Es un procés que ens ajuda a complir les prioritats per l’ús de llots de EDAR marcades al Pla Nacional de Lodos (Aplicació al sòl, valorització energètica i dipòsit a abocadors)

Dificultats actuals

• Baixa productivitat , com a conseqüència de rendiments d’evaporació pobres i poca disponibilitat dels equips

• Possibilitat d’incidents/accidents relacionats amb incendis i/o explosions als propis secadors o als elements auxiliars

Baixa productivitat . Factors d’influència

Industria General

Propietats del producte a secar conegudes i controlables prèvia a l’entrada del secador , el que comporta un procés de secat més estable

Producte a secar amb valor afegit (marge comercial) que justifica un seguiment exhaustiu de la marxa de la instal·lació

Els operadors estan habituats a un entorn tecnològic de procés fabril a on han de controlar molts paràmetres i actuar segons procediments i instruccions establertes

Dimensionat de la instal·lació i utilització de materials per a la seva construcció correctes degut a l’experiència acumulada

El manteniment preventiu i predictiu son la pràctica habitual

Hi ha un coneixement profund per part del fabricant del equip secador, del procés i els seus paràmetres claus d’operació.

EDAR

Propietats del fang no homogènies i variables en el temps que es tradueixen en oscil·lacions en el procés de secat

Les exigències dels processos tradicionalment relacionats amb la indústria del tractament d’aigües residuals , son inferiors a les que demanen els tractaments tèrmics

Infradimensionat de les línees i utilització de materials que pateixen erosions i atacs químics degut a poca experiència en el secat de llots

La gestió del manteniment es basa majoritàriament en el manteniment correctiu

Hi ha una continua evolució dels equips ofertats al mercat arrel de les experiències d’explotació , Hi ha un binomi d’aprenentatge entre l’explotador i el fabricant amb encerts i errades.

Risc d’incendis / explosions . Factors d’influència

L’entrada en vigor del RD681/2003 com a transposició de la Directiva europea sobre atmosferes explosives 94/9/CE , ha propiciat l’estudi en profunditat dels riscos existents a les plantes de secat derivats de les propietats combustibles del llots de depuradora

Caracterització del llot sec(Sensibilitat a la inflamació i severitat d’ explosió)

Avaluació de riscos+

Mesures Tècniques +

Mesures organitzatives

Mesures tècniques de protecció activa:

- Evitar fuites de pols, per garantir la NO formació de núvols combustibles

- Evitar l’aparició de fonts d’ignició

- Facilitar i controlar la permanència estable d’una atmosfera inert

Mesures tècniques de protecció passiva

- Panells de venteo o vàlvules de seguretat

- Sistemes supressors d’explosions

- Sectorització de zones per evitar la propagació de l’explosió

Mesures organitzatives:

- Definir l’estructura organitzativa més adequada

- Definir canals de comunicació

- Redacció i implantació de procediments i instruccions de treball que serveixin de guia per qualsevol operació a realitzar a la planta

- Informació i formació exhaustiva i periòdica de tot el personal

- Realització de simulacres de situacions crítiques

- ....

Accidents 0

El major número d’incidents/accidents a les plantes de secat es produeixen :

Durant el transitoris de posta en marxa i parada de la instal·lació

Maniobres errònies

ObjectiuEliminar el risc de formació d’atmosferes explosives o, quan no sigui possible, evitar la ignició de les mateixes i minimitzar els seus efectes si finalment s’esdevé

Planta de TT del Prat

El TT consta de quatre línees de secat del constructor VOMM

La capacitat d’evaporació de disseny per línia en condicions d’operació és de 2.500 KgH2O/h

La capacitat total de tractament de la planta és de 26.600 TmMS/any, evaporant-ne 75.000 Tm H2O/any, considerant, 7.500 hores de funcionament/any i unes sequedats d’entrada i sortida del 25% i 85% respectivament

El secador és de mecanisme mixt, convecció(33%)-conducció(66%), utilitzant un cilindre de doble paret fix envoltat d’oli tèrmic que el manté calent i una corrent d’aire també calent, la principal funció del qual es arrossegar el flux de fang a través del secador

L’aportació energètica prové en un 60% de la producció de calor a calderes d’oli tèrmic que funcionen exclusivament amb el biogàs produït a la planta i en un 40% del calor aprofitat dels gasos d’escapament del motors de cogeneració de planta que funcionen amb Gas Natural en les franges elèctriques punta i llana (16 hores/dia en dies laborables)

La seguretat contra incendis i explosions es basa en la atmosfera inert creada pel vapor d’aigua procedent del mateix fang en el procés de secat o be per l’evaporació d’un spray d’aigua situat a la capçalera del turbosecador

La planta de TT del Prat disposa de dos sitges de 100m3 de capacitat cadascuna a les qual arriba el fang sec mitjançant dos elevadors de cangilons , tant les sitges com els elevadors es mantenen inertitzats mitjançant l’aportació en continu de N2. Addicionalment els elevadors disposen de supressors d’explosió activats per detectors de pressió i detectors òptics de flama.

La totalitat del fang processat en aquesta planta de secat procedeix de la mateixa EDAR Prat, essent un fang procedent de digestió anaeròbia i prèviament deshidratat mitjançant centrífugues.

La producció actual del fang de la EDAR se situa en 42 TmMS/dia, valor inferior a la capacitat de tractament nominal de la planta de secat

Encara que per disseny es disposa d’una capacitat nominal superior a la requerida , no s’ha assolit la fita d’assecar de forma continuada tot el fang produït a la EDAR

Situació actual del TT del Prat

% Tipus de tractament vs. producció total EDAR en MS

0%

20%

40%

60%

80%

100%

%Fang Sec %Fang Deshidratat

%Fang Sec 64% 71% 80%

%Fang Deshidratat 36% 29% 20%

2005 2006 2007

MOTIUS:

Baixa productivitat , com a conseqüència de rendiments d’evaporació pobres i poca disponibilitat dels equips

Disseny i implantació de millores per augmentar la fiabilitat i la seguretat de la instal·lació

Productivitat. Corba Crítica

nº hores-línia mes requerides

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000

KgH2O/h

Hor

es-lí

nea

2005

2006 2007

EXCEDENT DE CAPACITAT

DEFECTE DE CAPACITAT

Actualment el punt de treball del TT del Prat es troba sobre la corba crítica , com a conseqüència d’ haver millorat notablement:

- El rendiment d’evaporació

- El factor d’utilització de les línees de producció

Productivitat. Paràmetres clauAugment del Factor d’utilització

Redisseny dels rodaments del rotor del turbosecador Modificació del traçat de la canonada d’entrada d’oli tèrmic a la

camisa del secador i canvi dels absorbidors de dilatacions per tal de suportar les sol·licitacions reals del sistema evitant deformacions i fissures.Modificació de les bancades de soportació del ventilador principal

i bescanviador d’oli per tal de minimitzar les vibracions i la seva transmissió amb la finalitat de evitar l’aparició d’esquerdes en el circuit d’aire.Muntatge de registres d’inspecció i accés en diferents punts de la

instal·lació per tal de verificar estat d’erosions, atacs químics i / o dipòsits de fang que poden afectar al rendiment i/o a la seguretat de la instal·lació. Tots aquests punts son inspeccionats cada cop que es fa una aturada de línea per neteja.Seguiment d’equips crítics mitjançant l’estudi de vibracions (manteniment predictiu)Substitució de materials en les zones que s’han evidenciat més

exposades al desgast per l’efecte abrasiu del fang sec:Conus dels ciclons . Acer AntidesgastCanals de sortida dels secadors. Formigó Colzes i canvis de secció. Acer antidesgast

% Utilització=Hores funcionament / hores totals

79% 84%

57%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

2005 2006 2007

% Utilització

Augment del Rendiment d’evaporació

Instal·lació de dosificadors de fang deshidratat a la alimentació de les línees de secat , per tal de poder aconseguir un control fiable i a la vegada un millor regularitat en el cabal d’alimentació.

Programació d’algoritmes de control automàtic del cabal d’alimentació de fang deshidratat en funció del estat de les variables principals de la instal·lació de secat.

Rendiment d'evaporació

1.903 KgH2O/h

1.557 KgH2O/h

0 KgH2O/h

200 KgH2O/h

400 KgH2O/h

600 KgH2O/h

800 KgH2O/h

1.000 KgH2O/h

1.200 KgH2O/h

1.400 KgH2O/h

1.600 KgH2O/h

1.800 KgH2O/h

2.000 KgH2O/h

Promig 2005-2007 Nova alimenatció

Promig 2005-2007 Nova alimenatció

+ 22 %

Mesures de protecció davant del risc ATEXMesures tècniques

Instal·lació de mesuradors en continu d’O2 ( un per cada línea)en el bucle de gasos circulants, amb un sistema d’inertització associat amb inserció de N2 en diferents punts crítics de la instal·lació per garantir valors segurs de treball.Unions equipotencials a tots els acoblaments no metàl·lics de la instal·lació per tal d’evitar descàrregues electrostàtiques que podrien actuar de font de ignició.Substitució de les mànigues de càrrega del producte sec a camions per mànigues aptes segons la classificació ATEX de la zona.Instal·lació d’una pica de terra i connexions mitjançant pinces dels camions(remolc i tractora) per tal d’evitar descàrregues electrostàtiques que podrien actuar de font de ignició durant elprocés de càrrega de camions.Redundància del sistema de Inertització per spray d’aigua amb la instal·lació d’un circuit independent capaç d’introduir aiguaprocedent de la línea d’abastiment d’aigua potable a planta al assecador.Inertització amb N2 de les tremuges de descàrrega de pols seca des dels ciclons i el circuit de cargols transportadors fins alselevadors de cangilons.Substitució de les roto-vàlvules de sortida dels ciclons per unitats amb una tolerància menor d’ajust rotor-estàtor perseguint dos objectius:

Incrementar l’estanquitat del sistema Actuar de barrera davant un foc o explosió

Redisseny de la tremuja de recollida de material i el seu transport des del cicló fins al cargol transportador per tal de disminuir fregaments i acumulacions no desitjades de fang sec.

Mesures Organitzatives

Elaboració i implantació del Document de Protecció Contra Explosions

Elaboració i implantació de procediments d’operació normal

Elaboració i implantació de procediments en cas de fallada

i/o emergència

Elaboració de guies visuals d’actuació ràpida en cas de fallada i/o emergència

Formació d’operació per part de tècnics de VOMM

Formació en riscos ATEX per part d’experts a tot el personal relacionat amb secat , tant de producció com de manteniment

Definició i implantació de conductes de comunicació de nous riscos i feedback des dels tècnics a tot el personal relacionat amb el secat

Detecció i anàlisi de possibles causes d’incidents relacionats amb incendis i/o explosions als propis secadors o als elements auxiliars. Metodologia AMFE (Analisis Modal de Fallos y Efectos, NTP679)

Inspecció de conformitat amb el R.D. 681/2003 (ATEX) per

part d’un organisme d’inspecció acreditat per ENAC

A l’any 1998 al Regne Unit apareixen les necessitats de:

• Reduir volum de llots

• Obtenir un producte lliure de patògens

Consolidació d’experiències

Construcció de 40 plantes de secat tèrmic

Problemàtiques de seguretat (Del 1997 al 2002 , 8 incendis i 7 explosions)

Control estricte per part de la HSE (Health and SafetyExcutive) prèvia elaboració del informe HSE 874/9 a l’any 2001

Agrupació dels explotadors creant-ne el UK Dryer User Group

Revisió conjunta del document HSE 874/9 a l’any 2005 per adequar les plantes a la normativa ATEX

Grups de treball i reunions periòdiques per millorar la operació de les plantes de TT

• A Noruega, l’any 2002 i tot seguint l’exemple del Regne Unit , es va crear el Norwegian Dryer User Group, com associació dels explotadors de les plantes de TT a tot el país, amb els mateixos objectius que l’associació anglesa

• Periòdicament hi ha contactes entre ambdues associacions , amb la qual cosa es pot parlar d’un intercanvi inter-europeu d’experiències .

Seguretat

Productivitat

L’any 2006 a Catalunya es van generar un total de 134.725 TmMS de llots , de les quals es van assecar tèrmicament 50.061tMS , es a dir un 38% del total.

Conclusions

Tal i com s’ha exposat , el secat tèrmic és una opció viable i consolidada en el tractament de llots , existint fins i tot dos associacions d’explotadors a nivell europeu que s’enriqueixen entre si amb les seves experiències

Les instal·lacions de secat son plantes a on hi té lloc un procés productiu complex i amb riscos inherents elevats i que per tant necessiten per ser explotades correctament i assolir resultats d’operació òptims , dintre d’un entorn de treball segur , un personal de producció i de manteniment amb una base tècnica sòlida i en continua formació

La seguretat davant dels riscos ATEX ha de ser un dels pilars en els que basar l’estratègia d’explotació de la planta , amb l’objectiu d’arribar a un complement perfecte entre les mesures de protecció i la operativitat de les línees

Per altra banda , les corbes d’aprenentatge i optimització en el secat de llots, tant en modificacions de la instal·lació com en experiència del personal, moltes vegades son compartides amb el constructor o fabricant del equip, de forma que establir una relació de “partner” amb ell , pot agilitzar la optimització de funcionament de la planta de tractament tèrmic.