L’energia dels fangs...

L’energia dels fangs deshidratats

Jornades ACA - 2009

La seva valorització energètica amb recuperació d’energia útil

Jaume Relea - Degrémont

Jornades ACA - 2009 Degrémont

Els fangs deshidratats

Cendres

Tractament del fang amb forn de LF a 850ºC

MineralOrgànica (PCI)

Matèria seca

Fang

Gasos ( CO2, H2O, N2,..)

Aigua


Caracterització dels fangs

• Per dimensionar el sistema de valorització energètica necessitem saber dels fangs :

− Cabdal en MS : Kg/h− La sequedat : %− El contingut en matèria volàtil de la part seca : % MV/MS− El tipus de fang (primari, digerit, biològic, mixte, etc..)

• També són necessàries (encara que rarament disponibles) :

− La composició elemental del fang ( C, H, O, N, S, Cl) − El PCI dels fangs.


Requeriments típics de calor en un forn de L.F.

FANGS DESHIDRATATS

27-28%MS

COMBUSTIBLE AUXILIAR

AIRE PREESCALFAT

GASOS I PÈRDUES DE CALOR

850 oC

Reaccions d’oxidacióAlliberació de calor per mantenir evaporacióI combustió

O


La auto-termicitat dels fangs deshidratats

Auto - termicitat dels fangs

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

50% 60% 65% 70% 75%

MV/MS

Sequ

edat

del

s fa

ngs

Aire a 650ºC

Aire a 400ºC

Pre-assecatge defangs + aire a650ºC

Solució energéticament molt operativa per a mitjanes i grans unitats

Si energia produïda per la combustió del fang = Energia necessària dins el forn


Instal·lació típica d’un forn LF

Forn LFThermylis

Filtre de mànegues

Ximeneia

Filtre de Filtre de mmààneguesnegues o o electrofiltre secelectrofiltre sec

Ventilador Ventilador dd’’extracciextraccióóde gasosde gasos

SegonSegonbescanviadorbescanviador

PreescalfadorPreescalfadordd’’aireaire


El sistema de llit fluïdificat : El forn Thermylis

Cremador de preescalfament

Sortida de gasos

Graella de fluïdificacióequipada amb toveres

Arc refractariautoportant

Càmara d’aire

Llit fluidificat

Aire de fluïdificació

Canonada d’injecció de fangs

Injeccióde sorra

Zona de post-combustió

Virola folrada de material refractari

Cúpula refractàriaautoportant

Reactor

Polvoritzaciód’ aigua

Cremador de manteniment

Càmara d’aire calenta refractàriad’alta temperaturaTmàx : 650ºC


La recuperació de l’energia dels fangs

• I. Recuperar el calor dels gasos per escalfar l’aire de fluïdificació

• II. Recuperar el calor residual restant dels gasos per assecar els fangs entrants al forn

• III. Recuperar el calor residual dels gasos per a generar energia elèctrica / vapor útil

• IV. Barrejar els fangs deshidratats amb fangs secs a l’entrada del forn per millorar la seva auto-termicitat, i recuperar i produir més energia


Recuperació d’energia (I):Escalfar l’aire de fluïdificació

850 °C

Aire fred

Aire

calent

400– 650 °C

Fangs deshidratats

DEPURACIÓGASOS

Forn L.F.

Bescanviador Gasos / Aire

Segon bescanviador 500-600 °C

250ºC


Recuperació d’energia (II):Assecatge previ dels fangs

850 °C

Aire fred

Aire

calent

400– 650 °C

Fangs deshidratats

DEPURACIÓGASOS

Forn L.F.


Caldera d’oli tèrmic500-600 °C

Assecadortèrmic

250ºC

Oli tèrmic


Recuperació d’energia (III):Generació energia elèctrica/vapor útil

G850 °C

Aire fred

Aire

calent

400– 650 °C

Fangs deshidratats

DEPURACIÓGASOS

Turbina de vapor

Forn L.F.


Caldera de recuperació

Condensador

500-700 ºC

200-220 ºC


Recuperació d’energia (IV):Generació energia elèctrica/vapor útil

G850 °C

Aire fred

Aire

calent

200-250º °C

Fangs deshidratats

DEPURACIÓGASOS

Turbina de vapor

Forn L.F.


Caldera de recuperació

Condensador

200-220 ºC

Fangs secs

Vapor


Directiva 2008/98/CE de residusValorització energètica

• Principi de jerarquia :• Prevenció• Reutilització• Reciclatge• Valorització (energètica) si Ef. Energ >=0,65 ( Annex II)• Eliminació

• Si la fórmula de la eficiència energètica dels RSU fos d’aplicació pels fangs :

Temp. sortida caldera : 220ºCPèrdues per radiació : 2,3%MV/MS : 68%PCI : 5160 Kcal/Kg MV

Eficiència energètica = (Ep - (Ef+Ei)/(0,97 x (Ew+Ef))

55%

60%

65%

70%

75%

80%

29 30 33 35

Sequedat del fang en %

Efic

iènc

ia E

f


Depuració de gasos : Emissions

Contaminants principals EC Directiva 2000 Gas sec 11% O2

US EPA 503 Gas sec 7% O2

Valors típics Depuració via seca

Valor típics Depuració via humida

Pols total 10 308 ( 1,3 lb/t seca) <10 10 ( 1 amb electrofiltre)

Carbó orgànic COT 10 72 (100 ppmv) 0-3 1

CO 50 122 ( 100 ppmv) <10 0,4

HCl 10 57 ( 35 ppmv) 1 ND

SO2 50 143 (50 ppmv) < 50 ( amb Bicar) 45 ( sense Sosa)

NOx 200 164 ( 80 ppmv) 50-200 48

Valors en mg / Nm3

Contaminants Valors en gasos Tractament

Pols 18 - 80 mg/Nm3 Filtres

HCl 100 - 500 mg/Nm3 Bicarbonat / Cal / Sosa

SO2 300 - 1000 mg/Nm3 Bicarbonat / Cal / Sosa

Metalls pesants ( Hg, Cd) 0,1 - 0,5 mg/Nm3 Carbó actiu / C. de lignit

Dioxines / Furans 0,1-1 ng TE/Nm3 Carbó actiu / C. de lignit

NOx 50 - 200 mg/Nm3 NH4OH , SCR si necessari


Depuració de gasos Sistema sec

Gasos purificats

Recuperació

de

calor

Cendres seques (rendiment > 99 %)

Filtre de mànigues / Electrofiltre

Filtre de mànigues

Cal / Bicar + Carbóactiu

Residus de depuració (REFIB)

Eliminació de pols

200 - 220 °C

Gasos

Valorització / Abocador Abocador

Neutralització de contaminants gasosos

SOx, HCl, Dioxines, Furans, Metalls pesants


Depuració de gasosSistema humit

Recuperacióde calor

Efluentslíquids

Satu

rado

r -re f

r eda

d or

T ou r

de

L av a

geT o

r re d

e re

n ta t

Gasospurificats

Neutralització de contaminants gasososEliminació

de pols , HCl

200 - 220 ºC

Gasos

Reactiu

Elec

t rofil

treh u

mi t

P re -

e sc a

lfam

e nt

g as o

s

T or re

de

c ar b

óa c

t iu

SOx Eliminació de polsDioxines, Furans, Metalls pesants,

A capçalera EDAR

Abocador

Tractament fisico-químic


Depuració de gasosSistema semi-humit

Recuperacióde calor

Efluentslíquids

Satu

rado

r -re f

r eda

d or

T or re

de

ren t

a t

Gasospurificats

Neutralització de contaminants gasososEliminació

de pols

200 - 220 ºC

Gasos

ReactiuFiltr

e d e

m

a ne g

ues

/

E le c

t rofil

tre

P re -

e sc a

lfam

e nt

g as o

s

T or re

de

c ar b

óa c

t iu

HCl SOxDioxines, Furans, Metalls pesants,

A capçalera EDAR

Abocador

Tractament fisico-químicCendres seques

(rendiment > 99 %)

Valorització / Abocador


Altra possibilitat : El sistema IC 850 Co-incineració de fangs deshidratats

RSU

CALDERA DE RECUPERACIÓ

GRAELLA

SITJADE FANGS

BOMBA DE PISTÓ

AIRE DECOMBUSTIÓ

SISTEMAINJECCIÓ

IC 850 ®

• Adaptat als fangs de depuradores(sequedat 15 a 40 %)

• Injecció regular i homogèneaen el forn

• Ratio fangs / RSU ( en pes) 10 a 20 % sense impacte

• (Estudi específic per cas)

Referències:41 forns des de 1985

(12 en construcció)

Capacitat de tractament equivalent a :622.000 t MS/any

2.324.000 t MF/any


Ultimes referències :Instal·lacions

• Southerly (USA) 3 x 3750 Kg MS/h 2011• Duffin Creek (Canada) 2 x 4370 Kg MS/h 2010• Mill Creek (USA) 3 x 3600 Kg MS/h 2010• Gdansk (Polònia) 1 x 2032 Kg MS/h 2010• Kielce (Polònia) 1 x 800 Kg MS/h 2010• Le Havre (França) 1 x 1125 Kg MS/h 2010• Ampliació Valenton (França) 1 x 3000 Kg MS/h 2010• Trípoli (Líban) 2 x 1160 Kg MS/h 2008• Lakeview-Ontario (Canada) 3 x 4170 Kg MS/h 2009• Cobb County (USA) 2 x 1990 Kg MS/h 2007• Lakeview-Ontario (Canada) 1 x 4170 Kg MS/h 2006• Ypsilanti (USA) 1 x 2850 Kg MS/h 2005• Puerto Nuevo (Puerto Rico) 1 x 2415 Kg MS/h 2004• Valence (França) 1 x 520 Kg MS/h 2003• Districte d’Elbeuf (França) 1 x 440 Kg MS/h 2003• Little Miami (USA) 1 x 2700 Kg MS/h 2000• Northwest Bergen (USA) 1 x 1012 Kg MS/h 1999• Camden County (USA) 1 x 375 Kg MS/h 1996• Greensboro (USA) 1 x 2250 Kg MS/h 1996

Planta Capacitat Any de posta en marxa


Districte d’Elbeuf ( França)-20031 x 440 Kg MS/h

Vista general al final del muntatge mecànic


Valence (França) – 20031 x 520 Kg MS/h


Trípoli (Líban) – 20082 x 1160 Kg MS/h


Puerto Nuevo, (Puerto Rico)- 20041 x 2415 Kg MS/h


Lakeview- Ontario (Canada)- 2006 i 20091 x 4170 Kg MS/h + 3 x 4170 Kg MS/h


Longueuil – Québec (Canada)-19922 x 815 Kg MS/h


Gdansk (Polònia) - 20101 x 2050 Kg MS/h

Estació d'inertització

Forn LF

Assecador


Duffin Creek 2 x 4370 Kg MS/hLayout Part : Caldera i depuració gasos


Mill Creek (USA) - Construcció3 x 3600 Kg MS/h


Thermylis :Una solució per tractar els fangs

• Tractament final dels fangs on són generats (Reducció del volum dels fangs a cendres inerts)

• Recuperació de calor amb preescalfament del aire de combustió. – Sense combustibles fòssils de suport – No emissions de CO2 d’origen fòssil.

• Valorització energètica : Recuperació de calor amb producció de vapor i electricitat – Exportació elèctrica/venda de vapor a xarxa de calor i fred.

• Emissions a l’atmosfera d’acord amb les més estrictes Reglamentacions. Tecnologies de depuració ben provades. Sense olors.

• Degut al seu comportament, el forn de llit fluid és la tècnica d’oxidaciótèrmica més eficient per la reducció dels fangs.

• Tecnologia molt provada par la seva simplicitat, seguretat i fiabilitat. Moltes instal·lacions en funcionament en el món.

L’energia dels fangs...

Documents

Transcript of L’energia dels fangs...