GENERACION DE ENERGIA A PARTIR DE RESIDUOS SOLIDOS Combustión en parrillas y Lecho fluidizado

Lady Stephanie Monroy Neira

Doctor

Jorge William Arboleda Valencia

MODULO DE MANEJO INTEGRADO DE RESIDUOS SÓLIDOS- Cohorte

Universidad de ManizalesFacultad de Ciencias Contables Económicas y Administrativas

Maestría en Desarrollo Sostenible y Medio AmbienteCentro de Educación a Distancia – CEDUM

Manizales, Colombia2017

INTRODUCCION

La generación de residuos es un inconveniente al que la sociedad debe enfrentar; como se sabe cada actividad realizada por el hombre tiene como resultado algún tipo de residuo, y con el pasar de los años y el crecimiento poblacional esta cantidad y variedad de residuos se ha aumentado de forma proporcional. En la mayoría de los casos y según se ha investigado a lo largo de este curso, el destino final de estos residuos es principalmente rellenos sanitarios, se incineran, y botadores a cielo abierto, sin embargo, existen otras alternativas de gestión más sostenibles como la reducción en la generación, el reuso, el reciclaje y la transformación de estos en energía.

El aprovechamiento de los residuos para la generación de energía útil- electricidad o calor-, es una fuente de producción energética con un gran potencial, que contribuye por un lado a una gestión de residuos más sostenible, adicional a esto la valorización de los residuos o su transformación en energía útil, es considerada como una opción de aprovechamiento de una fuente de energía renovable, con pros y contras y aunque muchos coinciden que es un método limpio y renovable también se sabe que la combustión de estos residuos genera componentes químicos perjudiciales para la atmosfera.

Tecnologías usadas para la valorización energética de los residuos

Una de las tantas representaciones esquemáticas del triángulo de gestión integral de residuales se muestra en la figura 1, donde en forma descendente se presentan las acciones que deberían llevarse a cabo para gestionar adecuadamente los residuos sólidos urbanos1. En ella están inmersos los conceptos de las 3R (reducción, reúso y reciclaje) y se priorizan las opciones de manejo de residuos partiendo de su reducción, reúso, reciclaje, compostaje, digestión anaerobia, su conversión térmica con y sin recuperación de energía, y la disposición final en rellenos sanitarios y tiraderos a cielo abierto como última opción2.

Figura 1. Triangulo de Gestion Sustentable

Fuente: Comisión federal Electricidad. Unidad de electrificación. IIE

De acuerdo a los estudios, es posible separar los procesos de recuperación de energía de los residuos en dos: conversión térmica y conversión biológica.

Conversión térmica Conversión biológicaEsta conversión es posible generarla de 3 formas: combustión, gasificación y pirolisis. En estos procesos se convierten los residuos en productos gaseosos, líquidos y sólidos mediante reacciones químicas inorgánicas3.

Para la combustión y gasificación se

Esta conversión en producida por las bacterias mediante digestión anaerobia (la fracción orgánica de los residuos se descompone de manera natural anaeróbicamente. Este proceso ocurre en rellenos sanitarios, en el que se crea una mezcla de gases (biogás), su componente son el metano

1 Generación de electricidad mediante Residuos Sólidos Urbanos. Instituto de Investigaciones Electricas –Directive 2008/98/EC on waste (Waste Framework Directive). European Commission. 2008.

2 Comisión federal Electricidad. Unidad de electrificación. IIE. Mexico. 2012. Tomado de: https://www.ineel.mx/docu/Guia-RSU.pdf

3 Conversión de Residuos Sólidos Urbanos en Energía. Moratorio, Diego. Rocco, Ignacio. Castelli, Marclo. 2012.

produce una reacción química de tipo exotérmica (libera energía de forma directa). Para el caso de la pirolisis es una reacción endotérmica y el gas derivado podrá ser aprovechado con una combustión posterior. Esta tecnología requiere de costos en energía eléctrica mayor que en la gasificación y además solo es aplicable a residuos con alto poder calorífico, como es el caso de materiales plásticos separados en origen. Por esta razón, se entiende que esta tecnología no es recomendable para el Área Metropolitana4

CH4 y el dióxido de carbono CO2. 5

De acuerdo a Moratotio et al, existen diferentes opciones de conversión de residuos a formas secundarias de energía:

Figura 2. Opciones de conversión de biomasa a formas secundarias de energía

Fuente: Moratorio et al.

Dentro de las tecnologías de conversión térmica la más popular y extensa en su uso es la incineración o quema en grilla / parrilla, luego está la gasificación por lecho fluido burbujeante, circulante y fijo. Estas tecnologías se utilizan principalmente en plantas de

4 Estudio de Pre-factibilidad de instalación de capacidad para la generación de energía a partir de residuos (WTE) en el Área Metropolitana. / DINAMA 2012

5 Fernández, J. La Basura como recurso energético. Situación actual y prospectiva en México, Boletín del Instituto de Investigaciones, Enero – Marzo 2011

gran escala (capacidad mayor a 500 ton/día). Existen otras tecnologías como el sistema cBOS, COR, Energos, Aireal, que no son tan populares como las anteriormente mencionadas, pero están empezando a ser utilizadas como nuevas alternativas para la conversión de residuos en energía, y que además son aplicables a plantas de pequeña escala6.

- Metodología Combustión en ParrillaEn un horno en parrilla, se realiza descargad de los residuos en un bunker (estructura cerrada con presión negativa) sin haber implementado algún tratamiento, debido a que existe una succión desde el interior del bunker, existe una minimización de olores hacia su alrededor y el aire succionado es usado para la combustión de los residuos2.

De acuerdo Fernandez, J, en un bunker se descargan todos los tipos y tamaños de residuos exceptuando aquellos radioactivos (son detectados cuando el camión pasa por el área de peso), objetos demasiado grandes y objetos no combustibles.

Posteriormente una grúa carga los residuos en las tolvas del sistema de alimentación que proporciona los residuos en el horno de la parrilla móvil, luego se realiza una mezcla de los residuos dentro del bunker. La gravedad y el movimiento mecánico de la parrilla hacen que la masa de los residuos se desplace a través del horno, el tiempo de resistencia de los residuos depende de las condiciones técnicas de las estructuras; mediante el proceso de oxidación a altas temperaturas se logra que los residuos de reduzcan o conviertan en cenizas, las cuales son descargadas por la parte inferior de la parrilla.

Durante la combustión se generan gases calientes, los cuales pasan por un sistema de transferencia de calor y que a la vez genera vapor, dicho vapor es conducido a un conversor de turbina para producir energía eléctrica. Adicional a esto, aquel vapor que sale con una presión baja podrá ser usado como acondicionador de la temperatura del entorno. Entre las ventajas que tiene este tipo de plantas se puede encontrar el bajo requerimiento de personal, poca manipulación y contactos con los residuos6.

De acuerdo a lo anteriormente expuesto, es posible deducir el proceso de combustión en parrilla de la siguiente forma: el material de combustión pasa por tres etapas consecutivas de proceso. En la primera de ellas se produce un secado, evaporándose el agua contenida en el material, la combustión principal tiene lugar en la segunda fase y la última fase es en la que simplemente se completa la combustión en aquellas fracciones de mayor temperatura de ignición7. Los gases desprendidos de la combustión se envuelven en una corriente de aire al abandonar las parrillas

6 Moratorio, D.; Rocco, I. Proyecto para la conversión de residuos en energía, Tesis de Grado, Universidad de Montevideo, Diciembre 2011.

7 ANEXO 10: ESTUDIO DE LAS TECNOLOGIAS DE COMBUSTIÓN- UCLM. Romero, Javier. Proyectos. Tomado de: http://www.uclm.es/area/ing_rural/Proyectos/JavierRomero/Anexo10.pdf

Selección del lugar de ubicación para estas plantas:Para selecciona de forma adecuada el lugar de ubicación de las plantas para la transformación energética, se debe tener en cuenta como mínimo lo siguiente:

Ubicación estratégica en lugares que van a ser beneficiados con la energía (planificación urbana), rellenos sanitarios clausurados, minas abandonadas.

Tener en cuenta rutas y vías de acceso. Existencia de servicios como agua y saneamiento b. Proximidad a los lugares de generación de residuos. Cercanía de línea de redes eléctricas.

-Metodología de lecho fluidizado

En este caso, se desarrolla una combustión en el seno de una masa de suspensión compuesta por partículas de combustible, cenizas y, a veces, un inerte, estos compuestos son fluidizados por una corriente de aire de combustión ascensional; entre un 2 y 3 % del lecho es carbonoso; el resto está compuesto de material inerte (arena). Este material inerte proporciona un gran almacén de calor en el hogar, amortiguando el efecto de las posibles fluctuaciones en el poder calorífico del combustible.

La combustión en lecho fluido circulante es una tecnología de uso limpio del carbón que ha superado con éxito las etapas de Investigación, Demostración y Desarrollo, y ya se encuentra plenamente disponible y operativa a nivel comercial, hasta tamaños superiores a 250Mwe y mayores. La combustión del carbón en esta metodología logra el alcance de buenas prácticas ambientales y amigables con el medio ambiente8.

1. Baja emisión de óxidos de nitrógeno, aproximadamente la mitad o menos que en el caso de unidades convencionales.

2. Alto grado de retención de azufre en las cenizas, reduciendo las emisiones de óxidos de azufre en un 90% o incluso más.

3. Estas unidades admiten combustibles de bajo rango.4. Tiene flexibilidad a la hora de consumir combustibles distintos al del diseño.5. Las unidades son simples en diseño y operación y las necesidades de mantenimiento

es bajo.

En el proceso de combustión se presentan los siguientes procesos: fluidización de sólidos, combustión, transferencia de calor, extracción de material agotado, reducción del tamaño de las partículas, emisiones de contaminante y calcinación. Ver figura 3. Figura 3. Procesos físico-químicos que tienen lugar en la combustión en el lecho fluido.

8 Centrales térmicas. Sistemas de Combustion en lecho fluido. PRIETO, Ismael. UNIOVO. Tomado de: http://ocw.uniovi.es/pluginfile.php/1011/mod_resource/content/1/1C_C12757_0910/04_GT13_Centrales_termicas_de_lecho_fluido.pdf

Fuente: Prieto, Ismael- Centrales Térmicas. SCLF

Ventajas de lecho de fluido: Permite el uso de combustibles de baja calidad, de alto contenido de cenizas y

azufre. Elimina los desechos combustibles evitando riesgos de vertimiento o

almacenamiento de los mismos. Flexibilidad en la utilización de combustibles diversos, todo tipo de carbones. No hay fundición de cenizas, lo que facilita su evacuación y manejo. Mejora la transferencia de calor. Es casi isotérmico, lo que optimiza la eficiencia térmica. Alta eficiencia de combustión y alto rendimiento de caldera. Reducción de la contaminación, especialmente eliminación de SO2 y eliminación

los problemas de corrosión en el sistema. Operación sencilla, estable, y fácilmente controlable.

REFERENCIAS ANEXO 10: ESTUDIO DE LAS TECNOLOGIAS DE COMBUSTIÓN- UCLM.

Romero, Javier. Proyectos. Tomado de: http://www.uclm.es/area/ing_rural/Proyectos/JavierRomero/Anexo10.pdf

Centrales térmicas. Sistemas de Combustión en lecho fluido. PRIETO, Ismael. UNIOVO. Tomado de:

http://ocw.uniovi.es/pluginfile.php/1011/mod_resource/content/1/1C_C12757_0910/04_GT13_Centrales_termicas_de_lecho_fluido.pdf

Comisión federal Electricidad. Unidad de electrificación. IIE. Mexico. 2012. Tomado de: https://www.ineel.mx/docu/Guia-RSU.pdf

Conversión de Residuos Sólidos Urbanos en Energía. Moratorio, Diego. Rocco, Ignacio. Castelli, Marclo. 2012. Tomado de: http://www.um.edu.uy/docs/10_conversion_de_residuos_solidos_urbanos-en_energia.pdf

Estudio de Pre-factibilidad de instalación de capacidad para la generación de energía a partir de residuos (WTE) en el Área Metropolitana. / DINAMA 2012. Tomado de: file:///C:/Users/Hp%20Pc/Downloads/WTE_-_Generacion_de_Energya_a_partir_de_Residuos.pdf

Fernández, J. La Basura como recurso energético. Situación actual y prospectiva en México, Boletín del Instituto de Investigaciones, Enero – Marzo 2011. CORPOCHIVOR. Guía.

Generación de electricidad mediante Residuos Sólidos Urbanos. Instituto de Investigaciones Eléctricas –Directive 2008/98/EC on waste (Waste Framework Directive). European Commission. 2008.

Moratorio, D.; Rocco, I. Proyecto para la conversión de residuos en energía, Tesis de Grado, Universidad de Montevideo, Diciembre 2011. Tomado de: http://www.um.edu.uy/docs/10_conversion_de_residuos_solidos_urbanos-en_energia.pdf