El interés de las microturbinas en el saneamiento. La experiencia de la EDAR de Rubí

Jornades Tècniques de l’ACA 2009

El interés de las microturbinas en el

saneamiento. La experiencia de la

EDAR de Rubí

Jordi Robusté Agència Catalana de l’Aigua

Pedro Polo Acciona Agua

1.

• El tratamiento del biogás es la clave del éxito de toda valorización energética.

• En el caso de las microturbinas, siempre es necesario instalar un compresor de biogás puesto que trabajan a presiones de entre 5 y 6 barg.

• Aprovechando este sistema previo, se le añaden los elementos para secar, filtrar y acondicionar térmicamente el biogás

antes de que entre a las turbinas.

• El objetivo es:

• Biogás seco (10 ºC sobre el punto de rocío)

• Presión de 6 barg.

1.2. Tratamiento del Biogás: Diagrama de proceso 2do enfriamiento + calentamiento final 1er enfriamiento + calentamiento filtro

1.3. Tratamiento del Biogás: Descripción equipos I 1. Enfriamiento gas BP 2. Enfriamiento gas AP 3. Filtro partículas 4. Recogida condensados AP

1

2

2

3

4

1.4. Tratamiento del Biogás: Descripción equipos II

1. Trampa de condensados BP

2. Filtro de carbón y grafito activos 3. Compresor de Biogás 4. Resistencia eléctrica 5. Válvula seguridad 6

2

1

3

4

5

7

1.5. Tratamiento del Biogás: Descripción equipos II

Antes del tratamiento

de combustible tenemos 54,7 mg/Nm3 Después del tratamiento no se detectan siloxanos ni otros COV’s

2.

• Estos equipos tienen una larga historia en el campo aeronáutico. La primera se montó en un Boeing 727 en 1963 y hoy todos los aviones comerciales disponen de pequeñas turbinas (APU) para la generación eléctrica en tierra que permite el arranque de las grandes turbinas de propulsión.

• A lo largo de los años 90, en parte debido a la crisis energética de California, se desarrollaron equipos para permitir una generación

autónoma simple, de alta disponibilidad y con bajo mantenimiento.

• En 1996, CAPSTONE presenta la primera versión de la turbina de C30. Hoy hay más

2.1. Microturbinas: Ciclo Brayton regenerativo

• El modo de funcionamiento de la Microturbina no difiere mucho del de una turbina convencional. La diferencia principal se encuentra en el hecho de tener un ciclo de recuperación para mejorar el

rendimiento eléctrico.

• Este proceso enfría los gases de escape pero, su temperatura de alrededor de 300 ºC todavía permite una recuperación térmica útil para los procesos de cogeneración.

2.2. Microturbinas: Una sola parte móvil a 96.000 rpm

• La Microturbina tan solo tiene una parte móvil que gira entre 45000 y 96000 rpm.

• La energía eléctrica producida a frecuencia variable, se convierte a corriente continua y después,

mediante un inversor, se convierte a alterna a 50 Hz y 400 V.

• La Microturbina Capstone no utiliza un motor auxiliar para arrancar. Es el propio generador que actúa como motor para iniciar la combustión. Una vez el biogás ya mueve la turbina, la corriente “cambia” de sentido y

2.6. Microturbinas: Diferencias con los Motores

•

MICROMOTORES

• Lubricados por aceite

• Refrigerados por agua

• Necesita motor de arranque.

• Muchas partes móviles

• Mantenimiento elevado cada 1.000 h* • Rendimiento eléctrico sensible al contenido de metano. • Rendimiento eléctrico 35%

•

MICROTURBINAS

• Lubricadas por aire

• Refrigeradas por aire

• Puesta en marcha sin auxiliares.

• Una sola parte móvil

• Mantenimiento sencillo y cada 8.000 h. • Rendimiento eléctrico independiente del contenido en metano. • Rendimiento eléctrico 30%

3.

• Se trata de un recuperador de calor pirotubular a

contracorriente.

• Identificación de equipos:

1. Válvula anti retorno de gases

2. Válvula Bypass 3. Conducto Bypass 4. Intercambiador de calor 5. Registro 6. Chimenea

1

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5

6

1

1

3

4.

2 turbinas (datos) 3 turbinas (proyección) Caudal, m3_{/ d. 27.000} DBO, mgO₂/ l. 280 MES, mg/ l 290

Producción biogás, Nm3_{/ mes. 59.947}

Consumo biogas, Nm3_{/ mes. 35.940 53.910}

Porcentaje uso biogas, %. 60 90 Energía generada, kWh / mes. 66.489 99.734 PCI, kWh/ Nm3_{. 5,7}

Rendimiento neto entregado, %. 28

21 EDAR

25 kV

0,4 kV

5.

6.1. Nuevos productos: C200 , C600, C800 & C1000

• La turbina C200 marca un antes y un después en los proyectos realizables con microturbinas.

• Sus excelentes prestaciones se aprovechan para crear los package C600, C800 y C1000 compuestos por varias turbinas C200

6.3. C200: Mejor Re en turbinas de potencia inferior a 5 MW

Solar Turbines Mercury 50

Kaw asaki GPB30D Dresser-Rand KG2-3E Capstone C200 Capstone C1000 Siemens SGT-100 Ingersol Rand MT250 Elliott TA100R Rolls Royce 501-KB5S Kaw asaki GPB15D

OPRA Turbines OP16-3B (DLE)

Solar Turbines Saturn 20

Solar Turbines Centaur 40 Solar Turbines Centaur 50

Kaw asaki GPB60D Rolls Royce 501-KB7S

Dresser-Rand KG2-3C

General Electric GE5-1 (DLN)

14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 0 1 2 3 4 5 6 Power Output (MW) E lect ri cal E ff ici en cy ( % )

7.

• Pueden trabajar con gases muy ácidos: hasta el 7% de H₂S.

• Bajos contenidos de CH₄ hasta el 30%. (35% en el arranque).

• Valores de emisiones de NOx < 9 ppm. (condiciones ISO).

• Periodos de mantenimiento con biogás cada 8000 h.

• Equipo absolutamente autónomo y con funcionamiento desatendido.