L energia dels fangs deshidratats La seva valorització energètica amb recuperació d energia útil

(1)

L’energia dels fangs

deshidratats

La seva valorització energètica

amb recuperació d’energia útil

(2)

Els fangs deshidratats

Cendres

Tractament del fang amb forn de LF a 850ºC

Mineral

Orgànica (PCI)

Matèria seca

Fang

Gasos

Aigua

(3)

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.

(4)

Requeriments típics de calor en un forn

de L.F.

FANGS

DESHIDRATATS

27-28%MS

COMBUSTIBLE AUXILIAR

GASOS I PÈRDUES DE CALOR

850 o_C

Reaccions d’oxidació Alliberació de calor per mantenir evaporació I combustió

(5)

La auto-termicitat dels fangs

deshidratats

Auto - termicitat dels fangs

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

50%

60%

65%

70%

75%

MV/MS

S

e

q

u

ed

at d

e

ls fan

g

s

Aire a 650ºC Aire a 400ºC Pre-assecatge de fangs + aire a 650ºC

Solució energéticament molt operativa per a mitjanes i grans unitats

(6)

Instal·lació típica d’un forn LF

Forn LF

Thermylis

Filtre de

mànegues

Ximeneia

Filtre de

m

à

negues

o

electrofiltre sec

Ventilador

Segon

bescanviador

Preescalfador

d

’

aire

(7)

El sistema de llit fluïdificat :

El forn Thermylis

Cremador de preescalfament Sortida de gasos Graella de fluïdificació equipada amb toveres

Arc refractari autoportant Càmara d’aire Llit fluidificat Aire de fluïdificació Canonada d’injecció de fangs

Injecció de sorra Zona de post-combustió Virola folrada de material refractari Cúpula refractària autoportant Reactor Polvorització d’ aigua Cremador de manteniment Càmara d’aire calentarefractària d’alta temperatura Tmàx : 650ºC

(8)

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

(9)

Recuperació d’energia (I):

Escalfar l’aire de fluïdificació

850 °C Aire fred Aire calent 400– 650 °C Fangs deshidratats DEPURACIÓ GASOS Forn L.F. Bescanviador Gasos / Aire Segon bescanviador 500-600 °C 250ºC

(10)

Recuperació d’energia (II):

Assecatge previ dels fangs

850 °C Aire fred Aire calent 400– 650 °C Fangs deshidratats DEPURACIÓ GASOS Forn L.F. Bescanviador Gasos / Aire

Caldera d’oli tèrmic

500-600 °C

Assecador tèrmic

250ºC Oli tèrmic

(11)

Recuperació d’energia (III):

Generació energia elèctrica/vapor útil

G

850 °C Aire fred Aire calent 400– 650 °C Fangs deshidratats DEPURACIÓ GASOS Turbina de vapor Forn L.F. Bescanviador Gasos / Aire Caldera de recuperació Condensador 500-700 ºC 200-220 ºC

(12)

Recuperació d’energia (IV):

Generació energia elèctrica/vapor útil

G

850 °C Aire fred Aire calent 200-250º °C Fangs deshidratats DEPURACIÓ GASOS Turbina de vapor Forn L.F. Bescanviador Gasos / Aire Caldera de recuperació Condensador 200-220 ºC Fangs secs Vapor

(13)

Directiva 2008/98/CE de residus

Valorització 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 : 220ºC Pèrdues 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 %

E fic iè n c ia E f

(14)

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

(15)

Depuració de gasos

Sistema sec

Gasos purificats Recuperació de calor Cendres seques (rendiment > 99 %) Filtre de mànigues /

Electrofiltre _màniguesFiltre de

Cal / Bicar + Carbó actiu Residus de depuració (REFIB) Eliminació de pols 200 - 220 °C Gasos

Valorització / Abocador Abocador

Neutralització de contaminants gasosos SOx, HCl, Dioxines, Furans, Metalls pesants

(16)

Depuració de gasos

Sistema humit

Recuperació de calor Efluents líquids S at ur ador -r ef re da do r To ur d e La va ge To rr e de rent at Gasos purificats

Neutralització de contaminants gasosos Eliminació de pols , HCl 200 - 220 ºC Gasos Reactiu E le ct rofil tre hu mit P re -e sc al fa me nt ga so s To rr e de c ar bó ac tiu

SOx Eliminació de pols Dioxines, Furans, Metalls pesants

,

Tractament fisico-químic

(17)

Depuració de gasos

Sistema semi-humit

Recuperació de calor Efluents líquids S at ur ad or -r ef reda do r To rre de re nt at Gasos purificats

Neutralització de contaminants gasosos Eliminació de pols 200 - 220 ºC Gasos Reactiu Fi ltr e de ma ne gues / E le ct ro fil tre P re -e sc al fa me nt ga so s To rr e de c ar bó ac tiu

HCl SOx Dioxines, Furans, Metalls pesants

,

A capçalera EDAR Abocador Tractament fisico-químic Cendres seques (rendiment > 99 %) hValorització / Abocador

(18)

Altra possibilitat : El sistema IC 850

Co-incineració de fangs deshidratats

RSU

CALDERA DE RECUPERACIÓ

GRAELLA SITJA

DE FANGS _COMBUSTIÓAIRE DE

SISTEMA INJECCIÓ

IC 850 ®

•

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

•

Injecció regular i homogènea en el forn

•

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

(19)

Referències:

41 forns des de 1985

(12 en construcció)

Capacitat de tractament equivalent a :

622.000 t MS/any

(20)

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

(21)

Districte d’Elbeuf ( França)-2003

1 x 440 Kg MS/h

(22)

Valence (França) – 2003

1 x 520 Kg MS/h

(23)

Trípoli (Líban) – 2008

2 x 1160 Kg MS/h

(24)

Puerto Nuevo, (Puerto Rico)- 2004

1 x 2415 Kg MS/h

(25)

Lakeview- Ontario (Canada)- 2006 i 2009

1 x 4170 Kg MS/h + 3 x 4170 Kg MS/h

(26)

Longueuil – Québec (Canada)-1992

2 x 815 Kg MS/h

(27)

Gdansk (Polònia) - 2010

1 x 2050 Kg MS/h

Estació d'inertització

Forn LF Assecador

(28)

Duffin Creek 2 x 4370 Kg MS/h

(29)

Mill Creek (USA) - Construcció

3 x 3600 Kg MS/h

(30)