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Bilbao Bizkaia Ur PartzuergoaConsorcio de Aguas Bilbao Bizkaia


Valorización Energética de Lodos en la EDAR de Galindo del Consorcio de Aguas Bilbao Bizkaia

Sumario1. EL CONSORCIO DE AGUAS BILBAO BIZKAIA

2. LA EDAR DE GALINDO

3. JUSTIFICACIÓN DE LA INCINERACIÓN

4. EL PROCESO DE VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DEL FANGO DESHIDRATADO

4.1. LA INCINERACIÓN

4.2. RECUPERACIÓN DE ENERGÍA

4.3. DEPURACIÓN DE HUMOS

5. CONTROL DE EMISIONES

6. INSTALACIONES DE COGENERACIÓN

7. DATOS DE PRODUCCIÓN Y CONSUMOS

8. COSTOS

9. CONCLUSIONES




ÁMBITO TERRITORIAL1. EL CONSORCIO DE AGUAS BILBAO BIZKAIA




- SISTEMAS DE SANEAMIENTO : 25POBLACIÓN EQUIVALENTE : 1.642.000 hab/equ.

LONGITUD DE COLECTORES : 255 km.

DIÁMETROS: : entre 315 mm. y 3.400 mm.

ALIVIADEROS : 125 ud.

ESTACIONES DE BOMBEO : 51 ud.

1. EL CONSORCIO DE AGUAS BILBAO BIZKAIA





2.1. LÍNEA DE AGUA• Bombeo Principal de 15 m3/sg

• Pretratamiento para 15 m3/sg

• Decantación Primaria para 12 m3 con 14 decantadores rectangulares de 3.979 m3/c.u.

• Bombeo Intermedio de 8 m3/sg de capacidad

• Tratamiento Biológico para 6 m3/sg de caudal punta

• Proceso de Fangos Activados D-R-D-N en 6 líneas de 35.000 m3 de volumen unitario y 18 clarificadores rectangulares de 5.580 m3/c.u.




2.2. LÍNEA DE FANGOS• Espesamiento del fango primario en 4 espesadores de 900 m3/c.u.

Concentración 4% de M.S.

• Espesamiento del fango biológico en 3 flotadores de 550 m3/c.u. Concentración 3,5-4% de M.S.

• Deshidratación en 5 filtros prensa de 140 placas de 1,50 x 1,50 m. Cada prensada es de 7,50 Tn. con una concentración de 28-35% de M.S.




2.3. VALORIZACIÓN DE FANGO• 2 Silos de fango de 200 Tn./ c.u.

• 2 Hornos de lecho fluidificado de 4 Tn/h y 8 Tn/h de capacidad respectivamente

• 2 Turbinas de vapor de 845 Kwh y 1.886 Kwh respectivamente

• 2 Líneas de depuración y lavado de humos

• Equipos para el control de emisiones




2.4. DATOS GENERALES (AÑO 2006)• Caudal medio 3,94 m3/sg

• Volumen depurado 124.108.123 m3

• DQO en el efluente 42,7 mg/l

• SST en el efluente 11,2 mg/l

• N-NH4 en el efluente 1,1 mg/l

• P-PO4 en el efluente 2,5 mg/l

• Fango deshidratado 80.147 Tn.

• Ceniza 7.479 Tn.




3. JUSTIFICACIÓN DE VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DEL FANGO DESHIDRATADO• Proyecto de la EDAR en 1984-1ª Fase: Tratamiento Primario• Situación:-Desconocimiento de las características del fango-Contenido alto de metales pesados• Alternativas-Vertido al mar. Lo realizaban en Inglaterra pero se iba a prohibir en breve-Digestión y empleo en agricultura

-Incertidumbre de la eficacia de la digestión-No se practica una agricultura extensiva en Bizkaia

-Depósito en vertedero-Coste elevado-Medioambientalmente rechazable

-Secado-No se conocía la técnica suficientemente

-Compostaje-No había mercado para dar salida al compost

-Incineración-Práctica habitual en el norte de Europa




4. EL PROCESO DE VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DEL FANGO DESHIDRATADO

4.1. La Incineración

El fango deshidratado es prácticamente autocombustible.

Se quema en un horno de lecho fluidificado.

Se inyecta gas natural para asegurar una temperatura de combustión mayor de 850ºC.




4.1.1. El Horno de lecho fluidificado

• Cámara de combustión: boquillas, lecho de arena, zona combustión, zona de postcombustión y salida de humos

• Bomba alimentación

• Máquina de carga

• Ventilador de fluidificación

• Ventilador de cola

• Alimentación de gas y aire a lanzas

• Instrumentación: sondas de temperatura y presión

• Automatismo




4.1.2. Condiciones de diseño• Poder calorífico de la materia volátil 5.160 Kcal/kg•Poder calorífico del gas 9.000 Kcal/Nm3•Temperatura combustión 900ºC•Sequedad del fango 35%•Materia volátil 64%•Temperatura aire fluidificación 150ºC•Temperatura máxima 1050ºC

Horno 1 Horno 2•Volumen cuba (m3) 51,40 147,50•Diámetro (m) 4,00 5,50•Caudal aire fluidificación (Nm3/h) 8.630 16.833•Caudal gases (Nm3/h) 12.449 24.509•Consumo específico de gas (Nm3/Tn MS)51,4 51,4•Tiempo residencia de los gases (sg) 3,5 5,0




4.1.3. Balance térmicoENTRADAS Horno 1 Horno 2 Ud.

Calor del fango combustibleCalor del gasCalor del aire de fluidificaciónCalor del agua del fangoCalor de la M.S. del fango

4.767.840750.469366.34352.0007.840

9.582.1201.314.000714.780104.52015.760

kcal/hkcal/hkcal/hkcal/hkcal/h

TOTAL 5.944.492 11.731.180 kcal/h

SALIDAS

Gases de escape (860ºC)CenizasPérdidas (2,3%)

5.735.27981.872127.341

11.291.345164.600275.130

kcal/hkcal/hkcal/h

TOTAL 5.944.492 11.731.180 kcal/h




4.1.4. Operación

Los parámetros básicos a controlar son:

• Caudal de aire de fluidificación

• Caudal de fango aportado

• Caudal de gas natural

• Caudal de aire secundario

Se requiere mantener una temperatura en la zona de combustión mayor de 850ºC y en la parte superior menor de 1050ºC, quemando la mayor cantidad de fango con el menor consumo de gas posible.




4.2. Recuperación de energía

• Precaldera y caldera: producción de vapor a 400ºC y 40 bares

•Turbina de vapor: 4,29 kg vapor/Kwh

•Calentamiento aire fluidificación

• Aerocondensadores

• Equipos de seguridad: 1 presostato y 5 válvulas de sobrepresión

Horno 1 Horno 2

Producción vapor (kg/h) 4.000 8.600

Produc. electricidad (Kwh) 845 1.886




4.3. Depuración de humos

4.3.1. Fase seca (Precipitador Electrostático)

Entrada Salida

•Caudal de gases (Nm3/h) 12.449 / 24.509 12.449 / 24.509

• Temperatura (ºC) 200 195

• Concentración partículas (mg/Nm3) 25.000 30

• Ceniza (kg/h) 311 / 622 0,37 / 0,74




4.3.2. Fase húmeda (Lavado de gases)

• Lavado mediante cortinas de disolución de NaOH en dos torres por cada horno

• Actúa sobre ClH, SO2, FH

• Regulación mediante medición de pH en las cubas de preparación

• Rendimiento:

Entrada Salida

• ClH (mg/Nm3) < 440 < 10

• SO2 (mg/Nm3) < 1100 < 50

•FH (mg/Nm3) < 12,60 < 2




4.3.3. Otros tratamientos

• Inyección de agua amoniacal en la cuba del horno para eliminar NOx (en construcción)

•Filtros de mangas con adición de cal para eliminar metales pesados (futuro)




5. CONTROL DE EMISIONES

5.1. Límites de elementos contaminantes

Según el R.D. 653/2003 de 30 de mayo, los gases procedentes de la incineración de fango deshidratado deben cumplir los siguientes límites de emisión

Semihorario

Contaminante Valor diario 100% A 97% BPartículas totalesCOTHClFHSO2NOx

10 mg/Nm310 mg/Nm310 mg/Nm31 mg/Nm3

50 mg/Nm3200 mg/Nm3


200 mg/Nm3400 mg/Nm3


50 mg/Nm3200 mg/Nm3




Contaminante Valor diarioCd, Tl Total 0,05 mg/Nm3

Hg, Sb, As, Pb, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V Total 0,05 mg/Nm3

Dioxinas y furanos 0,1 ng/m3

Contaminante Valor diario Valor medio horario

CO 50 mg/Nm3 100 mg/Nm3

5.1. Límites de elementos contaminantes




5.2. Instrumentación

• Analizador principal y redundante de CO, VOC, O2, NO, NO2, ClH, SO2, H2O, FH, caudal, presión y temperatura.

• Analizador principal y redundante de partículas previa vaporización de las gotas de agua que contiene el humo.

• Sonda de medida de presión insertada en la chimenea.

Los valores registrados se transmiten en tiempo real al Centro de Control de Calidad del Aire del Gobierno Vasco.




6. INSTALACIONES DE COGENERACIÓN

Se han instalado unos equipos que permiten la producción simultánea de energía eléctrica y energía térmica a partir de un único combustible.

Se regula por el R.D. 661/2007Motor Potencia consumida

(Kwh/h)Potencia generada

(Kwh/h)CaterpillarDeutz (2 ud.)

3.0848.647 x 2

1.0243.535 x 2

TOTAL 20.378 8.094




7. DATOS DE PRODUCCIÓN Y CONSUMOS

Tabla 1. Producción Conjunta

Año

Fangoproducido

(Tn)

Fangoquemado

(Tn)

Fangovertedero

(Tn)Sequedad

(%)

Gasconsumido

(Nm3)2005 78.201 68.362 9.839 32 3.398.975

2006 80.218 64.898 15.320 31,9 4.047.300

2007 46.741 42.960 3.781 30,5 2.303.842




Tabla 2. Datos del Horno 1

Tabla 3. Datos del Horno 2

(1) Valor máximo descontando revisión: 8.280 horas

(2) Valor máximo: 4.344 horas

(3) Del 14.10.06 al 30.11.06 parado por reforma

AñoHoras

quemando

Fangoinciner.

(Tn)Rdto.(Tn/h)

Gas(Nm3)

Consumoespec.

(Nm3/TMS)

MateriaSeca(%)

200520062007

7.350 (1)7.567 (1)4.121 (2)

23.54624.80114.783

3,203,233,59

1.143.4291.351.833795.567

151,75170,32175,90

3232

30,5

AñoHoras

quemando

Fangoinciner.

(Tn)Rdto.(Tn/h)

Gas(Nm3)

Consumoespec.

(Nm3/TMS)

MateriaSeca(%)

200520062007

7.661 (1)6.657 (3)3.884 (2)

44.81540.09628.177

5,856,027,25

2.255.5462.695.4671.508.275

157,21210,08175,5

32,131,830,5




Tabla 4. Balance Energético de la Incineración

Fangoquemado(Tn/día) Año

Consumogas

(Nm3)

Capacid.energ.(Kwh)

Energíaeléctricarecup.

Ratio(%)

68.361 2005 3.398.975 35.570.273 15.067.162 42,3

64.897 2006 4.047.300 42.354.994 12.989.095 30,7

42.960 2007 2.303.842 24.075.310 7.157.490 29,7




Tabla 5. Control de emisionesINSPECCIÓN REALIZADA POR LABEIN TECNALIA

LÍMITE

PARÁMETRO HORNO 1 HORNO 2 100% 97%2046040010030200

10210200--1050

0,050,5

0,1

COT (mg/Nm3)FH (mg/Nm3)ClH (mg/Nm3)NOx (mg/Nm3)CO (mg/Nm3)Partículas sólidas (mg/Nm3)SO2 (mg/Nm3)Sh (mg/Nm3)Cd + T (mg/Nm3)Hg (mg/Nm3)Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni+V mg/Nm3)Dioxinas y furanos (mg/Nm3)

5,4<1,9<2,7217,1<6,8<8,5<17,2<0,0120,00290,0040,0380,0432

5,2<2

<2,6200,3<7,3<9,5<27,3<0,0130,00290,0060,0330,0133




ANÁLISIS DE LOS DATOS• Tiempo de parada de los hornos por averías

• Componentes del horno• Equipos auxiliares• Averías en la línea de vapor: reducen la capacidad de incineración

• Consumo de gas mayor que el de diseño• Sequedad menor (<30%) que la de diseño (35%)• Averías que impiden quemar pero durante las cuales se deben

mantener los hornos calientes• Mayor rendimiento del horno más pequeño (nº 1)

• Soporta mejor fango de mala calidad• Eficacia de la reforma en el calentamiento del aire de fluidificación del Horno 2•Valores de elementos contaminantes por debajo de los límites establecidos salvo el NOx. Esto se resolverá con la dosificación de agua amoniacal



Consumos de Gas/Tn Fango

7

9

11

13

15

17

19

21

23

25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

% sequedad

m3

gas

a 2,

47 K

g/cm

2 /T

n Fa

ng

HORNO1 HORNO2





8. COSTOS

8.1. Costos de operación

Estimación para el año 2007

• Personal 51.128 €• Gas 1.550.024 €• Gestión de la ceniza 147.525 €• Lavado de humos 130.690 €• Instrumentación y control de calidad 40.368 €• Costo unitario 20,53 €/Tn fango

8.2. Costos de construcción (2007)• Horno nº 1 (4 Tn/hora) 4.969.000 €• Horno nº 2 (8 Tn/hora) 9.831.000 €




CONCLUSIONES• La gestión del fango de depuradoras de aguas residuales es un problema de difícil solución. Entre las posibles alternativas está la incineración.• Aspectos positivos de la incineración:

• El producto final, la ceniza, se puede utilizar en otros procesos industriales.• El impacto ambiental se limita a la emisión de humos que se han sometido a

una depuración interna. El control es muy preciso.• La Autoridad Medioambiental puede controlar las características de las

emisiones en tiempo real.• Se puede sacar rentabilidad a una instalación de cogeneración.

• Aspectos negativos de la incineración:• Rechazo de la población a la emisión de gases a la atmósfera.• Procedimiento más caro que otras alternativas, por lo que su aplicación no

es rentable en algunos casos.

• Aspectos a tener en cuenta en el diseño:• Ajustar la capacidad y las características del horno a la sequedad del

fango.• Dimensionar con amplitud los equipos auxiliares y recuperación de energía.• Proceso eficiente de depuracion de humos.• Instrumentación de alta fiabilidad.




FIN DE LA PRESENTACIÓN

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