proyecto cogeneración de energia

DIA Central de Cogeneración Coelemu 16 de 101

2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

El proyecto consiste en la implementación de una Central de Cogeneración de Energía, que contempla una caldera de generación de vapor sobrecalentado, un turbogenerador de generación de energía, condensador, torres de enfriamiento, sistema de tratamiento de agua, entre otros equipos, utilizando como combustible biomasa forestal. El proyecto considera generar electricidad para satisfacer los crecientes requerimientos energéticos del país y las necesidades de vapor del aserradero de propiedad de Forestal León Ltda. ubicada contigua al sitio de emplazamiento del proyecto. El aserradero a su vez abastecerá parte importante de la biomasa requerida por la Central. El requerimiento de vapor del aserradero es de 11 ton/h, de los cuales 5 ton/h se requieren a una presión de 7 barg y 6 ton/h a 20 barg, por lo que se considera una turbina con una extracción de 20 bar y una extracción de 7 bar utilizando el vapor restante para producir 7 MW de potencia eléctrica que serán entregados al Sistema Interconectado Central (SIC). Para este fin el proyecto contará con una subestación eléctrica. La ubicación de los principales equipos y partes de la central se muestran en la siguiente figura Nº 5.


Figura Nº 5 : Ubicación de las obras y partes del proyecto en su conjunto

Tabla Nº 5 : Coordenadas WGS84 ubicación de obras y partes del proyecto Obras y partes Este Norte

Silo Biomasa 702.679 5.957.071 Caldera 702.734 5.957.059 Acopio 702.619 5.957.092

Trituración 702.657 5.957.082 Turbina 702.725 5.957.047

Torres de Enfriamiento 702.719 5.957.018 Subestación 702.710 5.957.037

En el presente capítulo se describe en detalle la etapa de construcción y la etapa de operación definiéndose las acciones, obras, partes físicas que lo componen.


En Anexo B se presenta Layout de la planta donde se aprecian las obras físicas que componen el proyecto y su disposición. 2.1. Etapa de Construcción

De acuerdo al cronograma del proyecto se estima un período de 13 meses para la etapa de construcción. Las obras requeridas en esta etapa se dividen en instalación de faenas, preparación de terreno, obras civiles y estructurales, montaje mecánico y montaje eléctrico así como también comisionamiento y puesta en marcha. Se consideran además la descripción de los requerimientos de materiales e insumos y los requerimientos de maquinaria.

Obras temporales

Instalación de Faenas

La instalación de faenas se realizará en el terreno previsto para el emplazamiento del proyecto y consistirá en lo siguiente:

Cierre Perimetral. Instalación de oficinas provisorias. Instalación de baños químicos. Instalación de camarines provisorios.

No se contempla construcción de bodegas para almacenamiento de maquinarias y/o materiales ya que se utilizarán instalaciones existentes en el aserradero de Forestal León. No se contempla la construcción de campamentos dada la cercanía con la localidad de Coelemu. El personal que no resida en localidades aledañas y que trabaje en la obra, pernoctará en hosterías o en casas arrendadas, ubicadas en zonas cercanas a las obras. Los baños químicos serán instalados en un número suficiente para la cantidad de personas que participarán del proyecto en la etapa de construcción, de acuerdo a lo establecido por el artículo 24 del D.S. Nº 594/1999 MINSAL. Los efluentes provenientes de los baños químicos serán retirados en camiones limpia fosas por empresas autorizadas por la Autoridad Sanitaria. La disposición final del residuo deberá ser realizado en una empresa sanitaria autorizada para realizar su tratamiento.


Preparación del Terreno Esta actividad consistirá en lo siguiente:

Movimientos de tierras. Las tierras producto de esta acción servirán para la

nivelación del terreno dentro del mismo predio. Relleno compactado. Nivelación del Terreno. Habilitación de senderos al interior del terreno.

Obras Civil-Estructural

Esta actividad consistirá en lo siguiente:

Trazado. Construcción de fundaciones. Montaje de estructuras metálicas. Instalación de techo de las edificaciones. Cierre de muros laterales con planchas de revestimiento (en ningún caso

estas planchas serán de asbesto). Montaje de estructuras y plataformas de accesos a equipos. Construcción de chimenea. Instalación de posteado aéreo

Montaje Mecánico

Esta actividad consistirá en el montaje de los siguientes equipos y accesorios:

Sistema de transporte y manejo de biomasa. Caldera. Turbina. Generador eléctrico. Condensador. Planta de osmosis inversa. Torre de enfriamiento. Estanques de agua de proceso y condensado. Piping y ductos. Bombas de proceso. Equipo de abatimiento. Ventiladores de tiro inducido y tiro forzado. Sistema de transporte y manejo de ceniza.


Montaje Eléctrico Esta actividad consistirá en lo siguiente:

Tableros de alumbrado, fuerza y control. Canalizaciones. Cableado. Conexión de equipos eléctricos. Instalación de CDC. Instalación de Transformador 13,2kV/23kV en planta. Transformadores de servicios Malla a tierra

Comisionamiento y Puesta en Marcha

Esta actividad consistirá en lo siguiente:

Inspección radiográfica. (*) Prueba hidráulica caldera. Pruebas preoperacionales. Pruebas de operación. Pruebas de eficiencia.

(*) La inspección radiográfica es una técnica de ensayos no destructivos utilizados para evaluar los objetos y componentes y detectar signos de fallas que pudieran interferir con su función para así poder controlar riesgos asociados a fallas estructurales. Para ello se realizan radiografías (rayos X y rayos gamma) sobre soldaduras y estructuras críticas. Este procedimiento se ejecutará por una empresa autorizada por la Autoridad Sanitaria, con personal debidamente calificado y equipos que cumplan los estándares de seguridad chilena. Este procedimiento deberá ser inspeccionado por prevencionista de riesgos de Energía León S.A. y se tomarán las medidas necesarios tales como: se comunicará a todo el personal los riesgos asociados al trabajo, se delimitará el área de inspección marcados con advertencias por la radiación, se inspeccionará los elementos de protección personal de trabajadores, se exigirán certificados y autorizaciones a la empresa de servicios, se inspeccionarán el procedimiento a realizar previo a realizar el trabajo, se mantendrán registros de trabajo; sin perjuicio de que existan otras medidas específicas que exija la autoridad o reglamentos aplicables. Requerimientos de Materiales e Insumos

Durante la etapa de construcción se requerirán los siguientes insumos:

Hormigones Premezclados.


Acero para las fundaciones y estructura. Rellenos compactados. Planchas de revestimientos para cierre de estructuras de acero. Agua potable (7 m3/día) proveniente del aserradero de Forestal León Ltda. Electricidad será proporcionada por la empresa distribuidora de la localidad

mediante un empalme ubicado en el predio del Aserradero.

Requerimientos de Maquinaria

Los siguientes equipos y maquinaria serán necesarios para la etapa de construcción:

Tabla Nº 6: Maquinaría Usada en Etapa Construcción

Maquinaria Cantidad Horas de uso por jornada de 24 h

Retroexcavadora 1 8 Camión Tolva 4 8 Camión Mixer 5 4 Grúa Pluma 1 8

Rodillo Compactador 1 4

Betonera 2 4

2.2. Etapa de Operación

Para la etapa de operación se consideran la descripción de las partes, obras y actividades que se llevarán a cabo durante el funcionamiento de la central.

Descripción del proceso

El proyecto corresponde a una instalación de cogeneración cuyo objetivo principal es la generación de energía eléctrica para ser suministrada al SIC y la generación de vapor para ser suministrado al proceso de Aserradero de Forestal León Ltda. que se encuentra contigua al predio de la Central proyectada. Para un mejor entendimiento del proceso de cogeneración de la Planta propuesta se presenta en la figura Nº 6 el diagrama de flujo de la planta. La caldera será el equipo encargado de satisfacer los requerimientos de vapor de la turbina, la cual generará 32 ton/h de vapor sobrecalentado a una presión de 45 bar y una temperatura de 420º C. El combustible utilizado por la caldera corresponde a biomasa forestal no tratada químicamente que será quemada bajo condiciones controladas en el hogar de la caldera.


La generación eléctrica se llevará a cabo por medio de un turbogenerador (TG1) que es alimentado con el vapor sobrecalentado proveniente de la caldera. La energía eléctrica será transmitida a una subestación que será implementada dentro del predio. En la subestación se elevará la tensión desde 13 kV (tensión entregada por la turbina) a 23 kV, la que será transmitida por una línea de transmisión existente al SIC.

5 ton/h

6 ton/h

BiomasaTG1 Energía Eléctrica

Vapor 20 bar

32 ton/h

Torres de Enfriamiento

DesaireadorCondensador 1

Vapor 7 bar

0,65 m3/h100º C

7,4 m3/h32º C

Osmosis Inversa

Agua

0,65 m3/h

36,8 m3/h

29,4 m3/h<100º C

Vapor flujo continuo Condensado

Vapor flujo discontinuo u opcional Energía eléctrica

Flujos de salida del sistema

Simbología

Agua refrigeración

Caldera

Flujo de residuos sólidos

38,1 m3/h15º C

11 ton/h Retorno condensado 0,65 m3/h

7 MW

m3/h

0,1 ton/h

0,02 ton/h

Figura Nº 6 : Diagrama de Flujo del Proyecto

A partir del diagrama anterior es posible dividir el proceso de cogeneración en las siguientes etapas:

Almacenamiento y manejo de combustible Producción de vapor


Generación de energía eléctrica Transmisión eléctrica Condensación del vapor

Almacenamiento y manejo de combustible El combustible estará compuesto por biomasa forestal. La mayor parte de la biomasa será almacenada bajo techo con objeto de manejar el nivel de humedad de ésta, además de impedir el contacto con aguas lluvias. El combustible se clasificará y preparará para ser alimentado a la caldera. Para el manejo de aguas lluvias se contemplarán canalizaciones al interior de la planta, en especial en torno a edificaciones con el objeto de conducirlas al canal de aguas lluvia existente en el límite de la propiedad entre Energía León S.A. y Forestal León Ltda., el cual tiene una capacidad de porteo de 1,37 m3/s. Este canal está descrito en el Anexo K página 6. El sistema de manejo de combustible contempla la implementación de los equipos de transporte y clasificación de biomasa, un triturador de biomasa, una bodega de almacenamiento de combustible seco que otorgará 48 horas de autonomía de funcionamiento de la Caldera y un silo para el manejo de la mezcla combustible que ingresa a Caldera que almacenará suficiente combustible para otorgar 8 horas de autonomía extra. Producción de vapor

La energía generada por la combustión controlada de la biomasa al interior del hogar de la caldera es transferida al agua que circula por tubos al interior de la caldera. Este proceso genera vapor saturado en el domo superior de la caldera, el cual posteriormente es sobrecalentado a una temperatura de 420º C y 45 bar de presión antes de su utilización en la turbina. Con el objeto de mantener un estricto control en la calidad del agua de proceso en la caldera se debe mantener una purga continua desde el domo. Estas purgas, equivalentes a 0.65 m3/h en operación normal. El agua industrial de reposición es acondicionada en primer lugar por el sistema de desmineralización (osmosis inversa) para alimentar al desaireador. El desaireador recibe a su vez el retorno del vapor condensado en el equipo condensador para volver a alimentar la caldera con agua a una temperatura de 105°C utilizando vapor proveniente de la extracción de la turbina. Generación de energía eléctrica

El vapor sobrecalentado generado en la caldera se envía al conjunto turbina/generador, este último posee una capacidad máxima de potencia


eléctrica de 7 MW, de los cuales 6,5 MW serán suministrados al SIC y 0,5 MW son utilizados por la Central como autoconsumo. Al interior de la planta se proyecta la construcción de la S/E de 13,2 kV/23 kV. El flujo de potencia será desde y hacia el SIC a través de la línea de media tensión existente. Trasmisión Eléctrica La energía eléctrica será transmitida mediante una línea de media tensión desde la subestación de la Central hasta un punto de conexión ubicado en el límite del predio para entregar la energía al a través de la red de distribución local EMELECTRIC de CGE. La tabla Nº 7 indica la posición de los postes proyectados al interior del predio y el punto de entrega de energía.

Tabla Nº 7: Ubicación de postes al interior del predio Maquinaria Coordenada Este Coordenada Norte

PO 1 702.738 5.957.021 PO 2 702.777 5.957.009 PO 3 702.814 5.956.993 PO 4 702.845 5.956.966

PO 5(*) 702.854 5.956.935 (*) Punto entrega de energía

Dado que el punto de unión al SIC se encuentra dentro del predio, la línea de transmisión no cruzará caminos u otras obras viales. La línea de transmisión fuera de la planta estará soportada por los postes existentes y no requerirán cambios de posicionamiento o estructurales, por lo que implementación no ocasionará impactos ambientales significativos producto de la transmisión de la energía eléctrica. El proyecto contempla cambiar los conductores existentes fuera del predio a unos de mayor capacidad, de acuerdo a la capacidad requerida y normativa aplicable. Los postes tendrán las características descritas en la figura Nº 7, cada poste ocupa una superficie de 1,5 m2. Debido a que el sector se encuentra absolutamente libre de vegetación, la instalación de este posteado no requerirá ninguna corta o manejo de ninguna especie, su instalación es sencilla y no requiere recursos adicionales más que camión pluma, operador y ayudantes. Estos postes no ocupan hormigón en su base, sólo son enterrados por lo que no existe una contaminación o intervención significativa del suelo.


Figura Nº 7 : Esquema y dimensiones de Poste PO

Condensación de vapor

Una vez que el vapor ha sido utilizado en el turbogenerador es conducido al condensador donde se produce la transformación del vapor a agua líquida a una presión de 0,1 bara, completando el ciclo. Este cambio se logra a través del intercambio de calor entre el vapor y el agua de enfriamiento. El agua de enfriamiento utilizada en el condensador es bombeada posteriormente a las torres de enfriamiento a una temperatura inferior a 40º C, en donde se disminuye aún más su temperatura, por debajo de la temperatura ambiente mediante contacto directo y evaporación con el aire, para posteriormente utilizarla nuevamente como refrigerante en el condensador.


Sistema de Control El proyecto contempla el control del proceso a partir de un sistema automatizado que permite ajustar los parámetros de la combustión en línea. El sistema de control de la planta térmica asegura altos estándares de seguridad con control de presión, de niveles de agua y de alimentación de la caldera, todos en cumplimiento de lo exigido en el D.S. 48/1984 de Reglamento de Caldera y Generadores de Vapor. Se contempla de esta manera una sala de control centralizada, en la cual el operador de turno recibe la información de control de los equipos asociados a la caldera de poder, turbogenerador y manejo de combustible. Sistema Contra Incendios Se considera la implementación de un sistema contra incendios que cumpla con todas las normas legales vigentes y diseñadas de acuerdo a las normas internacionales recomendadas en esta materia. Características operativas de los principales equipos de proceso

Los principales equipos de proceso que se describen a continuación son la caldera de poder, el equipo turbogenerador, las torres de enfriamiento y los equipos asociados al manejo del combustible. Caldera de Poder

Capacidad : 32 (ton / hora) Presión : 45 (bar) Tipo : Acuotubular con sobrecalentador Temperatura vapor : 420°C Tipo parrilla : Móvil rotatoria Combustible Principal : Biomasa 52% humedad Sistema de mitigación : Multiciclón de alta eficiencia

Turbina de Vapor

Tipo : Reacción Potencia : 7,1 MWe Condensación : 0,1 Bara Presión entrada : 42 Bara Velocidad : 10,880 rpm Temperatura entrada : 420 °C


Generador

Potencia : 7,0 MWe Voltaje de generación : 13,2 kV Frecuencia : 50 Hz. Velocidad : 1.500 rpm Numero de polos : 4 Sistema de refrigeración : Agua

Torres de enfriamiento

Tipo : Contracorriente Nº de Celdas : 02 Paredes interiores : FRP Capacidad Total : 14.175.000 Kcal/h Flujo de agua recirculación : 1.350 m3/h Agua de reposición : 36,8 m3/hora

Bodegas de Combustibles y manejo de biomasa

Equipos considerados en el manejo de combustible:

Rastra de recepción combustible Transportador de Biomasa Nº 1 Clasificador de Discos Tolva de alimentación Triturador Triturador de Biomasa Transportador de Biomasa Nº 2 ( alimentación a Silo) Silo de combustible Bodega de combustible forestal techado Sistema de extracción de combustible del silo Transportador de combustible a caldera

El proyecto contempla almacenar madera en metro ruma para astillar cuando la humedad del combustible sea muy alta y mantener así las condiciones operacionales.

Requerimientos de Materia Prima e Insumos

Combustible


La biomasa a utilizar como combustible, será corteza, aserrín, viruta seca, madera astillada de tipo exótica, despuntes secos y astillas. Los consumos anuales de cada insumo se detallan a continuación.

Tabla Nº 8 : Consumos estimados de Biomasa. Biomasa

Volumen

m3est/mes

Masa

t/mes

Humedad

% b.h.

PCI

Kcal/kg

Capacidad producción

vapor t/h

Cantidad

(ton/año) Aserrín Verde

11.000

3.667

55,0

1.656

10,7

44.004

Corteza

2.700

979

60,0

1.488

2,6

11.748

Varios

4.300

1.433

55,0

1.656

4,2

17.196

Viruta seca 5.000

611

10,0

3.894

4,2

7.332

Biomasa bosque

7.000

2.489

55,0

1.656

7,3

29.868

Ponderación Total

30.000

9.179

52,5

1.787

28,9

110.148

La biomasa que será adquirida principalmente a Forestal León (85%) la cual provendrá de procesos que no consideran el uso de aditivos químicos, no estando mezclada con residuos sólidos, líquidos y/o borras provenientes de tratamientos antimanchas o de otros procesos o tratamientos. Esto será respaldado con análisis mensuales de la biomasa, los cuales estarán disponibles en caso que la autoridad lo requiera. El 15% restante será adquirido a otros particulares de la zona. Agua Industrial

El agua industrial será obtenida del Estero Pirumavida en un sitio ubicado al interior del predio. A continuación en la tabla Nº 8 se señalan las coordenadas donde se extraerá el agua del Estero Pirumavida:

Tabla Nº 9: Coordenadas UTM (WGS84) de Bocatoma en el Estero Pirumavida. Coordenada Este Coordenada Norte

702.724 5.956.966 Los derechos de agua se encuentran en tramitación en la DGA respectiva por un caudal de 24 L/s, en el Anexo I se encuentra la documentación de la tramitación de los derechos de agua. La demanda de agua industrial que generará la operación de la planta será de 38,1 m3/h (10,6 L/s) según el detalle de la tabla siguiente.


Tabla Nº 10 : Consumos Estimados de Agua Industrial

Ítem Caudal Reposición agua de caldera (planta osmosis) 1,3 m3/h Reposición Torre de Enfriamiento 36,8 m3/h Total 38,1 m3/h

Las obras de bocatoma consideradas son realmente de pequeña envergadura y constan de un pozo de succión cuyas paredes y fondo serán de madera nativa. Sus dimensiones serán de 50x50x50 cm (ancho, largo, profundidad), a la cual se podrá acceder a través de una pasarela con baranda para realizar labores de mantenimiento. La parte superior del pozo de succión tendrá una malla que impida el ingreso de elementos bióticos o abióticos que puedan obstruir la succión. Las obras contempladas en el estero se adjuntan en el Anexo O. El agua captada del Estero será almacenada en un estanque clarificador que permitirá la sedimentación de partículas para luego ser filtrada e ingresar al tratamiento osmosis inversa (1,3 m3/h). El agua clarificada y desmineralizada contará con la calidad requerida para prolongar la vida útil de la caldera y mejorar desempeño operacional del sistema completo.

Obra de Captación Clarificación Filtro Arena Osmosis

Inversa

Agua Estero Pirumavida

Agua Desmineralizada

Sólidos Suspendidos

Figura Nº 8 : Diagrama de Bloques de sistema de tratamiento de agua Industrial

El agua potable será brindada por el sistema de potabilización privado del Aserradero de Forestal León Ltda., cuya calidad se adjunta en el Anexo H. Su sistema de tratamiento consta de un sistema de extracción de sólidos suspendidos y sistema de desinfección para cumplir con las especificaciones de la NCh 409 parte 1. La planta cuenta con un operador especialmente capacitado para garantizar la calidad del agua, el cual maneja equipos, controla niveles de cloro disuelto residual y lleva un registro de mediciones de pH y cloro libre residual. El agua potable poseerá una línea segregada de las aguas de uso industrial.


Tabla Nº 11 : Consumos Estimados de Agua Potable del Proyecto

Ítem Cantidad Servicios domésticos 1,8 m3/día

Mantenimiento general

En cuanto al mantenimiento de los equipos principales, las actividades se centran en la ejecución de tareas propias de un plan de inspecciones y mantenimientos preventivos, en orden a anticipar la ocurrencia de fallas y otras condiciones que pudieren afectar la disponibilidad y seguridad de la operación. Este plan será elaborado según las especificaciones de los equipos efectivamente instalados en terreno.

2.3. Etapa de Abandono

No se contempla etapa de abandono considerando que la vida útil del proyecto puede ser prolongada indefinidamente a partir de una adecuada mantención de las instalaciones y la implementación de mejoras tecnológicas. En caso de existir un desmantelamiento de la Central se estima que será objeto de una nueva Declaración de Impacto Ambiental o en su defecto la herramienta del sistema aplicable.

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