Capítulo 6.5 Tratamiento térmico
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TRP Chapter 6.5 1
Capítulo 6.5 Tratamiento térmico
TRP Chapter 6.5 2
Definiciones
Tratamiento térmico = destrucción de los residuos peligrosos mediante descomposición térmica
Los métodos de tratamiento térmico incluyen: - la incineración - combustión completa utilizando el oxígeno excedente- la gasificación - combustión incompleta en ausencia parcial de oxígeno- la pirólisis - descomposición térmica en ausencia total de oxígeno
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Uso del tratamiento térmico
Adecuado para residuos orgánicos
Procesos de tratamiento térmico:- requieren una alta inversión de capital - están exhaustivamente regulados- requieren personal experto- requieren estrictas normas de seguridad y funcionamiento - tienen costos de operacion de medios a altos
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Práctica correcta en la combustión de residuos peligrosos
3 Ts:
- Tiempo
- Temperatura
- Turbulencia
Sistemas de limpieza de los conductos de gas
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Características de los residuos
Tipos diferentes de residuos tienen valores de calor diferentes, es decir, la cantidad de calor liberado durante la combustión completa - Valor Calorífico (VC)
- El Valor Calorífico (VC) Bruto incluye el calor liberado mediante la condensación de vapor- El Valor calorífico Neto no incluye el calor de la condensación
También es importante: - El punto de inflamación- La viscosidad- El cloro, flúor, azufre y los metales pesados
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Ejemplos de Valor Calorífico
Residuos mixtos de las operaciones
de limpieza de la planta 10,000 - 30,000 kj/kg
Aguas residuales 5,000 kj/kg
(0 - 10,000kj/kg dependiendo del contenido orgánico)
Lodo industrial 1,000 - 10,000 kj/kg
Pinturas y barnices > 20,000 kj/kg
Hidrocarburos clorados 5,000 - 20,000 kj/kg
En comparación, RSU = ~10,000kj/kg
Fuente: Indaver
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CombustiónRequiere: - añadir aire excedente - mezcla mecánica de los residuos- distribución y aireación uniforme de los residuos
El comportamiento de los residuos durante la combustión varía dependiendo de su valor calorífico y su formaAlgunos residuos con bajo VC arden fácilmente = la pajaAlgunos residuos con bajo VC son difíciles de arder = lodos mojadosAlgunos residuos con alto VC arden fácilmente = fondo de los tanques Algunos residuos con alto VC son difíciles de arder = suelos contaminados, ciertos plásticos
Determinados residuos cambian sus características físicas durante la combustión
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Técnicas de combustión
Hornos de placas: utilizan la gravedad para mezclar los residuos - usados para residuos homogéneos y mojados como tortas de lodo
Hornos de placas fluidizadas: los residuos son introducidos en un lecho de arena que se mantiene en suspensión - usados para residuos de tamaño y densidad similar
Rejillas de incineración: los residuos depositados en la rejilla se giran o mueven para asegurar la aireación de la masa de residuos a través de los agujeros de la rejilla - usadas para residuos sólidos ej residuos municipales, no líquidos o lodos
Hornos rotatorios: los residuos se depositan en un horno rotatorio lento - convenientes para sólidos, lodos y líquidos
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Funcionamiento del horno
• Buen conocimiento de las características de los residuos
• Habilidades técnicas• Control del suministro de residuos• Mezcla de residuos• Temperatura a nivel requerido a pesar
de variaciones en los residuos• Aire excedente• Control de los gases de combustión• Mantenimiento regular
Debe ser coherente Necesidades:
Fuente: David C Wilson
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Recuperación de la energía
La combustión de residuos produce calor pero la combustión de residuos con bajo VC pudiera no ser
autosuficiente
La recuperación de energía se da a través de la producción de vapor para generar electricidad
- Sólo producción de vapor: promedio de eficacia del 80 % - El vapor puede ser usado para la demanda interna- El vapor puede entregarse a usuarios adyacentes ej: otras
plantas industriales- Puede generarse electricidad : promedio de eficacia del 25 %
Las oportunidades para vender el calor aumentan cuando las instalaciones estan en áreas industriales
La venta de energía sobrante mejora la economía de la planta
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Subproductos de la incineración
Pueden ser: • sólidos • líquidos • gaseosos
Comprenden: • materiales recuperados como metales, HCl • gases de combustión • escorias y ceniza • productos de tratamiento de los gases de combustión, también denominados residuos del control de la contaminación del aire (APC) • aguas residuales
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Residuos sólidos
• ceniza del fondo o escoria
• ceniza flotante
• residuos del control de la contaminación del aire (APC)
• Los términos y las regulaciones sobre el tratamiento y la eliminación de los residuos sólidos se diferencian entre países
• La ceniza del fondo puede ser eliminada o usada como un substituto agregado ej para la construcción de carreteras
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Gases de combustiónLa cantidad y el tipo de contaminantes de las emisiones dependen de:
- contaminantes en los residuos
- tecnología
- eficacia de la operatividad
Promedio 6 - 7 Nm3 de gas de combustión por Kg de residuo
Recogida/tratamiento específicos para:
Polvo - filtros graduales
Cloro - neutralizado mediante limpieza con cal
Azufre - etapa de lavado
Dioxinas - control de la combustión, carbono activoFuente: David C Wilson
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Dioxinas• Familia de alrededor de 200 compuestos orgánicos
clorados, algunos de los cuales son muy tóxicos
• Extendidas en el medio ambiente
• Presentes en residuos destinados a la incineración
• Pueden ser reproducidas en etapas de enfriamiento de postcombustión
• Las 3 Ts contribuyen a destruir las dioxinas en los residuos, reducen la reproducción
• Empleo de carbono activo para filtrar gases de combustión
• Los limites de emisión son sumamente bajos
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Ejemplo de tecnología de limpieza del gas de combustión
Fuente: Indaver
Incinerador de horno rotatorio
Tanques de almacenaje de residuos líquidos y pastosos
Chimenea
Cámara de post-combustión
Generador de vapor
Filtro electrostático
Limpieza de gas en 4 etapas
Filtro de dioxinas
Purificación de aguaCeniza volante
Caldera de ceniza
Incinerador de ceniza
Almacenaje de bidones
Elevador de bidones
Incinerador de horno rotatorio
Búnker para residuos sólidos
Tolva de alimentación
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Aguas residuales de incineración
•Los controles varían entre países•Cantidad:
• bajo la inflluencia de la tecnología de limpieza del gas que se elija, es decir, húmeda, semiseca, seca
•Tratamiento:• en lagunas aireadas• extensamente usado• bajo coste• podría no alcanzar las normas exigidas• también puede ser necesario el tratamiento fisico-químico
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MediciónDe qué:
- parámetros controlados ej monóxido de carbono
Cómo: - regular
- continua
Disponer de:- regulaciones nacionales
- condiciones de funcionamiento permitidas
Problemas:·El equipo de medición puede ser impreciso
·Errores de correlación
·Errores en las pruebas
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Medición: ejemplo
Emisiones del incinerador de horno rotatorio
Supervisión continua de:
HCl, CO, polvo, SO2, HF, TOC, Nox, O2
Medición mensual de:
9 metales pesados
Dos veces al año (previo paso a ser continuo):
PCDD/PCDF
TAMBIÉN supervisados: residuos sólidos y aguas residuales
Fuente: Indaver, Bélgica
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Costos• Relacionados con factores específicos de la planta y
el país
• Nivel alto de sofisticación y control = elevados costos de construcción
• Costos del control de la contaminación del aire = 30-40 % del total
• Costos de tratamiento por tonelada, similar a otras tecnologías
• Ahorros de costo porque el volumen, peso y riesgo de los residuos destinados a la eliminación se reduce enormemente
• La recuperación y venta de energía/calor del proceso sanean la economía
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Incineración en horno de cemento
Extensamente usado para gamas de residuos peligrosos, ej residuos oleosos, aguas residuales, lodos, solventes, compuestos orgánicos
Provee:. buenas condiciones de combustión
. atmósfera alcalina
. operación de absorción
. alta inercia térmica
. ningún impacto en la calidad del cemento
. Posibilidad de recuperación de energía contenida en el residuo
. no subproductos
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Exigencias para la co-combustión en hornos de cemento
• Adecuada para residuos orgánicos bombeables
• No apropiada para residuos con gran contenido de agua, azufre, cloro, metales pesados
• Los residuos necesitan pre-tratamiento/mezcla para su empleo como combustible
• Pudieran requerirse modificaciones, por ej, suministro de combustible, controles del polvo
• Debe cumplir las normas de Salud y Seguridad relacionadas con el manejo de residuos peligrosos
• Depende de la demanda del producto
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Mezcla de combustible
Recepción/almacenaje de
residuos en bidones y a granel
Desfibrado y separación de
sólidos y líquidos
Tratamiento de sólidos
Almacenaje 'Mezcla caliente'
Tratamiento de líquidos
Lavado y recuperación
de metal
Recepción de residuos líquidos
al por mayorTanque
Edificios y construcciones civiles
Control y sistemas de seguridad
Sistemas auxiliares
NORCEM
Proceso principal
Exportación
Venta
Fuente: Ian Miller
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Ejemplos de tecnología 1 Incinerador de horno rotatorio
Fuente: Guyer, Howard H Procesos Industriales y gestión de corriente de residuos, Wiley
Incinerador de horno rotatorio
Aire de combustión
Residuos líquidos
Combustible auxiliar
Residuos sólidos
Residuos en bidones
Lodos
Pantalla de horno
Inclinación
Residuos
Cámara de combustión primaria
Ceniza
Ceniza
Combustible auxiliar
Combustible auxiliar
Residuos líquidos
Aire
Cámara de combustión secundaria
Almacén de recogida
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Ejemplos de tecnología 2 Combustión de lecho fluidizado
Lecho fluidizado por circulación Lecho fluidizado por combustión
Fuente: Guyer, Howard H Procesos industriales y gestión de corriente de residuos, Wiley
Mecanismos de control de la contaminación del aire
Entrada de arena
Tapón de presión
Puertas de acceso
Combustión secundaria
Quemador de precalentamiento
Termopar
Arena flluidizada
Boca de combustible
Entrada de aire
Apertura de visión
Combustión primaria
Generador de vapor
Vapor generado
Agua calienteChimenea
Intercambiador de calor
Ventilador
Horno de filtración
Intercambiador de calor
Entrada de agua
Caldera
Clasificador de polvos
Incinerador
Entrada de sólidos
Entrada de líquidos
Arena fluidizada
Aire de alta vcelocidad Sistema de conversión de ceniza
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Pirólisis
Pirólisis = proceso de descomposición térmica que se da en ausencia total de oxígeno
Productos de pirólisis: - gases combustibles- residuos líquidos mixtos
Ventajas: - temperatura de funcionamiento baja - no se necesita aire adicional, por lo tanto, menos gas de conmbustión- los subproductos son combustibles
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Uso de la pirólisis
Para corrientes de residuos únicas como:
- piezas de neumáticos- residuos plásticos
Para tratamiento de suelos contaminados
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Gasificación
Gasificación = combustión incompleta en ausencia parcial de oxígeno
Permite la destrucción eficaz de residuos peligrosos a temperaturas inferiores a las de la incineración
Se garantiza la destrucción térmica mediante una combinación de oxidación a alta temperatura, seguida de una reducción a alta temperatura
Productos:- gases útiles ej. hidrógeno, monóxido de carbono- hulla sólida
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Principales consideraciones• Reducir los residuos y evitarlos siempre debería
constituir una prioridad para los generadores
• Necesidad de considerar residuos de procesos de tratamiento y su eliminación
• El tratamiento térmico es la mejor tecnología disponible para ciertos residuos peligrosos orgánicos - siempre y cuando sea diseñado, gestionado y puesto en funcionamiento correctamente
• Existe a menudo oposición por parte del público y de grupos ecológicos, en gran parte, basada en preocupaciones sobre las dioxina
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Capítulo 6.5 Resumen
Tratamiento térmico:
• Es apropiado para residuos orgánicos
• Incluye tecnologías diferentes, todas requieren una alta inversión de capital
• Está fuertemente regulado, requiere estrictas normas de funcionamiento y seguridad
• Requiere personal experto
• Costos de funcionamiento medios o altos
• Genera energía útil
• Produce subproductos que necesitan un cuidadoso manejo
• A menudo tiene detractores