Históricamente, la incineración de los residuos sólidos urbanos tiene sus comienzos a finales del siglo pasado, quemándose en aquella época unos residuos que contenían cantidades significativas de restos de carbón. El primer incinerador se instaló en Nottingham (Reino Unido) a finales del siglo XIX. Asimismo, la incineración de residuos sólidos urbanos en los Estados Unidos creció rápidamente, desde la primera instalación en Governor Island en Nueva York, a más de 200 unidades en 1921. Muchas de éstas instalaciones operaban precariamente, tenían un sistema de alimentación por cargas y en algún caso tenían un sistema de recuperación de vapor. Sin embargo, tras la crisis posterior a la Primera Guerra Mundial, la incineración dejó de utilizarse como tratamiento de los residuos sólidos urbanos, a causa del empobrecimiento en contenido energético de los mismos. Posteriormente, volvió a cobrar interés como consecuencia tanto de la aparición de nuevas tecnologías de combustión y de depuración de gases, como de la evolución favorable de la composición de los residuos sólidos urbanos desde el punto de vista energético, aumento de su poder calorífico.
Hasta el año 1950, los humos emitidos en un proceso de incineración se aceptaban como inevitables y por tanto, el funcionamiento de las plantas de incineración se consideraba únicamente desde el punto de vista económico por abaratamiento de los costes de funcionamiento. Sin embargo, cuando los humos de las chimeneas dejaron de ser un símbolo de prosperidad y las normativas sobre contaminación del aire comenzaron a aparecer, en los años sesenta y setenta, la incineración como sistema mejoró drásticamente. Estas mejoras incluían básicamente :la alimentación en continuo al horno incinerador, mejoras en el control de la combustión, el uso de cámaras múltiples de combustión, la recuperación de energía de forma sistemática y la aplicación de sistemas de depuración para los gases de combustión. Pero no es hasta los años 80, cuando la incineración de residuos no recibe un nuevo impulso, al desarrollar mejores sistemas de combustión y de tratamiento de los gases de combustión, que permiten avanzar hacia una situación cercana a la emisión a la atmósfera casi nula y convertirse en un sistema de eliminación residuos ambientalmente seguro, y con unos mejores rendimientos energéticos de funcionamiento.
En la actualidad, la incineración de residuos sólidos urbanos es una tecnología utilizada ampliamente en especial en los países desarrollados : Alemania, Suiza, Japón ,etc. La incineración puede definirse como un proceso que transforma los residuos sólidos urbanos en gases de combustión, escorias y cenizas, efectuándose una reducción en promedio de los residuos sólidos urbanos de un 90 % en volumen, y un 75 % en peso. Son parámetros básicos para el cálculo de las instalaciones de incineración los siguientes:
Densidad de los residuos
Heterogeneidad
Humedad
Material inerte
Poder calorífico El poder calorífico de un combustible representa la cantidad de calor generada por la combustión completa de una unidad de masa de dicho combustible, tomando el combustible y el comburente a una temperatura y presión de referencia. Poder Calorífico Superior, PCS, se define suponiendo que el agua proveniente del combustible o formada durante la combustión se encuentra en su totalidad en estado líquido en los productos de combustión. Por tanto, incluye el calos de vaporización del agua contenida en os productos de combustión. Poder calorífico Inferior, PCI, se define suponiendo que toda el agua proveniente del combustible o formada durante la combustión se encuentra como vapor en los productos de combustión. No comprende el calor de evaporación. Desde el punto de vista de la combustión el PCI es el que da una idea más real del proceso de combustión. El PCS puede calcularse a través de una muestra de residuo triturada en una bomba de calor. El PCI puede calcularse a partir del PCS. Normalmente en el caso de los residuos urbanos, y debido sobre todo a su heterogeneidad , el PCI se calcula a través de los PCI de las distintas fracciones de las existentes en los residuos urbanos. En los últimos años se ha producido en toda Europa y más acusadamente en España un aumento de las fracciones papel-carbón y plástico en los residuos urbanos como consecuencia de una mejora económica generalizada, este hecho ha de ser tenido en cuenta en el diseño de una planta incineradora y considerar valores de PCI conservadores de 2.200 kcal/kg. En estos momentos, se puede decir que en la Europa Occidental se tiene valores promedio de PCI de 1.500 a 2.200 kcal/kg mientras que en E.E.U.U. se encuentran valores de 2.500-3.500 kcal/kg. De cualquier manera, cada caso debe ser estudiado de
forma individual ya que factores de producción estacional: turismo , etc o bolsas de riqueza o pobreza pueden hacer variar significativamente el PCI de los residuos urbanos. Cuando se diseña un horno, sea de la tecnología que sea, no sólo se ha detener en cuenta su capacidad física de tratamiento en toneladas/hora , sino también su capacidad térmica. Resulta evidente que no es lo mismo la incineración de una tonelada de residuos urbanos con un PCI de 1.200 kcal/kg que una tonelada con residuos urbanos con un PCI de 3.000 kcal/kg. Por tanto, el PCI es un factor fundamental en el diseño de un horno incinerador moderno. La recuperación de energía es posible con la mayoría de los sistemas de incineración existentes. La decisión sobre su instalación vendrá condicionada por otro tipo de factores, como son el tipo de residuo que se vaya a incinerar, la cantidad que se tratará, la existencia de mercado para la aplicación térmica: vapor, agua caliente, electricidad, y el peso de los costes que conlleve. Las instalaciones de aprovechamiento energético incrementarán el tiempo de construcción y de forma muy considerable la inversión inicial, además de crear un importante conjunto de necesidades a la hora de su correcto funcionamiento y mantenimiento. Hay tres tipos generales de sistemas de recuperación de calor:
Gas-agua: producen vapor. Es el más común de los sistemas de recuperación. Este vapor , a su vez, puede ser destinado a consumos internos y externos de la instalación, para lo cual debe existir un mercado claramente definido. Por razones económicas, pueden ir destinados a sustituir calderas alimentadas con combustibles estándar, lo cual implica la necesidad de producir cantidades de energía de una manera constante y consistente con las necesidades del proceso. Gas-aire: se usan comúnmente para satisfacer necesidades del propio pro ceso de incineración. Un precalentamiento del aire de combustión o de los residuos líquidos a incinerar, reduce apreciablemente el tiempo necesario p ara alcanzar su temperatura de oxidación, aumentando de esta manera el tiempo efectivo de residencia en la cámara de combustión. Este precalentamiento reduce la cantidad de combustible auxiliar necesario para mantener una mínima temperatura, concepto que suele constituir la partida con el coste más importante en incineradores industriales de residuos tóxicos y peligrosos. Gas-fluido orgánico: cuando dicho fluido es el residuo que se va a incinerar comparte lo dicho en el punto anterior. Estos dos tipos de recuperación gas-aire y gas-fluido orgánico son los más utilizados en incineración de residuos tóxicos y peligrosos. Tienen la ventaja de ser instalaciones de baja presión, por lo tanto menos costosas y menos complejas que los generadores de vapor. Por otra parte, el calor recuperado se utiliza para el propio proceso de
incineración, con lo que se aumenta su eficacia y se reduce el coste en combustible auxiliar.
Incineración de Desechos Municipales
Uno de los rasgos más atractivos del proceso de incineración es el de que se puede usar para reducir el volumen original de los desechos sólidos combustibles en un 80 a 90 por ciento. En algunos incineradores nuevos diseñados para operar a temperaturas suficientemente altas para producir un material fundido antes de enfriarse, puede ser posible reducir el volumen hasta el 5 % o menos. Aunque la tecnología de la incineración ha avanzado en las dos últimas décadas, la polución del aire continúa siendo un problema grande de implementación. Aunque se puedan satisfacer las exigencias más estrictas de control de polución del aire mediante el uso de la tecnología existente y en desarrollo, el aspecto económico continúa siendo más un problema que con otras alternativas. Además del uso de grandes incineraciones municipales, también se usan incineradores locales en residencias individuales, apartamentos, almacenes, industrias, hospitales y otras instituciones. El diseño de incineradores locales varia con el tipo de servicio y las exigencias locales y de control de la polución. Debido a que la mayoría de las grandes ciudades en los Estados Unidos han adoptado algún tipo de ordenanza de control de polución, se anticipa que, en el futuro, el uso continuado de incineradores estará limitado a unida des especialmente diseñadas que puedan satisfacer las exigencias de control de polución de aire. Por esta razón no se incluye una discusión detallada de incineradores locales en esta sección. En el Capitulo 5 se describen algunos de los diferentes tipos de incineradores locales y en las Referencias 1 y 4 se pueden encontrar detalles adicionales. Descripción del Proceso de Incineración.
Las operaciones básicas involucradas en la incineración de desechos sólidos se identifican en la Figura 8.6. La operación empieza con la descarga de los desechos sólidos de los vehículos de recolección (1) en el foso de almacenamiento (2). La longitud de la plataforma de descargue y del foso de almacena miento es una función del número de camiones que deben descargar simultáneamente. La profundidad y el ancho del foso de almacenamiento se determinan de la tasa a la que se reciben las cargas y la tasa a la que se queman. La capacidad de almacenamiento generalmente promedia el volumen de un día.
La grúa (3) se usa para cargar desechos a la tolva de carga (4). El operador de la grúa puede seleccionar la mezcla de desechos para obtener un contenido uniforme de humedad en la carga. Los objetos grandes o combustibles también son removidos de los desechos. Los desechos sólidos de la tolva de carga caen sobre las parrillas (5) donde son quemados. Generalmente, se usan varios tipos de parrillas mecánicas, sus características se describen en la Tabla 8.3 y en la Figura 8.7 se muestran algunas parrillas representativas. En el Capitulo 9 se discuten otros métodos de encendido y parrillas usadas con desechos sólidos procesados.
Figura 8. 6 Sección transversal de un incinerador municipal de alimentación contínua y encendido total.
Figura 8.7 Parrillas típicas usadas en incineradores de encendido total (adaptado en parte de la Ref. 6)
Se puede introducir aire desde el fondo de las parrillas (aire por debajo del fuego) mediante un ventilador de tiro forzado (6) o sobre las parrillas (aire sobre el fuego) para controlar las tasas de calcinación y la temperatura de la hornilla. La parte más caliente del fuego está sobre la parrilla ardiente. El aire caliente sube sobre los desechos húmedos que llegan a la parrilla superior de secado y así saca la humedad para permitir que los desechos desciendan ardiendo por las parrillas. Debido a que la mayoría de los desechos orgánicos son térmicamente inestables, varios gases son producidos en el p roceso de combustión que tiene lugar en la hornilla, donde la temperatura es de alrededor de 1.400°F. Estos gases y pequeñas partículas orgánicas pasan a una cámara secundaria, comúnmente llamada "cámara de combustión" (7) y queman a temperaturas por encima de 1.600°F. Los compuestos que producen olor, generalmente, son destruidos a temperaturas por encima de 1.400 a 1.600°F.
Alguna ceniza volante y otras partículas pueden ser llevadas a través de la cámara de combustión. Para satisfacer las normas de control de polución del aire, se debe proveer espacio para el equipo de limpieza de] aire (8). Puede ser necesario un ventilador (9) de tiro inducido para garantizar un flujo adecuado de aire y tome en cuenta las pérdidas de cabeza a través del equipo de limpieza de aire y el suministro de aire al incinerador mismo. Esto se puede hacer también con un ventilador de tiro forzado. Tabla 8.3 Operación de Parrillas de Alimentación Continua en Incineradores Municipales* Tipo de Parrilla Parrilla transportadora
Parrilla reciprocante
+
+
Descripción de la operación Consiste en una reja de movimiento continuo de alimentación y una o más rejas de quemado. La reja de alimentación está ubicada directamente debajo de la tolva de carga desde la cual caen los desechos sobre la parrilla. Los desechos secan parcialmente mientras están sobre la reja de alimentación. Los desechos se mueven a través de la hornilla desde la tolva, mientras la parrilla es estacionaria, excepto por movimientos alternos reciprocantes de las barras de la parrilla. La acción de las barras mueven los desechos aquí y allá hacia la siguiente barra. La tasa de quemado se ajusta mediante el control de la velocidad de las barras.
Parrilla oscilante
La operación es similar a la parrilla reciprocante, pero los desechos se mueven a través de la hornilla por la acción oscilante de las parrillas.
Parrilla de rodillos
Es un diseño relativamente nuevo, los desechos son quemados a medida que se mueven mediante una serie de barras giratorias.
* Adaptado de la Referencia 18 + Ver Figura 8.7.
Los productos finales de la incineración son los gases limpios que son descargados por la chimenea (10). Las cenizas y materiales sin quemar de las parrillas caen en una tolva de residuos (11) ubicada debajo de las parrillas donde son apagados con agua. La ceniza volante que sedimenta en la cámara de
combustión es removida por medio de una compuerta para ceniza (12). El residuo de la tolva de almacenamiento se puede llevar a un relleno sanitario o a una planta de recuperación de recursos. La ceniza volante de la compuerta y los desechos del equipo de limpieza del aire son llevados a un relleno sanitario. Control de Polución de Aire.
La mayor preocupación en el control de la polución del aire, con la mayoría de los incineradores, es con la emisión de partículas más que con gases y olores (18). Típicamente, el tamaño de las partículas de las emisiones de incineradores varían desde menos de 5 m hasta unos 120 m; alrededor de la tercera parte de las partículas tienen diámetros menores que 10 m (18). En términos del tamaño, estas partículas se podrían clasificar como polvo fino, como se muestra en la Figura 8.8
Figura 8.8 Carta de clasificación de partículas
Se han utilizado varias técnicas de diseño y equipo para controlar estas emisiones de partículas. En la Tabla 8.4 se reportan las características de algunas instalaciones y equipo representativo de control de emisiones. En la Figura 8.8 también se muestra el rango operativo de las instalaciones y equipo reportado en
la Figura 8.4. En las Figuras 8.9 y 8.10 se muestran un filtro de malla típico recolector de polvo y un precipitador electrostático respectivamente. En la Figura 8.11 se resumen las eficiencias de los diferentes métodos de control. En la Tabla 8.5 se reportan datos comparativos de control de polución de aire para incineradores municipales. Consideraciones de Diseño y Funcionamiento
En la Tabla 8.6 se resumen los elementos principales que se deben considerar en el diseño mecánico de un incinerador. Se han formado firmas de ingenieros para diseñar incineradores grandes y modernos debido a la complejidad del diseño. En las Referencias 4, 14, 16 y 18 se pueden encontrar detalles adicionales sobre el diseño de incineradores. Tabla 8.4 Instalaciones y Equipo de Control de Emisiones para Incineradores Municipales* Item
Descripción
Cámara de sedimentación
Una cámara larga ubicada, generalmente, inmediatamente después de la cámara de combustión (Vea Fig. 8.6) para la remoción de partículas grandes de ceniza volante y como una operación de pretratamiento a procesos subsiguientes de remoción.
Recolectores de deflectores
Deflectores construidos de ladrillo o metal que se pueden operar en húmedo o seco. Localizados, generalmente, después de la cámara de combustión. Se pueden remover partículas de 50 m o mayores mediante coalescencia, reducción de la velocidad o acción centrífuga. La eficiencia depende del diseño y la ubicación.
Depuradores
La ceniza volante es atrapada sobre gotas de agua y removida. El método de remover ceniza volante mojada depende del equipo a ser usado y del diseño del incinerador.
Separador de ciclón
Separación en seco de partículas de ceniza voladora mediante la acción centrífuga, en la cual las partículas son lanzadas contra las paredes del recolector.
Precipitador electrostático
Las partículas de ceniza se cargan mediante un electrodo. las partículas cargadas se remueven sobre superficies colectoras colocadas en un campo eléctrico intenso. Una vez sobre la superficie colectora, las partículas pierden carga y se adhieren ligeramente. Se pueden remover mediante golpes suaves.
Filtro de malla
Los gases de la combustión son filtrados a través de bolsas filtrantes hechas de varios materiales.
* Adaptado en parte de la Referencia 18.
Figura 8.9 Filtro de Malla recolector de polvo (18) Tabla 8.5 Datos Comparativos de Control de Polución de Aire para Incineradores Municipales** Recolector
Factor relativo de
Espacio relativo,
Eficiencia de la
Agua para recolector,
Caída de
Factor de costo
costo de por ciento capital, FOB
recolección, por ciento
GPM/1000 3 p
presión de agua
relativo de operación
min Cámara de sedimentación
No aplicable
60
0-30
2-3
0.5-1
0.25
1
20
30-8
Ninguno
3-4
1.0
1.5
30
30-70
Ninguno
1-2
0.5
Depuradores
3
30
80-96
4-8
6-8
2.5
Precipitador electrostático
6
100
90-97
0.5-1
0.75
Filtro de malla
6
100
97-99.9
5-7
2.5
Multiciclón Ciclones de 60 pg diámetro
Ninguno
+
ninguno
* De la Referencia 18 + Los gases se enfrían generalmente con un depurador que esparce agua antes del precipitador electrostático
NOTA: GMP x 0.0631 = l/s Pie3/min x 0.028 = m3/min Pg x 2.54 = cm
Tabla 8.6 Principales Componentes en el Diseño de Incineradores Municipales Grandes* Componente
Propósito de la descripción
Básculas
Necesarias para mantener registros precisos de la cantidad de desechos procesados
Fosas de almacenamiento
El diseño de las fosas depende de la capacidad de la hornilla, las necesidades de almacenamiento (capacidad de aproximadamente un día) horarios de recolección y métodos de descarga de los camiones
Grúas
Utilizadas para transferir los desechos de la fosa de almacenamiento a las tolvas de carga para mezclar y redistribuir desechos en la fosa de almacenamiento
Tolvas de carga
Construidas de metal o concreto, usadas para introducir los desechos a las rejas de la hornilla.
Rejas de la hornilla
Utilizadas para mover los desechos a través de la hornilla, se han usado con éxito rejas o parrillas transportadoras, reciprocantes, oscilantes y de rodillos. Se han adoptado una tasa de combustión de 2 60 a 65 lb/pie h como "generalmente permisible" para la quema en masa.
Cámara de combustión
Se utilizan cámaras de paredes con agua y refractarias.
Sistema de recuperación de calor
Los tipos de sistemas varían. Típicamente se usan dos secciones de caldera: convección y economizador (Vea Capítulo 9).
Calor auxiliar
Su necesidad depende del contenido de humedad de los desechos.
Instalaciones para control de polución del aire
Usadas para controlar la emisión de partículas (Vea Tabla 8.4).
Instalaciones y equipo auxiliares
Normalmente incluyen instalaciones para manejar residuos, ventiladores para suministrar y extraer aire, chimeneas de incineradores, edificios de control, etc.
* Adaptado en parte de la Referencia 18.
Entre los factores que se deben considerar en la evaluación del funcionamiento de un incinerador están la cantidad de residuo que queda en el incinerador después de la incineración y si se necesita o no combustible adicional cuando la recuperación de calor no es la preocupación principal. En el Capítulo 9 se considera la necesidad de combustible adicional. La cantidad de residuo depende de la naturaleza de los desechos a ser incinerados. En la Tabla 4.9 se reportan datos típicos sobre el residuo de varios componentes de desechos sólidos. En la Tabla 8.7 se reporta la composición del residuo de incineradores. En el Ejemplo 8.1 se ilustran los cálculos necesarios para evaluar la cantidad y composición del residuo después de la incineración. EJEMPLO 8. 1. Cálculo del residuo de incinerador.
Determine la cantidad y composición del residuo de un incinerador usado para desechos sólidos municipales con la composición media dada e n la Tabla 4.9. Estime la reducción en volumen si se supone que la densidad del residuo es de 1,000 lb/yd3. SOLUCION 1. Construya una tabla de cálculos para determinar la cantidad de residuo y su distribución en porcentaje en peso. La Tabla 8.8 presenta los cálculos completos. 2. Estime los volúmenes original y final antes y después de arder. Para estimar el volumen aproximado inicial, suponga que la densidad media de los desechos sólidos en la fosa de almacenamiento del incinerador es alrededor de 375 lb/yd 3.
Figura 8.10 Precipitador electrostático (a) perspectiva (Research-Contrell, Inc.), (b) Detalle
Figura 8.11 Eficiencia del recolector versus emisiones de polvo de la chimenea (18)
Tabla 8.7 Composición del Residuos de la Incineración de Desechos Sólidos Municipales Componente
Porcentaje en peso Rango
Típico
Materia orgánica
3 – 10
5
Envases de hojalata
10 – 25
18
Hierro y acero
6 – 15
10
Otros metales
1 – 4
2
30 – 50
35
2 – 8
5
10 – 35
25
Quemado parcialmente o sin quemar
Vidrio Cerámica, piedras, ladrillo Ceniza Total
3. Estime la reducción de volumen usando la Ecuación 8.1.
100
Tabla 8.8 Cálculo del Residuos de la Incineración para el Ejemplo 8.1 Componente
Desechos sólidos lb
Residuo + inerte por ciento
Desechos de alimentos
150
Papel
Residuos lb
Por ciento
5
7.5
3.2
400
6
24
10.1
Cartón
40
5
2
0.8
Plásticos
30
10
3
1.3
Textiles
20
2.5
0.5
0.2
Caucho
5
10
0.5
0.2
Cuero
5
10
0.5
0.2
Recortes de jardín
120
4.5
5.4
2.3
Madera
20
1.5
0.3
0.1
Vidrio
80
98
78.4
32.9
Envases de hojalata
60
98
58.8
24.7
Metales no ferrosos
10
96
9.6
4.0
Metales ferrosos
20
98
19.6
8.2
Tierra, cenizas, ladrillo, etc.
40
70
28.0
11.8
238.1
100.0
Total
1,000
* Con base a 1,000 lb de desechos sólidos (Vea Tabla 4.4) + De la Tabla 4.9
NOTA: lb x 0.4536 = kg
Incineración La incineración es una técnica de valorización energética en la que, mediante una combustión controlada, se transforma la fracción orgánica de los residuos en materiales inertes y gases (cenizas, CO2 y agua) desprendiéndose simultáneamente una gran cantidad de calor que se puede aprovechar.
OBJETIVOS:
Los principales objetivos son: - Reducción del peso y del volumen con respecto al residuo original. – Recuperación de energía.
EL PROCES O DE LA INCINERACIÓN:
Una planta de tratamiento térmico de residuos sólidos urbanos consta de: 1.
Plataforma de descarga.
2.
Puertas de la fosa.
3.
Fosa de basura.
4.
Puente – grúa.
5.
Cuchara de trasvase.
6.
Tolva de alimentación.
7.
Parrillas quemadoras.
8.
Cámara de combustión.
9.
Tolvas de evacuación de las cenizas.
10. Ventilador primario. 11. Ventilador secundario. 12. Caldera de recuperación.
13. Calderón de vapor. 14. Economizador. 15. Aerocondensador. 16. Tolvas de evacuación de las cenizas. 17. Cadenas sinfín de cenizas del horno. 18. Canal de evacuación de escorias. 19. Cintas transportadoras de cenizas y escorias. 20. Electrofiltro. 21. Cadenas sinfín de evacuación de cenizas del electrofiltro. 22. Ventilador de tiro. 23. Chimenea de evacuación de gases. Los vehículos de recogida llevan los residuos a los fosos de almacenamiento, con una capacidad de almacenamiento de unos dos días. Una grúa puente lleva los r esiduos hasta el conducto de alimentación de la caldera, se depositan sobre las parrillas, donde se queman. El aire de la combustión se introduce desde la parte inferior de las parrillas (aire primario) y desde la parte superior del horno (aire secundario). El aire debe mezclarse bien con los residuos y con los gases liberados en la volatización. Sin embargo, la aireación también hace disminuir la temperatura. En el horno, los residuos caen sobre unas parrillas ligeramente inclinadas y que se desplazan (con movimientos de vaivén) a velocidad constante. Estos movimientos permiten que los materiales se volteen y puedan quemarse en su totalidad, a la vez que p ermite que las escorias vayan cayendo al fondo. Los residuos que están en el horno pasan por varias etapas: - Secado: Cuando el residuo entra en el horno, se calienta por medio del aire precalentado, del calor radiante de las paredes de la caldera y de los gases de combustión. La humedad es eliminada en el rango de temperaturas de 50 a 100 ºC. - Volatilización: El residuo sufre una descomposición térmica de los materiales orgánicos, se genera materia volátil, que constituye el 70-90% de los residuos sólidos urbanos. La volatización se produce en un amplio intervalo de temperaturas (200-750 ºC, aunque la principal liberación se produce entre 425 y 550 ºC). - Combustión de volátiles: Los compuestos volátiles se queman inmediatamente, porque la temperatura de la caldera se encuentra entre 750-1000 ºC, que es muy superior a la temperatura de ignición de los volátiles derivados de residuos. Interesa que la temperatura que se produzca la combustión completa de los gases en la caldera, para la cual la temperatura tiene que ser alta, tiene que haber exceso de aire que forma turbulencias y los tiempos medios de residencia de los gases en la caldera deben ser de 2-4 segundos. - Combustión del residuo sólido carbonoso: Tras el secado y volatización queda del residuo original un material que aun tiene carbón y más material inerte. El material carbonoso (o carbono fijado) sigue quemándose sobre la parrilla, llevando la comb ustión completa entre 30 y 60 minutos. - Cenizas: - Las cenizas del fondo, contienen una porción quemada y otra no quemada. Se recogen y se depositan en vertederos.
- Las cenizas volantes, que son las partículas más ligeras son transportadas a través del sistema junto con los gases de combustión. Pueden adsorber contaminantes (compuestos orgánicos, metales,…) por lo que se consideran residuos peligrosos y deben ser depositadas en contenedores cerrados hasta un lugar aceptable para su evacuación. En el proceso tiene lugar una refrigeración de gases,con y sin aprovechamiento de calor; dentro de la gestión de las plantas de tratamiento térmico se debe resaltar que de ellas se puede obtener energía eléctrica y una fuente de vapor de agua aprovechable para la industria y las viviendas, sobre todo como sistema de calefacción. La depuración de los gases procedentes de los hornos de tratamiento térmico, son enfriados y a continuación sometidos a procesos de depuración que eliminan de su seno las partículas sólidas y el resto de contaminantes atmosféricos. Posteriormente, los gases restantes y “no contaminantes” son emitidos a la atmósfera.
PARÁMETROS IMPORTA NTES:
- Humedad:
La ignición no ocurre si el material está húmedo, y también rebaja el poder calorífico del combustible. -Material volátil: Es la fracción combustible de los residuos. Cuando los residuos se calientan se desprenden sustancias sencillas tales como H2, CO, CH4, C2H5, más una fracción hidrocarbonada compleja y vapor de agua. La materia volátil sufre luego una rápida combustión. - Cenizas: Una porción elevada de cenizas en los residuos disminuye el poder calorífico del residuo; además hay que retirarlas y eliminarlas después de la combustión. - Composición elemental: Permite evaluar las emisiones de contaminantes tales como SO2, gases de nitrógeno, halógenos o metales pesados.
BENEFICIOS DE LA INCINERACIÓN:
1.
Reducción del volumen (hasta el 90% del volumen original).
2.
Esterilización de los residuos, lo que es importante sobre todo en materiales infecciosos.
3.
Recuperación de la energía de los residuos, proporcionando un ahorro de combustibles fósiles.
4.
Reducción de las emisiones de metano que se desprenden en los vertederos.
5.
Fijación de los metales pesados en las escorias como sales estables. Las cenizas, que podrían contenerlos, se depositan en rellenos especiales para ellas, o se vitrifican vía tecnología plasma.
INCONVENIENTES DE LA INCINERACIÓN:
1.
Materiales como plásticos, cartones y papeles que tienen una alta capacidad calorífica, pueden ser desviados del reciclaje para ser destinados a la incineración.
2.
Posible contaminación y acumulación de sustancias en la cadena trófica.
3.
Generación de cenizas que son consideradas peligrosas y deben ser confinadas en un depósito de control adecuado.
4.
Desincentiva el reciclado.
5.
Emisión de gases que deben ser tratados, ya que son contaminantes.
Los principales contaminantes son: - Partículas: Formadas mayoritariamente por ceniza, que puede llevar asociados metales pesados, gases ácidos, dioxinas y furanos. Existen tres sistemas para el control de las partículas: - Ciclones: Eliminan partículas de un diámetro mayor a los 15 micrómetros, que no son las más comunes en los gases de incineración; por ello se usan colectores previos a los otros sistemas, para mejorar la eficacia de éstos. - Precipitadores electrostáticos: La corriente de gas cargada de polvo entra en el precipitador electrostático, donde las partículas se cargan con iones negativos por efecto de los iones libres y son atraídas por las láminas del electrodo colector, que tienen carga opuesta. Estas láminas se limpian regularmente mediante vibración. - Filtros de manga: Conjunto de bolsas alargadas y permeables a través las cuales fluye el gas. Las partículas son retenidas por el tejido. Las bolsas se limpian regularmente aplicando aire en sentido contrario y expandiendo la bolsa. - Gases ácidos: El Cl, F y S pueden generar gases ácidos, al oxidarse y luego reaccionar con el agua, lo que puede ocasionar la lluvia ácida. Para evitar este problema, existen diversos sistemas de eliminación: unas depuradoras. - Gases NOx: Los dos óxidos de nitrógeno más importantes son NO (monóxido de nitrógeno) y NO2 (dióxido de nitrógeno). Se forman a partir de los residuos y del N2 del aire, estando favorecida su formación por las temperaturas elevadas. El NOx contribuye a la lluvia ácida y actúa como oxidante en la atmósfera. Para eliminarlos existen tres mecanismos: - Control de la temperatura de combustión y del contenido de oxígeno. - Reacción con NH3 para dar N2 y agua. - Reducción catalítica. - Metales pesados: Pueden quedar en las cenizas de fondo (Fe, Cu) o evaporarse, en cuyo caso se pueden condensar cuando los gases se enfrían, formando aerosoles o adsorbiéndose sobre las cenizas volantes. Los elementos que con
mayor probabilidad se pueden encontrar y que se eliminan con mayor dificultad son el Hg y Cd. Se puede añadir C activado para retener estos contaminantes, así como microcontaminantes orgánicos. - Compuestos orgánicos: PAH, dioxinas y furanos. Son productos de una combustión incompleta, que se da cuando las condiciones de operación no son las adecuadas (baja temperatura, bajo nivel de oxígeno, insuficiente tiempo) o por sobrecarga de la planta, y puede ser detectado controlando la composición del gas de combustión.
