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 PROCESO 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 residuos 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 permite 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 combustión 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 IMPORTANTES:

– 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.