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Suelos y residuos

IncineraciÓn y tratamientos tÉrmicos

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. incineracion

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 proceso de incineración. Un precalentamiento del aire de combustión o de los residuos líquidos a incinerar, reduce apreciablemente el tiempo necesario para 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.

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