La incineración: na alternativa ecológica en la gestión de R.S.U.

El presente estudio tiene por objeto el desarrollo de uno de los procesos de tratamiento de los residuos sólidos urbanos: la incineración, añadiéndole la posibilidad de recuperación energética a partir de los residuos generados en la ciudad de Málaga.

La elección del tratamiento de incineración se debe a su interesante proceso desde el punto de vista técnico, ya que además de la eliminación de residuos, obtenemos de ellos energía, con lo que solucionamos dos graves problemas de la sociedad actual. Así, una parte de la energía eléctrica que pudiera generarse en la planta de tratamiento sería utilizada para el propio abastecimiento de la misma y el resto se cedería a la red eléctrica con los ingresos que ello supondría.

LOS RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS

La UE, en su directiva 75/442, especifica que se entenderá por residuo cualquier sustancia u objeto del cual se desprenda su poseedor o tenga la obligación de desprenderse, en virtud de las disposiciones nacionales vigentes. Actualmente, se encuentra modificada en la directiva 91/156/CEE que establece además la obligatoriedad de los Estados miembros de fomentar el desarrollo de tecnologías limpias, la valorización de los residuos mediante reutilización y reciclado, así como la utilización de los residuos como fuente de energía.

El conocimiento de la cantidad total de residuos recogidos en un núcleo urbano y la composición de los mismos tiene gran importancia para la toma de decisiones en la elección en los sistemas de tratamiento. Podemos decir que en Málaga los índices de producción, según datos facilitados por el Ayuntamiento, supera las 300.000 toneladas, considerando una población de 600.000 habitantes, que se incrementa durante el verano.

La composición media de los residuos en la ciudad de Málaga es la siguiente: 49% materia orgánica, 20% papel y cartón, 8% vidrios, 7% plásticos, 4% metales, 3% gomas y cueros, 2.5% madera, 2% textiles y 4.5% restante de materiales diversos.

Existen cuatro características de los residuos sólidos cuyo estudio resulta básico para establecer el sistema de tratamiento o eliminación más adecuado. Éstas son la densidad, el grado de humedad, el poder calorífico y la relación carbono- nitrógeno. De ellas, la más importante para el sistema de incineración es el poder calorífico. Un valor de 1.000 kcal/kg es el límite mínimo para adoptar este sistema, ya que permite la combustión de residuos en los grandes incineradores sin necesidad de combustible adicional.

En el caso de los residuos urbanos, debido a su heterogeneidad, el poder calorífico inferior (P.C.I.) tiene sensibles variaciones, por lo que sólo tiene sentido hablar de un valor medio que para las basuras malagueñas oscila entre 1500-2000 kcal/kg. Según los cálculos realizados para este estudio, el P.C.I. es de 1.865.33 Kcal/Kg.

GESTIÓN DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS

Se entiende por gestión de residuos sólidos urbanos el conjunto de operaciones encaminadas a dar a los residuos producidos en una zona el destino global más adecuado desde el punto de vista ambiental y, especialmente, en la vertiente sanitaria, de acuerdo con sus características, volumen, procedencia, coste de tratamiento, posibilidades de recuperación y de comercialización y directrices administrativas en este campo. Comprende las fases de pre-recogida, recogida, transporte y tratamiento de los mismos.

En la fase de tratamiento se incluyen todas aquellas operaciones destinadas a la eliminación o al aprovechamiento de los recursos contenidos en los R.S.U. Los sistemas actualmente más utilizados son: el vertido controlado, la incineración, el reciclado y el compostaje. Hay que hacer constar que si bien el vertido incontrolado es el sistema más utilizado por los municipios españoles para eliminar las basuras, no puede considerarse como sistema de tratamiento, sino como simple abandono de las mismas.

En nuestro estudio, como se comentaba al principio, se ha elegido como sistema de tratamiento la incineración con recuperación energética.

La incineración es un proceso de combustión controlada que transforma la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos en materiales inertes y gases. No es un sistema de eliminación total, pues genera cenizas, escorias y gases, pero determina una importante reducción de peso y volumen de las basuras originales.

La utilización del sistema de incineración para tratar los residuos sólidos urbanos presenta las siguientes ventajas:

escasa utilización de terrenos
posibilidad de implantación cerca del núcleo urbano
posibilidad de tratamiento de cualquier tipo de residuos si su poder calorífico es el adecuado
posibilidad de adecuación a la eliminación de fangos de aguas residuales
posibilidad de recuperación de energía para plantas de gran capacidad.

Sin embargo, existen también una serie de inconvenientes que generalmente son de tipo económico. Los problemas de contaminación atmosférica están resueltos, pero suponen importantes inversiones en sistemas de depuración de humos. También ha de considerarse el coste de tratamiento de las aguas residuales generadas por los residuos en la zona de almacenamiento y de las utilizadas en el enfriamiento de escorias.

La combustión de los residuos libera una cantidad de energía térmica que puede ser recuperada para usos como: alimentación a una red calefacción, producción de agua caliente sanitaria, producción de vapor para la industria, producción de energía eléctrica por vapor de alta presión, acondicionamiento de turbinas por los gases de la combustión, etc. La experiencia indica que este tipo de instalaciones sólo comienza a ser rentable a partir de una capacidad de tratamiento de 500 Tn/día.

PLANTA INCINERADORA DE R.S.U.

Una planta incineradora se puede considerar dividida en cuatro bloques fundamentales, como muestra el esquema:

Se ha considerado para el presente estudio que la hipotética planta podría estar situada en el polígono industrial del Guadalhorce, en el término municipal de Málaga, con el fin de abaratar al máximo el transporte de los residuos generados en la ciudad a la planta de incineración.

Ocuparía una superficie de unos 10.000 m², 2059 m² construidos, totalmente integrados en el entorno y que no se diferencien de cualquier otra industria situada en las proximidades.De los 2059 m² construidos, 330 m² se destinarían para llegada y descarga de camiones; 360 m² para foso de almacenamiento con una profundidad de 6m; 375 m² para oficinas, servicios y sala de control; 640 m² para recogida de escoria, ceniza y chatarra; 440 m² para zona de combustión; 75 m² para grupo de recuperación energética; 225 m² para zona de tratamiento de gases y 54 m² destinados para ventilador de tiro y chimenea. El resto de la superficie exterior se destinaría a aparcamientos, entrada y salida de camiones, almacenes y jardines. La nave tendría una altura total de 26m y el puente grúa situado sobre el foso de almacenamiento podría estar a una cota de 20m.

La planta tendría un potencial de eliminación de 300.000 Tn de R.S.U. al año, siendo suficiente para una población fija de 600.000 habitantes que, como se ha apuntado con anterioridad, en verano se incrementa.

Al foso de almacenamiento se prevé que llegue directamente la basura de la recogida. Tendría una superficie de 360 m², un volumen de 2160 m³ y una profundidad de 6m, para poder admitir residuos voluminosos, asimilables a los urbanos, de origen domiciliario. A tal efecto, se suele disponer en la cota de la plataforma, junto al foso de almacenamiento, una fosa de vertido y trituración. Los residuos voluminosos serían descargados en esta fosa, siendo a continuación triturados mediante una cizalla de gran potencia y accionamiento hidráulico. Los residuos ya triturados se vierten directamente al foso de almacenamiento.

El foso ha de mantenerse en depresión, siendo suficiente que el aire de combustión se aspire de él, asegurando de esta forma que ninguna clase de malos olores o polvo se escape a la atmósfera. Para la carga de tolvas de alimentación a los hornos, se dispone de dos puentes grúa equipados con una cuchara tipo pulpo, que permite la carga de 2.5 m³de residuos comprimidos, equivalente a 1.250 Tn.

Este segundo bloque ocuparía una superficie de 1080 m2, donde se instalarán 2 hornos de parrilla horizontal para la combustión de los R.S.U., 2 calderas para la generación de vapor, además de 2 zonas para la recogida de escoria y chatarra procedente de esta etapa y de las etapas posteriores.

Al objeto de obtener las condiciones requeridas por la CEE en materia de contaminación atmosférica de plantas incineradoras, se deben instalar en el horno entradas de aire de combustión (aire primario), de aire secundario y, en su caso, terciario, todas ellas ubicadas de forma estratégica y en condiciones de presión y temperatura adecuadas.

La alimentación del horno se efectúa por vertido directo de los residuos al interior de la tolva de carga. Una vez introducidos, pasan por gravedad a un primer elemento móvil (dosificador), cuya velocidad es regulable de forma que, actuando sobre la frecuencia de su movimiento alternativo, permita variar a voluntad el flujo de residuos al horno. Ya en el interior del horno se inicia el secado de los residuos por vaporización de la humedad ligada.

Las ventajas de utilizar horno de parrilla, frente a los inconvenientes de los restantes tipos, son principalmente su gran capacidad horaria y sus mínimos costes de inversión, además de cumplir los requisitos anteriormente expuestos.

Dentro de la amplia gama de hornos de parrilla existentes, se ha optado por el horno de parrilla horizontal con empuje superior en sentido opuesto, de capacidad mecánica unitaria de 17,2 Tn/h, puesto que se trata de una de las tecnologías más avanzadas con enormes ventajas.

En cada línea de combustión, las cenizas recogidas en las distintas tolvas de descarga del horno, así como las escorias que se forman como producto del proceso de incineración de los residuos, son conducidas a un canal formado por un depósito de plancha de acero en el que se mantiene una circulación de agua de refrigeración. Un rascador con cadena extrae las escorias y, tras conducirlas por una rampa de escurrido, las entrega sobre una cinta transportadora en un depósito de almacenamiento. La escoria resultante no férrica se puede aprovechar para aglomerados asfálticos y la escoria férrica (chatarra) para usos industriales.

El calor generado en el horno se transporta a la caldera por medio de los gases de combustión. La caldera estará diseñada para la producción de vapor sobrecalentado y estará formada por cámara radiante, pantalla, sobrecalentador, banco de convección y economizador. La única particularidad respecto a una caldera para un proceso similar con otro combustible es la limitación por ensuciamiento y escoriación de la superficies de los tubos, debido a las impurezas inorgánicas de las basuras. Esta situación no hace posible la generación de vapor a temperaturas superiores a 400ºC, ya que de otra forma se pueden llegar a presentar importantes problemas de corrosión.

Dentro de los diferentes tipos de caldera de alta presión multitubular, se ha elegido para esta instalación una caldera tipo Benson, para la generación de vapor destinado a la producción de energía eléctrica, por ser ésta de haces verticales que se utilizan para la transmisión del calor por radiación en calderas multitubulares.

La eficacia de una caldera viene dada por la cantidad de vapor de agua producido por metro cuadrado de superficie de calefacción y hora. En este caso, según los cálculos realizados a partir del P.C.I. y la capacidad unitaria de los hornos, se tiene una capacidad de vapor por hora de 90 Tn, y una superficie de calefacción de 2.987 m².

Aunque el vapor se produce en la caldera, la instalación térmica para la producción de vapor consta de hogar, caldera, recalentadores y, en muchos casos, economizadores, como es éste. Según los cálculos realizados la superficie de calefacción del economizador es de 2072.5 m².

Para esta zona se destinará una superficie de 225m2 y además 54m2 para el ventilador de tiro y chimenea.

Los gases de combustión procedentes de la incineración de residuos contienen sustancias nocivas que pueden ser clasificadas en gases ácidos (ClH, FH, SO2 y NO), metales pesados (plomo, cadmio, arsénico y mercurio), compuestos orgánicos (clorobencenos, clorofenoles, hidrocarburos poliaromáticos (PAH) y dioxinas) y partículas. Estos grupos de agentes contaminantes tienen características químicas y físicas diversas y requieren diferentes métodos para su eliminación.

Hay tres métodos principales para la limpieza de los gases de combustión de las incineradoras de residuos:

La reducción catalítica se usa al objeto de eliminar los óxidos de nitrógeno.

Teniendo en cuenta los distintos métodos para el tratamiento de gases, se ha elegido el método seco combinado con una reducción catalítica selectiva (SRC), debido a razones de simplificación de sistemas, características de los residuos y costes.

Este último bloque ocupará una superficie de 75m2, destinados a: 2 grupos turboalternadores de potencia 15 Mw cada uno, sistemas de condensación- refrigeración y un sistema para el tratado del agua de alimentación de las calderas.

De acuerdo con los cálculos realizados sobre la capacidad térmica obtenida de 8.912.14 Kcal/seg ,en el hipotético caso que se está considerando, y con los datos descritos hasta el momento, la potencia total real ( teniendo en cuenta el rendimiento total del ciclo de energía del 28% ) que se obtendría sería de 15.646 Kw.

El vapor producido por ambas calderas de vapor saturado en explotación normal llega, a través de una válvula de cierre rápido y 3 válvulas de regulación de vapor, a la turbina delante de la rueda de regulación. El turbogrupo posee una regulación electrohidráulica que, durante la explotación normal, permite mantener la presión del vapor vivo y de extracción dentro de los valores prescritos.

En caso de falla de red, el turbogrupo pasa automáticamente a servicio aislado y abastece la instalación de incineración de basura con vapor y corriente, al mismo tiempo que queda asegurada la regulación de su velocidad. En explotación con regulación de velocidad son las válvulas en bypass, en lugar de las servoválvulas de la turbina, las que se encargan de la regulación de la presión del vapor vivo. La regulación de la extracción se encarga igualmente de asegurar una presión de extracción constante en este caso de servicio.

El vapor de la turbina, o en su caso el derivado, se condensa en un intercambiador enfriado con agua. Este agua se recircula a través de un sistema de refrigeración en donde se disipa el calor de condensación.

El ciclo térmico se cierra mediante el conjunto de colectores, moto-bombas, depósitos y una planta de desmineralización de agua que, junto con tuberías de vapor, agua y condensados, delugar a un ciclo cerrado con unas pérdidas de agua mínimas.

La formación de las incrustaciones es sumamente perjudicial y peligrosa, ya que disminuye la conductividad y presenta riesgo de explosión, puesto que al disminuir el paso de calor por unidad de superficie y tiempo, ha de forzarse la combustión para mantener un nivel de temperatura y presión en el vapor producido.

Las modernas calderas multitubulares, en las cuales el riesgo de explosión es mínimo por no existir grandes acumulaciones de agua, presentan la particularidad de la reducida sección de los tubos de agua, que exigen una pureza de la misma suficiente para eliminar la más remota posibilidad de formación de depósitos.

La preparación del agua destinada a la alimentación de las calderas se compone de varios procesos que podríamos resumir como sigue:

            1. Tratamiento inicial:filtración
                                              eliminación-descarbonatación
                                              eliminación de sustancias orgánicas

Por esta razón, nuestra instalación de desmineralización de agua llevará tres cambiadores en serie, uno catiónico, otro aniónico y el tercero desilicicante, teniendo en cuenta el carácter muy débil del ácido silícico.

La desgasificación de las aguas destinadas a la alimentación de las calderas se conoce con el nombre de desaireación, ya que los gases que se tratan de eliminar son los del aire disueltos en el agua. Ésta se realiza principalmente por procedimientos mecánicos y térmicos.

ESTUDIO ECONÓMICO :COSTE DE UNA INCINERADORA

Se considera una primera aproximación de lo que puede representar la inversión de una planta incineradora, según la capacidad de tratamiento de la misma, y bajo las siguientes hipótesis:

- Se dispone de tratamiento de gases consistente en depuración de humos y filtrado por filtro de mangas.

La planta consta de dos líneas, con horno de parrilla, idénticas y régimen previsto de 7500 h/año.

El ratio de inversión por unidad de capacidad puede variar entre 50.000 ptas/Tm, para una incineradora de 60.000 Tm/año; hasta 20.000 ptas/Tm, para una incineradora de 360.000 Tm/año; existiendo, por tanto, una importante disminución del coste de la planta por incremento del factor de escala.

Tomando como dato la capacidad de la planta de 300.000 Tn/año, y según los cálculos realizados, obtenemos una inversión inicial de 7.000 millones de pesetas.

Los conceptos que a continuación se mencionan pueden dar origen a unos costes de operación que, en su conjunto, variarán entre 3.700 Ptas/Tm, para las plantas de tamaño más pequeño (60.000 Tm/año), y 2.100 Ptas/Tm, para las de mayor capacidad. Este coste está compuesto por los siguientes apartados: Personal (en sus deferentes categorías), Mantenimiento, Escorias y cenizas, Aditivos y otros (suministro de energía eléctrica, de agua, seguros, material fungible etc.).

3.1.TARIFAS ELÉCTRICAS

En el caso de incineración de R.S.U. con aprovechamiento energético, en comparación con otras formas de eliminación o valorización, se cuenta con unos ingresos adicionales por dicho concepto que contribuyen de forma muy significativa al equilibrio económico de la actividad.

La producción eléctrica específica neta, es decir, descontando los consumos propios de la incineradora, puede oscilar, para el caso de R.S.U. entre 380 kw/Tm y 280 kw/Tm, dependiendo del poder calorífico del residuo y del rendimiento global que se pueda conseguir alcanzar para el ciclo.

La conexión y cesión de energía eléctrica a la red se regula anualmente por el Ministerio de Industria, Comercio y Turismo. En 1998 ha sido regulada por el Real Decreto 2818/1998 de 23 de diciembre, publicada en el B.O.E. del 30 de diciembre.

En el capítulo IV, artículos 26 y 29 de dicho Real Decreto, se puede calcular el precio por la energía eléctrica entregada.

Para el caso que se está considerando y dado que la potencia cedida es de 12.516 kw = 12.52 Mw, el cálculo de la prima de acuerdo con el art. 29 será de 3.53 ptas.

El complemento por factor de potencia se calcula a partir de la siguiente expresión:

3.2. CRITERIOS DE EVALUACIÓN DE LA VIABILIDAD DE LA INVERSIÓN

Independientemente del modelo de gestión por el que se opte para el desarrollo del proceso inversión-explotación, estos proyectos se caracterizan por el marcado protagonismo de las Administraciones Locales (Ayuntamientos y Diputaciones) ya que son estas las entidades responsables y competencias en materia de gestión de R.S.U. dentro de su ámbito territorial. Esta circunstancia determina el tipo de requerimientos económico-financieros exigibles, ya que en general se trata de un proyecto de inversión en el que no se pretende rentabilizar las aportaciones, sino más bien prestar un servicio con unas condiciones medioambientales aceptables por la sociedad y, adicionalmente, contribuir a la diversificación energética.

Pensando en una gestión directa de la construcción y explotación, el criterio de viabilidad económica que parece más ajustado a estas premisas es que, durante la etapa de explotación, el proyecto no requiera nuevas aportaciones exteriores para cubrir desfases o situaciones de incapacidad económica para seguir operando. Esto se puede reflejar de manera que las previsiones de los flujos de caja, los valores de ésta, se mantengan siempre positivos durante la vida útil de la instalación y especialmente durante el período en el que se están amortizando los créditos.

De acuerdo con el presupuesto realizado, el coste inicial es aproximadamente de 7.000 millones de pesetas.

Se ha establecido anteriormente que la potencia obtenida es de 15.646 kw, siendo 3.129,2 kw para autoconsumo de la planta y 12.516 kw para explotación de la compañía suministradora de energía eléctrica. Fijado con anterioridad en el apartado 3.1. el precio del Kw/h en 11,07 ptas., se obtiene como beneficio de la venta aproximadamente 1.214 millones de pesetas.

Para una planta de capacidad 300.000 Tn/año, los costes de explotación anuales serán del orden de 700 millones de pesetas, por lo que se obtiene un superávit del orden de 514 millones de pesetas.

4.CONCLUSIONES

En este trabajo se ha querido resaltar la necesidad que se plantea en la sociedad actual y concretamente en nuestra ciudad, Málaga, de una óptima gestión de los R.S.U.

Se ha pretendido mostrar las distintas posibilidades y tratamientos que poseen los residuos, haciendo especial referencia al que, desde el punto de vista energético, es más ventajoso : el proceso de incineración. Con él, como ya se comentó anteriormente, se solucionan dos graves problemas: la eliminación de los R.S.U y la necesidad de encontrar fuentes de energía.

A pesar de ello, es preciso señalar la posibilidad de desarrollar conjuntamente varios procesos, como ocurre en algunas incineradoras existentes en nuestro país, donde combinan el reciclaje, el compostaje y la incineración con recuperación energética y el vertedero controlado para la escoria, lo que supone una gestión completa y óptima de los R.S.U.

Aunque la incineración es uno de los tratamientos que necesitan mayor inversión inicial, quiero hacer hincapié en que la gestión de residuos es, en primer lugar, un problema que requiere soluciones, por lo que ha de tratarse como tal, no como fuente de negocios.

Así, aunque se ha desarrollado el estudio económico, en él se refleja que la amortización del capital inicial y la obtención de beneficios no se produciría hasta los 14 años de explotación, lo que nos hace comprender que también ha de analizarse desde una perspectiva social y medio ambiental.

LA INCINERACIÓN: UNA ALTERNATIVA ECOLÓGICA EN LA GESTIÓN DE R.S.U.

Yolanda Alarcón López