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a planta de Lucerna , incineradora
de residuos domésticos para producir ener-
gía, se construyó en 1971 con dos líneas de
combustión, con capacidad para 3–4 tone-
ladas/hora cada una. En la década de los
ochenta se construyó una tercera línea y se
modernizaron las dos líneas originales,
montándose filtros electrostáticos de ma-
yores dimensiones y un lavador monoeta-
pa. Una vez tratada en el lavador, el agua se
vierte en un río cercano.
Las calderas, que operan a una presión
de 35 bar y a 370 °C de temperatura, sumi-
nistran vapor a un turboalternador de 5 MW
que abastece de electricidad a la red local.
Adicionalmente se genera agua caliente
para un hospital situado a pocos kilómetros
1 de distancia de la planta incineradora.
La planta está en régimen de funciona-
miento continuo, con paradas cortas para
limpiar las caldera y paradas de mayor du-
ración para las revisiones anuales. Como
combustible se utilizan los residuos domés-
ticos del municipio y algunos residuos in-
dustriales, con un valor calorífico de 10–12
MJ/kg. La capacidad total anual de la plan-
ta es de 84 000 toneladas de residuos al
año.
En 1991 entró en vigor una nueva ley
sobre protección del aire (LRV91) que obli-
gó a instalar un nuevo sistema de purifica-
ción de gases de combustión para satisfa-
cer unos requisitos mucho más estrictos.
Evaluación y nuevo sistema
de purificación de los gases de
combustión
Las especificaciones publicadas estipula-
ban las siguientes exigencias:
• intercambiadores de calor de gas/gas
anexos a los lavadores,
• lavadores de vía húmeda de dos etapas,
• filtros electrostáticos de vía húmeda,
• ventiladores ID, de aspiración,
• intercambiadores de calor gas/gas ane-
xos a la unidad Denox SCR,
• calentamiento final con gas natural como
combustible,
• reducción catalítica selectiva de NOx con
amoníaco (procedimiento SCR).
En su oferta, ABB Fläkt Industri propuso
sustituir el filtro electrostático húmedo por
una unidad de filsorción en dos etapas. El
proceso de filsorción, que toma su nombre
de las palabras filtración y adsorción, inclu-
ye reacciones complejas entre las impure-
zas contenidas en el gas de combustión y
los aditivos finos del tejido de los filtros de
mangas .
La ventaja de la filsorción frente al filtro
electrostático de vía húmeda es que asegu-
ra la casi completa eliminación, no sólo de
las partículas sólidas más pequeñas, sino
también de varios de los elementos gaseo-
sos. Estos se extraen en una reacción quí-
mica por absorción y adsorción en la torta
de filtro, que está formada por aditivos, pro-
ductos de reacción y partículas proceden-
tes del proceso de combustión. La utiliza-
ción de aditivos finamente molidos garanti-
za una superficie de contacto muy grande.
El proceso es especialmente eficiente
para eliminar el trióxido de azufre (SO3).
Puesto que después de la unidad de filsor-
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Arthur Schnieper
KVA Lucerna
Kurt B. Carlsson
ABB Fläkt Industri
L
«Lucerna 2000»,planta incineradoracon nuevo sistemade purificaciónde gasesComo resultado de la nueva legislación suiza sobre contaminación atmosféri-
ca, los explotadores de la planta incineradora de residuos sólidos de Lucerna
han solicitado una serie de ofertas para equipos que puedan cumplir los lími-
tes de emisiones, más rigurosos desde la promulgación de la nueva ley. La plan-
ta, que tiene tres líneas de incineración, fue equipada en su momento con fil-
tros electrostáticos húmedos y lavadores monoetapa. Se pretendía equipar las
nuevas instalaciones con lavadores de filtros electrostáticos húmedos y con
etapas Denox de catalizador selectivo. ABB Fläkt Industri presentó una oferta
proponiendo una unidad de filsorción, en lugar de los filtros electrostáticos de
vía húmeda. La evaluación de las propuestas puso en evidencia las ventajas de
esta solución, adjudicándose el encargo a la empresa mencionada en mayo de
1993. Tras el éxito de las pruebas de puesta en servicio y de los ensayos de
rendimiento, la nueva planta entró en servicio en agosto de 1996 según las nue-
vas prescripciones de protección del aire y desde entonces ha estado funcio-
nando sin interrupción. El nuevo equipamiento ha demostrado ser una solución
económica para los problemas de contaminación atmosférica en las plantas re-
siduos-energía, donde se incineran las basuras para obtener energía.
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ción apenas existe SO3, no pueden formar-
se sales de amoníaco, ni siquiera a bajas
temperaturas. Esto permite que el cataliza-
dor funcione a temperaturas bajas, de sólo
235–240 °C, permitiendo usar el propio
vapor de la planta para calentar el gas de
combustión hasta su temperatura final
antes de la inyección de amoníaco, lo cual
es menos costoso que usar un combustible
de apoyo como el gas natural. Puesto que
se extrae casi la totalidad de partículas só-
lidas, la mayor parte en la torta de filtro, nor-
malmente no es necesario limpiar el catali-
zador y el intercambiador de calor. En la fi-
gura se puede ver el concepto de puri-
ficación total desarrollado por ABB Fläkt.
Se pueden utilizar varios aditivos fina-
mente molidos. El más corriente es una
mezcla de cal hidratada y de coque/carbón,
que también se usa en la planta de Lucer-
na. La mezcla tiene las ventajas siguientes:
• La cal hidratada elimina los gases áci-
dos, inclusive el SO3 que permanece
después del lavador de vía húmeda.
• El polvo fino de coque/carbón adsorbe y
absorbe los hidrocarburos clorados, las
dioxinas y los metales pesados en esta-
do gaseoso, especialmente el mercurio.
• La torta de filtro (compuesta principal-
mente por aditivos) es muy eficiente para
eliminar partículas con dimensiones infe-
riores a una micra. Los metales pesados
más volátiles (Pb, Cd y otros) se unen a
las partículas eliminadas, reduciéndose
casi a cero la emisión de los mismos.
El polvo fino de coque/carbón es inflamable
si no se manipula con precaución. Este pe-
ligro potencial se minimiza mezclando con
el coque/carbón un material inerte (como
cal hidratada) y adoptando un diseño espe-
cial para la etapa de filsorción.
Además de las ventajas técnicas de la fil-
sorción, el coste total del sistema de purifi-
cación APC (Air Pollution Control) instalado
en Lucerna era también inferior al de la
solución alternativa con filtros electrostáti-
cos de vía húmeda. El ahorro de costes se
evaluó del modo siguiente:
• Los costes de instalación son menores
debido a que son más baratos el lavador
de vía húmeda (diseñado para eliminar
solamente el HCl y SO2) y la unidad
4
3
«Lucerna 2000», planta incineradora de residuos domésticos paraproducir energía, con su nuevo sistema APC de purificación de gasesde combustión de ABB Fläkt
1
Cal
Mercurio
Carbono
Dioxina
Mat. textil
Gas limpioGas crudo
Productos sorbentes y de reacción
Principio de la filsorción: en las mangas de filtro tienen lugarreacciones complejas entre las impurezas contenidas en el gas decombustión y los aditivos, finamente divididos
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Separación departículas
Absorción Filsorción Reducción NOX
De calderade residuos
ESP o filtro industrial
Productosquímicos
Productosquímicos
Metalespesados
Aguasalada
a la salida
NaCl o
HCI
Sales de Cainsolubles
o yeso
Polvo contaminadoa la combustión
Vapor
Apilar
VentiladorID
Vapor
Amoníaco
Aire comprimido Catali-zador
Filtro industrial
Cal y coque /carbónRecalen-
tadorPurificadoren húmedo
Concepto de purificación total TCP de ABB Fläkt 3
Diagrama de flujo del sistema de purificación de gases quemados instalado en la planta incineradora de Lucerna, Suiza 4
Precipitadoreselectroestáticosy ventiladores
ID
Absorción de HCL / SO2 Filsorción Denox SCR
Unidad APC
Intercambi-ador de
calor gas /gas
Intercambiadorde calorgas /gas
Purifi-cador enhúmedo
Paso directoAl tratamiento de agua
Apilar
Apilar
Residuosa cámarade combustión
Reactor
Ventiladorsuplement.
Vapor
Amoníacode evaporador
NH4OH
Catali-zador
t=235-240°C
Filtro industrial
Mezcla de cal /carbón en polvo
t=110°C
NaOH
Recalentamiento yarranque de aire
Aire
Al silo de ceniza
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Denox SCR, que funciona a temperatu-
ra más baja.
• Los costes de operación son menores de-
bido a la débil pérdida de presión en el la-
vador de vía húmeda (de pulverización
abierta), a las menores dimensiones del in-
tercambiador de calor de la unidad Denox
SCR y al abaratamiento del calentado final
al usarse vapor en lugar de gas natural.
Y finalmente, sin que por ello sea menos im-
portante, la solución de filsorción garantiza-
ba los valores de emisión mejor que los fil-
tros electrostáticos de vía húmeda.
Sistema APC de purificación
de gases de combustión
El sistema APC de purificación de gases de
combustión tiene las características si-
guientes:
• Filtros electrostáticos y ventiladores ID,
de aspiración, para cada caldera de in-
cineración. La presión en las calderas
está controlada individualmente por los
ventiladores ID.
• Los gases de combustión pasan de
cada uno de los ventiladores ID a un
conducto común, al que se han conec-
tado los dos nuevos sistemas APC idén-
ticos.
Cada uno de los dos nuevos sistemas APC
de Lucerna , está compuesto por:
• Un intercambiador de calor gas/gas de
teflón, que transmite el calor desde la
entrada hasta la salida del lavador. En el
filtro húmedo tienen lugar una fase de
enfriamiento rápido y un procedimiento
de depuración de dos etapas, una etapa
ácida, principalmente para la eliminación
de HCl, y una etapa neutra para la absor-
ción de SO2. A su salida, un eliminador
de neblina en dos etapas garantiza que
la concentración de gotas sea muy baja.
La caída de presión en la boquilla de atomi-
zación abierta del lavador es muy pequeña.
La tecnología utilizada, muy fiable, está ba-
sada en la experiencia obtenida con unas
100 instalaciones, en su mayoría de pro-
ducción de energía a partir de residuos do-
mésticos o instalaciones de calderas de re-
cuperación de sosa.
• La etapa de filsorción tiene lugar des-
pués del lavador de vía húmeda. Puesto
que se trata de un procedimiento en
seco es necesario calentar el gas satu-
rado del lavador. Por eso, sobre el lava-
dor se ha instalado un intercambiador de
calor que aprovecha el calor procedente
de la entrada. La etapa de filsorción está
compuesta por:
• Un reactor para mezclar los aditivos,
secos y finamente molidos, con el gas de
combustión.
• Un filtro especial de mangas de filsorción
para la filtración y adsorción, y para las
reacciones químicas. Este filtro tiene
conductos de entrada verticales y tolvas
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La nueva instalación APC de purificación de gases quemados de Lucerna, Suiza
1 Silo de cal/coque 7 Enfriamiento rápido2 Filtro de mangas 8 Catalizador3 Depósito de agua de emergencia 9 Intercambiadores de calor gas/gas4 Calentamiento 10 Depósito de NaOH5 Intercambiadores de calor gas/gas 11 Evaporador de amoníaco6 Lavador de vía húmeda 12 Almacenamiento de amoníaco
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con paredes inclinadas para impedir que
se formen depósitos de suciedad y polvo
en los que podría originarse un incendio.
Los dispositivos especiales de entrada y
de distribución reparten el polvo y las im-
purezas del gas de combustión por toda
la superficie del filtro. Cada filtro de man-
gas tiene tres compartimentos con regis-
tros de entrada y de salida que permiten
inspeccionarlos individualmente durante
el funcionamiento a plena carga.
Las mangas están hechas con Dralon T
(PAC, poliacrilonitrilo). Las bolsas se limpian
desde el lado de gases limpios, fila a fila,
por medio de impulsos de aire controlados
por válvulas rápidas de membrana acopla-
das a un depósito de aire comprimido a una
presión de 1–2 bar. La inspección y el cam-
bio de mangas se realizan también en el
lado de gases limpios .
El polvo extraído de las mangas con las
pulsaciones de aire se recoge con un trans-
portador helicoidal situado bajo el filtro para
transportarlo a continuación a un silo inter-
medio, desde donde irá al horno de incine-
ración. La alta temperatura de funciona-
miento del horno destruye la materia orgá-
nica (por ejemplo, las dioxinas), mientras
que el exceso de cal hidratada elimina parte
del SO2. El mercurio desprendido a la alta
temperatura de combustión se elimina en el
lavador de vía húmeda, que actúa como
sumidero principal de mercurio.
• Posteriormente a la etapa de filsorción se
ha instalado un ventilador de apoyo que
transporta el gas de combustión a través
del nuevo sistema APC. Puesto que el
gas de combustión está seco, limpio y a
una temperatura de sólo 110 °C, el ven-
tilador opera con una eficiencia muy alta.
Está regulado para mantener constante
la presión previa a los lavadores de vía
húmeda. Puesto que el ventilador está
situado antes de la unidad Denox SCR,
esta parte del sistema APC funciona en
sobrepresión, teniendo que ser, por
tanto, estanca al gas.
• Catalizador para la reducción de NOx ,
que funciona con amoníaco a unos
240 °C de temperatura. Por tanto han de
calentarse previamente los gases de
combustión procedentes de la etapa de
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8
filsorción y del ventilador ID. La opera-
ción se realiza en dos etapas:
• En primer lugar, el gas se calienta desde
110 °C hasta 210–215 °C en un inter-
cambiador de calor gas/gas estanco al
gas . El lado caliente del intercambia-
dor se acopla a la salida del catalizador,
con una temperatura de entrada de 235
10
a 240 °C. Puesto que el gas está muy
limpio y seco, normalmente no es nece-
sario limpiar el intercambiador de calor.
• El calentamiento final de los gases de
combustión anteriormente al catalizador
tiene lugar con vapor a 370 °C y a una
presión de 35 bares, obtenido de las cal-
deras principales en el segundo inter-
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Lavador de vía húmeda instalado en la planta incineradora de Lucerna
1 Desde el filtro electrostático 8 Tratamiento de aguas residuales2 Supresor de neblina 9 Depósito de NaOH3 Limpiador de vía húmeda 10 Enfriamiento rápido4 Boquillas 11 Intercambiador de calor5 Tratamiento de aguas residuales 12 A la unidad de filsorción6 NaOH 13 Depósito de agua de emergencia7 Depósito intermedio
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cambiador de calor. El condensado ca-
liente se recupera como vapor a baja
presión.
El amoníaco, disuelto en agua, pasa por un
evaporador antes de ser distribuido unifor-
memente en el conducto aguas arriba del
catalizador. El catalizador de dos etapas
está montado en un conducto indepen-
diente por el que fluyen verticalmente, hacia
abajo, los gases de combustión. Durante
las paradas de la planta se mantiene seco
el catalizador, que se recalienta antes de re-
anudar el proceso. Antes de arrancarlos se
deriva hacia la chimenea el flujo de gases
de combustión, aún fríos.
Etapa de filsorción en la plantade Lucerna
1 Filtro de mangas2 Registro de entrada3 Depósito de aire comprimido4 Puertas de inspección5 Hacia el sistema Denox SCR6 Mangas del filtro7 Tolva del filtro8 Alimentador de rosca sin fin9 Inyección de cal/coque en polvo10 Hacia el horno de incineración11 Silo de residuos12 Del lavador de vía húmeda13 Reactor
7
Tabla 1:Sistema APC de la planta incineradora de Lucerna: condiciones de entrada y valores de emisión estipuladospor la ley suiza, garantizados por el concepto de purificación total
Concentración de elementos por m3 Concentración normal/máx. Emisiones(gas seco en condiciones normales, 11% O2) en la entrada del nuevo Normas suizas Valores garantizados
sistema APC
Polvo mg 35/50 10 2(Zn+Pb)tot mg 17/25 1 0,2CDtot mg 0,5/1 0,1 0,01
Hgtot mg 0,5/1 0,1 0,01HCl mg 1000/2000 20 1SO2 mg 450/1000 50 10
HF mg 10/30 2 0,2NOx mg 400/500 80 60NH3 mg – – 5Dioxina I-TEQ ng 3/5 – 0,05
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La gran limpieza del gas garantiza una
larga vida útil del catalizador y de los inter-
cambiadores de calor.
Se disponía de muy poco espacio para
el nuevo sistema APC, que fue instalado en
un nuevo edificio de 40 metros de altura
con tres nuevas chimeneas.
Aspectos medioambientales
Con las tres calderas en funcionamiento se
puede incinerar un total de 11 a 13 tonela-
das de residuos por hora. Cada uno de los
dos nuevos sistemas APC, en paralelo, ha
sido dimensionado para controlar el 60%
del flujo total, unos 90000 m3/h. En la Tabla
1 se resumen los valores de emisión garan-
tizados.
También se han garantizado valores para
el flujo de aguas residuales y para la con-
Tabla 2:Sistema APC instalado en la planta incineradora de Lucerna:resultados de la medición de las emisiones y valores garantizados
Elemento EmisionesLínea 1 Línea 2 Garantía
Polvo 0,2 0,1 2(Zn+Pb)total <0,001 <0,001 0,2CDtotal <0,001 <0,001 0,01
Hgtotal 0,001 0,001 0,01HCI 0,01 0,01 1SO2 2,0 0,8 10
HF <0,01 <0,01 0,2NOx 60 60 60NH3 0,3 0,2 5
Dioxina I-TEQ <0,01 <0,01 0,05
Todas las concentraciones están indicadas en mg/m3 para gas normal seco con 11% deO2, excepto para las dioxinas, que se expresan en ng. Los resultados son valores mediosbasados en 2 a 6 mediciones.
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91011
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Las mangas de filtro se inspeccionan y sustituyentrabajando desde la parte de gases limpios.Un sencillo mecanismo permite cambiar rápidamentelas mangas de filtro.
8 Catalizador con intercambiadores de calor de la plantaincineradora de Lucerna
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1 Catalizador2 Intercambiador de calor gas/gas3 Ventilador para la
evaporación de NH3
4 Calefactor5 Depósito de amoníaco/agua6 Evaporador7 Calentamiento final8 Deshumidificador
9 Calefactor eléctrico de aire10 Calefactor a vapor de aire11 Vapor12 Ventilador de gas
de combustión13 De la unidad de filsorción14 Inyección de amoníaco
gaseoso15 Apilar
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centración de impurezas contenidas en el
agua residual que pasa del lavador a la
planta de tratamiento de aguas residuales.
Mediciones de garantía
Las mediciones de garantía se llevaron a
cabo en agosto de 1966, con las líneas de
incineración funcionando en condiciones
prácticamente normales. Realizadas de
acuerdo con los estándares ISO o VDI, las
mediciones confirmaron también que los
valores garantizados de consumo de pro-
ductos químicos se cumplen con un exce-
lente margen de seguridad.
El consumo de energía eléctrica alcanzó
los 400 kW, o 35 kWh por tonelada de resi-
duos incinerados, es decir, el 60 por ciento
del valor garantizado. El caudal de agua re-
sidual del lavador y la cantidad de impure-
zas contenidas en la misma fueron inferio-
res a lo estimado. La Tabla 2 expone los re-
sultados de la medición de emisiones.
Experiencia de funcionamiento
El sistema de depuración APC entró en
servicio en el plazo previsto y desde enton-
ces funciona permanentemente. La expe-
riencia adquirida ha permitido introducir al-
gunas mejoras. Por ejemplo, se han ins-
talado eyectores para el transporte de
polvo desde el depósito intermedio, por
debajo del filtro de filsorción, hasta las lí-
neas incineradoras. Además, el caudal de
aguas usadas en los lavadores había sido
regulado originalmente en función de su
conductividad y variaba demasiado para
un tratamiento eficaz del agua, por lo que
hubo de ser modificado. Las membranas
del indicador y del regulador de los siste-
mas de enfriamiento rápido han sido susti-
tuidas por membranas de tantalio, un ma-
terial que soporta mejor la agresiva atmós-
fera reinante en estas unidades.
Desde su entrada en servicio, «Lucerna
2000» ha demostrado ser una solución muy
fiable y rentable para resolver los problemas
de contaminación atmosférica en las plan-
tas incineradoras de basuras domésticas
destinadas a la producción de energía.
Bibliografía
[1] Schnieper A.: Optimierung von Rauch-
gasreinigungssystemen – am Beispiel der
KVA Luzern. Technische Akademie Esslin-
gen. Curso núm. 16942/13.130.
[2] Carlsson K. B.: Filsorption – a safe ap-
proach for the control of toxic elements in
flue gases. UTA International 1/95.
[3] Klintenheim, E.: KVA Luzern 2000 Los
1 – Weitergehende Rauchgasreinigung,
ABB Fläkt Industri AB, Technical Report
TR/C 7312.002.
Dirección del autor
Arthur Schnieper
KVA Lucerna
Reusseggstrasse 15
CH-6020 Emmenbrücke
Suiza
Kurt B. Carlsson
ABB Fläkt Industri AB
S-351 87 Växjö
Suecia
Telefax: +46 470 877 22
E-mail:
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Intercambiador de calor gas/gas QGB de Fläkt, para precalentar el gasque pasa al catalizador SCR
1 Entrada de gas de combustión 3 Desde el catalizador2 Gas de combustión purificado 4 Gas de combustión hacia el catalizador
hacia la chimenea
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