El secat tèrmic a la industria
Primer secador industrial Any 1727 a Anglaterra Secat de fusta per construcció naval
Secats artesanalsPells, fustes, paper , ceràmiques, maons....
Sector industrial Tecnologia de secat Material assecat
Cimenteres /Àrids Secadors rotatius Minerals/ Carbó / Coque de petroli
Farmacèutic Secat per pulverització(Spray Drying)
Sintetitzats líquids
Alimentari Secat per pulverització Llet i demes preparats en pols
Alimentari /Agrícola Secat por llit fluidSecador de canals o cascada.Secador de cinta
Blat de moro, arròs , cafè , civada , patates, fruits secs, herbes, pa ratllat
Químic Secat por llit fluid Polímers, conglomerats
Ceràmica Secat per pulverització Suspensions líquides de ceràmica
Pintura Secat per pulverització Pigments
Actualment
El secat tèrmic a la industria II
• Secador de patates tipus chip
• Secador de pigments
• Secador de pinso de gossos • Secador de pa ratllat
• Secador de carbó
• Secador de polímers
• Secador de paper
Tecnologies de secat
El secat tèrmic és l’ús de l’energia calorífica per evaporar l’aigua, o substàncies volàtils, que conté un producte
Secat directe Secat indirecte
Hi ha un contacte físic directe entre el material a secar i fluid calent
Mecanisme de transferència: Convecció
El material a secar i la font de calor per secar-ho estan separats per un transmissor sòlid
Mecanisme de transferència: Conducció
Secat
Mixt
Secadors rotatius
Secadors per pulverització o atomització
Secadors de llit fluid
Secadors de cinta
Secadors de discos
Secadors de safates
Secadors de capa fina
Pot existir o no recirculació de part del material sec a la entrada del secador per tal de millorar el rendiment de la instal·lació
Tecnologies de secat aplicades a llots de EDAR´s
Seca
t D
IREC
TETambor rotatiu
Secador de cinta STC
Secador de la firma Andritz
Secador de la firma STC
Secador de llit fluid
Secador de la firma Andritz
(Amb recirculació o sense)
(Sense recirculació)
(Amb recirculació)
Secador de la firma Vandenbroek
Tecnologies de secat aplicades a llots de EDAR´s
Seca
t IN
DIR
ECTE
Secador vertical de safates
Secador horitzontal de discos
Secador de la firma Komline
Secador de la firma Képpel Seghers
Secador de la firma Atlas-Stord
(Amb recirculació)
(Amb recirculació)
Tecnologies de secat aplicades a llots de EDAR´s
Seca
t MIX
T
Turbosecador VOMM
Secador de la firma VOMM
(Sense recirculació)
Degremont Tecnologies
Innodry (Sense recirculació)
Secador de la firma Innoplana
Distribució de Tecnologies a Catalunya
Plantes de tractament tèrmic a Catalunya. Dades facilitades per la ACA
El 69% de la capacitat nominal instal·lada actualment a Catalunya son secadors basats en el secat mixt , el 18 % secats directes , i el 12% son indirectes.
A la planta de tractament tèrmic del Besòs s’instal·laran quatre línees de secat directe amb la tecnologia de cinta de la firma STC , amb una capacitat anual total de 120.000 tm d’aigua evaporada /any (55.000 tm MS/any).
Un cop finalitzin les obres al TT de Besòs, a Catalunya hi haurà una capacitat instal·lada suficient per tractar tèrmicament el 85 %de tots els llots generats.
tm MS
Planta TT Nominal Tipus Tecnologia Fabricant
( Besòs ) ------------------- ------------------- ------------------------------ -------------------
Banyoles 4.119 Mixt Rotatiu VOMM
Granollers 4.257 Directe Rotatiu Andritz
Mataró 5.625 Mixt Rotatiu VOMM
Montornés 3.909 Indirecte Discos Horizontals Atlas Stord
Prat 24.270 Mixt Rotatiu VOMM
Rubí 7.069 Directe Llit Fluid Andritz-Vatech
Sabadell 3.800 Indirecte Safates vertical Segher
Vic 9.200 Mixt Rotatiu VOMM
Distribució de Tecnologies a Espanya
Plantes de tractament tèrmic a Espanya. Dades facilitades pels fabricants de secadors
• El 76 % de la capacitat nominal instal·lada actualment a Espanya excloent-hi les instal.lacions a Catalunya son secadors basats en el secat directe.
• La capacitat de secat tèrmic instal·lada actualment a Espanya permetria tractar el 30 % dels llots generats anualment (1.119.741 TmMS a l’any 2005 segons el Resgistro Nacional de Lodos del MAPA)
• No hi ha dades quantitatives de la producció de les plantes de secat tèrmic actualment en operació a Espanya
Planta TT tm MS Nominal /any Tipus Tecnologia Fabricant
GALINDO 32.500 Mixt Rotatiu VOMM
BAIÑA (Asturias) 1.250 Directe Banda STC
VALLADOLID 10.000 Directe Rotatiu Vandenbroek
IBI 1.500 Directe Banda STC
EDAR SUR 72.500 Directe Rotatiu Vandenbroek
REZA 1.750 Mixt Rotatiu Sernaggiotto
LEON 3.750 Directe Rotatiu Vandenbroek
VILLAPEREZ 7.000 Directe Centridry Humbold
BUTARQUE 27.500 Directe Rotatiu Vandenbroek
BAJO BIDASOA 1.613 Directe Llit Fluid Nara
QUART- BENAGER 10.000 Mixt Rotatiu VOMM
MAQUA 6.000 Mixt Rotatiu VOMM
LOIOLA 12.500 Directe Rotatiu Vandenbroek
GUILLAREI 2.250 Directe Banda STC
MOTRIL 3.750 Directe Banda STC
GUADALHORCE 18.750 Directe Banda STC
FUENGIROLA 5.750 Directe Llit Fluid Andritz-Vatech
LOECHES 25.000 Directe Llit Fluid Andritz-Vatech
BENS (Coruña) 12.500 Mixt Rotatiu VOMM
Avantatges competitives del TT
1. Es un procés que permet reduir el volum de llot a disposar , el que es tradueix en un estalvi de costos de transport, emmagatzematge i manipulació.
2. Es un procés que produeix un fang lliure de patògens.
3. Es un procés que permet donar al llot un valor afegit com a combustible ,biomassa, que pot ser utilitzada com a substitutiu dels combustibles fòssils.
4. Es un procés que permet l’aprofitament tèrmic del calor residual de plantes amb excedent de potència calorífica.
5. Es un procés que es una etapa prèvia obligada per altres tecnologies de tractaments de llots com la gasificació ,la piròlisi o la incineració.
6. Es un procés que ens ajuda a complir les prioritats per l’ús de llots de EDAR marcades al Pla Nacional de Lodos (Aplicació al sòl, valorització energètica i dipòsit a abocadors)
Dificultats actuals
• Baixa productivitat , com a conseqüència de rendiments d’evaporació pobres i poca disponibilitat dels equips
• Possibilitat d’incidents/accidents relacionats amb incendis i/o explosions als propis secadors o als elements auxiliars
Baixa productivitat . Factors d’influència
Industria General
Propietats del producte a secar conegudes i controlables prèvia a l’entrada del secador , el que comporta un procés de secat més estable
Producte a secar amb valor afegit (marge comercial) que justifica un seguiment exhaustiu de la marxa de la instal·lació
Els operadors estan habituats a un entorn tecnològic de procés fabril a on han de controlar molts paràmetres i actuar segons procediments i instruccions establertes
Dimensionat de la instal·lació i utilització de materials per a la seva construcció correctes degut a l’experiència acumulada
El manteniment preventiu i predictiu son la pràctica habitual
Hi ha un coneixement profund per part del fabricant del equip secador, del procés i els seus paràmetres claus d’operació.
EDAR
Propietats del fang no homogènies i variables en el temps que es tradueixen en oscil·lacions en el procés de secat
Les exigències dels processos tradicionalment relacionats amb la indústria del tractament d’aigües residuals , son inferiors a les que demanen els tractaments tèrmics
Infradimensionat de les línees i utilització de materials que pateixen erosions i atacs químics degut a poca experiència en el secat de llots
La gestió del manteniment es basa majoritàriament en el manteniment correctiu
Hi ha una continua evolució dels equips ofertats al mercat arrel de les experiències d’explotació , Hi ha un binomi d’aprenentatge entre l’explotador i el fabricant amb encerts i errades.
Risc d’incendis / explosions . Factors d’influència
L’entrada en vigor del RD681/2003 com a transposició de la Directiva europea sobre atmosferes explosives 94/9/CE , ha propiciat l’estudi en profunditat dels riscos existents a les plantes de secat derivats de les propietats combustibles del llots de depuradora
Caracterització del llot sec(Sensibilitat a la inflamació i severitat d’ explosió)
Avaluació de riscos+
Mesures Tècniques +
Mesures organitzatives
Mesures tècniques de protecció activa:
- Evitar fuites de pols, per garantir la NO formació de núvols combustibles
- Evitar l’aparició de fonts d’ignició
- Facilitar i controlar la permanència estable d’una atmosfera inert
Mesures tècniques de protecció passiva
- Panells de venteo o vàlvules de seguretat
- Sistemes supressors d’explosions
- Sectorització de zones per evitar la propagació de l’explosió
Mesures organitzatives:
- Definir l’estructura organitzativa més adequada
- Definir canals de comunicació
- Redacció i implantació de procediments i instruccions de treball que serveixin de guia per qualsevol operació a realitzar a la planta
- Informació i formació exhaustiva i periòdica de tot el personal
- Realització de simulacres de situacions crítiques
- ....
Accidents 0
El major número d’incidents/accidents a les plantes de secat es produeixen :
Durant el transitoris de posta en marxa i parada de la instal·lació
Maniobres errònies
ObjectiuEliminar el risc de formació d’atmosferes explosives o, quan no sigui possible, evitar la ignició de les mateixes i minimitzar els seus efectes si finalment s’esdevé
Planta de TT del Prat
El TT consta de quatre línees de secat del constructor VOMM
La capacitat d’evaporació de disseny per línia en condicions d’operació és de 2.500 KgH2O/h
La capacitat total de tractament de la planta és de 26.600 TmMS/any, evaporant-ne 75.000 Tm H2O/any, considerant, 7.500 hores de funcionament/any i unes sequedats d’entrada i sortida del 25% i 85% respectivament
El secador és de mecanisme mixt, convecció(33%)-conducció(66%), utilitzant un cilindre de doble paret fix envoltat d’oli tèrmic que el manté calent i una corrent d’aire també calent, la principal funció del qual es arrossegar el flux de fang a través del secador
L’aportació energètica prové en un 60% de la producció de calor a calderes d’oli tèrmic que funcionen exclusivament amb el biogàs produït a la planta i en un 40% del calor aprofitat dels gasos d’escapament del motors de cogeneració de planta que funcionen amb Gas Natural en les franges elèctriques punta i llana (16 hores/dia en dies laborables)
La seguretat contra incendis i explosions es basa en la atmosfera inert creada pel vapor d’aigua procedent del mateix fang en el procés de secat o be per l’evaporació d’un spray d’aigua situat a la capçalera del turbosecador
La planta de TT del Prat disposa de dos sitges de 100m3 de capacitat cadascuna a les qual arriba el fang sec mitjançant dos elevadors de cangilons , tant les sitges com els elevadors es mantenen inertitzats mitjançant l’aportació en continu de N2. Addicionalment els elevadors disposen de supressors d’explosió activats per detectors de pressió i detectors òptics de flama.
La totalitat del fang processat en aquesta planta de secat procedeix de la mateixa EDAR Prat, essent un fang procedent de digestió anaeròbia i prèviament deshidratat mitjançant centrífugues.
La producció actual del fang de la EDAR se situa en 42 TmMS/dia, valor inferior a la capacitat de tractament nominal de la planta de secat
Encara que per disseny es disposa d’una capacitat nominal superior a la requerida , no s’ha assolit la fita d’assecar de forma continuada tot el fang produït a la EDAR
Situació actual del TT del Prat
% Tipus de tractament vs. producció total EDAR en MS
0%
20%
40%
60%
80%
100%
%Fang Sec %Fang Deshidratat
%Fang Sec 64% 71% 80%
%Fang Deshidratat 36% 29% 20%
2005 2006 2007
MOTIUS:
Baixa productivitat , com a conseqüència de rendiments d’evaporació pobres i poca disponibilitat dels equips
Disseny i implantació de millores per augmentar la fiabilitat i la seguretat de la instal·lació
Productivitat. Corba Crítica
nº hores-línia mes requerides
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000
KgH2O/h
Hor
es-lí
nea
2005
2006 2007
EXCEDENT DE CAPACITAT
DEFECTE DE CAPACITAT
Actualment el punt de treball del TT del Prat es troba sobre la corba crítica , com a conseqüència d’ haver millorat notablement:
- El rendiment d’evaporació
- El factor d’utilització de les línees de producció
Productivitat. Paràmetres clauAugment del Factor d’utilització
Redisseny dels rodaments del rotor del turbosecador Modificació del traçat de la canonada d’entrada d’oli tèrmic a la
camisa del secador i canvi dels absorbidors de dilatacions per tal de suportar les sol·licitacions reals del sistema evitant deformacions i fissures.Modificació de les bancades de soportació del ventilador principal
i bescanviador d’oli per tal de minimitzar les vibracions i la seva transmissió amb la finalitat de evitar l’aparició d’esquerdes en el circuit d’aire.Muntatge de registres d’inspecció i accés en diferents punts de la
instal·lació per tal de verificar estat d’erosions, atacs químics i / o dipòsits de fang que poden afectar al rendiment i/o a la seguretat de la instal·lació. Tots aquests punts son inspeccionats cada cop que es fa una aturada de línea per neteja.Seguiment d’equips crítics mitjançant l’estudi de vibracions (manteniment predictiu)Substitució de materials en les zones que s’han evidenciat més
exposades al desgast per l’efecte abrasiu del fang sec:Conus dels ciclons . Acer AntidesgastCanals de sortida dels secadors. Formigó Colzes i canvis de secció. Acer antidesgast
% Utilització=Hores funcionament / hores totals
79% 84%
57%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
2005 2006 2007
% Utilització
Augment del Rendiment d’evaporació
Instal·lació de dosificadors de fang deshidratat a la alimentació de les línees de secat , per tal de poder aconseguir un control fiable i a la vegada un millor regularitat en el cabal d’alimentació.
Programació d’algoritmes de control automàtic del cabal d’alimentació de fang deshidratat en funció del estat de les variables principals de la instal·lació de secat.
Rendiment d'evaporació
1.903 KgH2O/h
1.557 KgH2O/h
0 KgH2O/h
200 KgH2O/h
400 KgH2O/h
600 KgH2O/h
800 KgH2O/h
1.000 KgH2O/h
1.200 KgH2O/h
1.400 KgH2O/h
1.600 KgH2O/h
1.800 KgH2O/h
2.000 KgH2O/h
Promig 2005-2007 Nova alimenatció
Promig 2005-2007 Nova alimenatció
+ 22 %
Mesures de protecció davant del risc ATEXMesures tècniques
Instal·lació de mesuradors en continu d’O2 ( un per cada línea)en el bucle de gasos circulants, amb un sistema d’inertització associat amb inserció de N2 en diferents punts crítics de la instal·lació per garantir valors segurs de treball.Unions equipotencials a tots els acoblaments no metàl·lics de la instal·lació per tal d’evitar descàrregues electrostàtiques que podrien actuar de font de ignició.Substitució de les mànigues de càrrega del producte sec a camions per mànigues aptes segons la classificació ATEX de la zona.Instal·lació d’una pica de terra i connexions mitjançant pinces dels camions(remolc i tractora) per tal d’evitar descàrregues electrostàtiques que podrien actuar de font de ignició durant elprocés de càrrega de camions.Redundància del sistema de Inertització per spray d’aigua amb la instal·lació d’un circuit independent capaç d’introduir aiguaprocedent de la línea d’abastiment d’aigua potable a planta al assecador.Inertització amb N2 de les tremuges de descàrrega de pols seca des dels ciclons i el circuit de cargols transportadors fins alselevadors de cangilons.Substitució de les roto-vàlvules de sortida dels ciclons per unitats amb una tolerància menor d’ajust rotor-estàtor perseguint dos objectius:
Incrementar l’estanquitat del sistema Actuar de barrera davant un foc o explosió
Redisseny de la tremuja de recollida de material i el seu transport des del cicló fins al cargol transportador per tal de disminuir fregaments i acumulacions no desitjades de fang sec.
Mesures Organitzatives
Elaboració i implantació del Document de Protecció Contra Explosions
Elaboració i implantació de procediments d’operació normal
Elaboració i implantació de procediments en cas de fallada
i/o emergència
Elaboració de guies visuals d’actuació ràpida en cas de fallada i/o emergència
Formació d’operació per part de tècnics de VOMM
Formació en riscos ATEX per part d’experts a tot el personal relacionat amb secat , tant de producció com de manteniment
Definició i implantació de conductes de comunicació de nous riscos i feedback des dels tècnics a tot el personal relacionat amb el secat
Detecció i anàlisi de possibles causes d’incidents relacionats amb incendis i/o explosions als propis secadors o als elements auxiliars. Metodologia AMFE (Analisis Modal de Fallos y Efectos, NTP679)
Inspecció de conformitat amb el R.D. 681/2003 (ATEX) per
part d’un organisme d’inspecció acreditat per ENAC
A l’any 1998 al Regne Unit apareixen les necessitats de:
• Reduir volum de llots
• Obtenir un producte lliure de patògens
Consolidació d’experiències
Construcció de 40 plantes de secat tèrmic
Problemàtiques de seguretat (Del 1997 al 2002 , 8 incendis i 7 explosions)
Control estricte per part de la HSE (Health and SafetyExcutive) prèvia elaboració del informe HSE 874/9 a l’any 2001
Agrupació dels explotadors creant-ne el UK Dryer User Group
Revisió conjunta del document HSE 874/9 a l’any 2005 per adequar les plantes a la normativa ATEX
Grups de treball i reunions periòdiques per millorar la operació de les plantes de TT
• A Noruega, l’any 2002 i tot seguint l’exemple del Regne Unit , es va crear el Norwegian Dryer User Group, com associació dels explotadors de les plantes de TT a tot el país, amb els mateixos objectius que l’associació anglesa
• Periòdicament hi ha contactes entre ambdues associacions , amb la qual cosa es pot parlar d’un intercanvi inter-europeu d’experiències .
Seguretat
Productivitat
L’any 2006 a Catalunya es van generar un total de 134.725 TmMS de llots , de les quals es van assecar tèrmicament 50.061tMS , es a dir un 38% del total.
Conclusions
Tal i com s’ha exposat , el secat tèrmic és una opció viable i consolidada en el tractament de llots , existint fins i tot dos associacions d’explotadors a nivell europeu que s’enriqueixen entre si amb les seves experiències
Les instal·lacions de secat son plantes a on hi té lloc un procés productiu complex i amb riscos inherents elevats i que per tant necessiten per ser explotades correctament i assolir resultats d’operació òptims , dintre d’un entorn de treball segur , un personal de producció i de manteniment amb una base tècnica sòlida i en continua formació
La seguretat davant dels riscos ATEX ha de ser un dels pilars en els que basar l’estratègia d’explotació de la planta , amb l’objectiu d’arribar a un complement perfecte entre les mesures de protecció i la operativitat de les línees
Per altra banda , les corbes d’aprenentatge i optimització en el secat de llots, tant en modificacions de la instal·lació com en experiència del personal, moltes vegades son compartides amb el constructor o fabricant del equip, de forma que establir una relació de “partner” amb ell , pot agilitzar la optimització de funcionament de la planta de tractament tèrmic.