Central de trigeneración con biomasa

Los servicios que presta una planta de trigeneración son:

1. Generación de vapor para el proceso productivo.
2. Calor y Frío para climatización.
3. Agua caliente y agua fría para proceso productivo.
4. Energía eléctrica para el proceso.

La central de trigeneración suministra el agua caliente y fría, vapor y electricidad utilizados en el proceso industrial de una fábrica, proceso que comienza a partir de una caldera de aceite térmico que produce el vapor que será utilizado en el proceso industrial y la electricidad a partir de una turbina eléctrica.
Una segunda línea disipa el calor del fluido que mueve la turbina y producirá agua caliente para el proceso productivo y para la calefacción de las instalaciones.

La innovación tecnológica se lleva al extremo utilizando la tecnología de absorción que permite obtener agua fría (utilizada en la climatización y en el proceso industrial) a partir del agua caliente producida en la central de trigeneración.

Descripción de la instalación

La Central Térmica de Biomasa que se compone de:

• Hogar de biomasa con una caldera de aceite térmico de 4.810 kW.
• Generador de 2,6 t/h de vapor saturado a 12 bares a partir de aceite térmico proveniente de la caldera.
• Módulo ORC (Organic Ranking Cycle) de 617 kW de potencia eléctrica bruta que proporciona 2.600 kW de potencia térmica al agua con un salto de 80/60ºC.

Y sus aplicaciones son:

• Producción de agua caliente de lavado.
• Producción de agua caliente para ósmosis.
• Producción de agua fría para proceso y climatización a través de máquinas de absorción.
• Producción de agua caliente para calefacción.
• Producción de agua caliente para el secadero de lodos.

Componentes de la instalación

Silo-almacén de combustible

El almacén de acopio de biomasa de 6.500 m3,  permitirá tener almacenados 2.000 m3 de astilla, aproximadamente 550 toneladas.
El silo diario con suelo móvil, con paletas empujadoras que, movidas hidráulicamente, son encargadas de empujar la biomasa hasta el empujador que comunica con el canal de alimentación. Sus casi 60 toneladas de astilla, permiten un funcionamiento continuo de la caldera durante al menos 36 horas.

Sistema de combustión de biomasa y caldera de aceite térmico

La biomasa es conducida por un empujador hidráulico hasta el interior del hogar de combustión.

Los gases de combustión procedentes de la cámara de combustión pasan por una serie de ciclones y filtros que aseguran la reducción al mínimo de las partículas en suspensión. Se ha instalado de un filtro electrostático que reducirá las partículas emitidas a la atmósfera por debajo de 50 mg/Nm3.

Las cenizas de la combustión son extraídas del hogar mediante un tornillo sinfín y posteriormente transportadas hasta los contenedores correspondientes mediante cintas transportadoras movidas hidráulicamente.

La caldera de aceite térmico compuesta de dos serpentines concéntricos que permiten el paso de gases de escape entre ambos. Dispone de una serie de bombas, elementos de medida y elementos de seguridad, que se activarán en caso de fallo en la bomba del circuito primario.

A la salida de la caldera de aceite térmico, se instalan dos economizadores (alta y baja temperatura) que permitirán un aprovechamiento de los gases de escape y un ciclón encargado de reducir las partículas en suspensión hasta 150 mg/m3.

El sistema de precalentamiento de aire primario permite un mayor aprovechamiento de los gases de escape y una mejora de la combustión.

Chimenea

Desde el filtro electrostático, los gases ya limpios y con temperaturas próximas a los 185 ºC, son conducidos hacia el conducto de humo de acero inoxidable en su interior con 60 mm de aislamiento de lana de roca y recubierto con una segunda pared de acero lacado. El diámetro interior de la chimenea es de 710 mm y la altura 25 m.

Sala de depósitos

Producción de frío con máquina de absorción; la producción de frío se consigue con una máquina de absorción de simple efecto de 1.200 kW que emplea agua como refrigerante y una solución de bromuro de litio (absorbente) y permite obtener una temperatura de salida del agua de 6/7ºC, funcionando con un rendimiento del 70 % y una acumulación adecuada de 50.000 litros para cubrir la demanda de frío del proceso.

La torre de refrigeración elegida en el proceso es capaz de refrigerar 347 m3/h de agua de 37ºC hasta 30ºC.

Producción de calor; se instalan 2 depósitos de 50.000 l cada uno, para poder cubrir la demanda de la fábrica. En esta sala se encontrarán también los colectores de distribución de calor y frío así como los distintos grupos de bombeo para las distintas aplicaciones.

Sala de generación de vapor; un equipo generador de vapor a partir de aceite térmico proveniente de la caldera, produce 2,3 t/h de vapor saturado a 12 bares con una capacidad de 15.000l, permitiendo de ese modo cubrir posibles incrementos temporales de la demanda de vapor. Se alimenta de un depósito de 5.000 l de agua de alimentación del equipo generador de vapor que recoge los condensados provenientes de las aplicaciones de fábrica. El depósito tiene incorporado un intercambiador de aceite de 100 kW que permite mantener la temperatura del agua en su interior cercana a los 100 ºC.

Sala de producción de energía eléctrica. Módulo ORC; en la sala de producción de energía eléctrica está el módulo ORC (Organic Ranking Cycle) de 617 kW de potencia nominal. El módulo trabaja en ciclo cerrado con una silicona orgánica.

Los elementos del módulo son los siguientes:

• Intercambiador de calor aceite térmico/silicona orgánica.
• Evaporador, donde cambiará de estado la silicona orgánica aportando calor con el aceite térmico.
• Generador, donde se expandirá la silicona orgánica a su paso por la turbina.
• Regenerador encargado del precalentamiento de la silicona orgánica que va al evaporador desde la salida del condensador.
• Condensador, encargado de licuar la silicona orgánica, aportando calor al agua empleada en cubrir la demanda térmica de la fábrica.
• Bomba, encargada de hacer circular la silicona orgánica por todos los elementos.

La silicona orgánica es calentada hasta pasar a estado vapor por el aceite térmico. El fluido en estado vapor pasa por la turbina del generador de producción eléctrica. Al condensador llega la silicona en estado vapor después de su paso por la turbina y en él se produce el intercambio de calor con el agua a calentar, condensando la silicona, que es de nuevo precalentada y evaporada cerrando el ciclo.

Sala de control; el control de todas las máquinas así como de la energía eléctrica de cogeneración y térmica producida, se realizará informáticamente desde la sala de control mediante PLCs. Desde la sala de control se visualizan los distintos parámetros de funcionamiento instalados en la central, además de consumos y producciones, todo ello en tiempo real.

El software de control presta especial cuidado al control de las emisiones y temperatura de combustión, visualizándolos en tiempo real para todos los estados de carga de la caldera.

Sistemas de seguridad; todos los componentes de la caldera, así como de los elementos que trabajen con el aceite térmico cumplen los parámetros indicados en la normativa DIN 4754.

Los elementos de seguridad de la caldera son los siguientes:

• Sistema de alimentación del combustible mediante un empujador hidráulico compartimentado que asegura la estanqueidad y evita la comunicación entre hogar y silo de biomasa.
• Sistema de rociadores a lo largo del empujador desde el silo diario hasta el hogar de combustión, que se accionarán bajo elevadas temperaturas en el interior del empujador.
• Control de los parámetros de funcionamiento del hogar y de la caldera de aceite térmico: regulación de la depresión en la cámara de combustión, control de temperaturas, temperatura del aceite térmico, funcionamiento de bombas, etc.
• Refrigerador de emergencia del aceite térmico con agua de red.
• Grupo electrógeno de emergencia con equipo de bombeo que permitirían la circulación del fluido térmico en caso de fallo de corriente en la instalación.
• Elementos de medida y control del fluido térmico.

Circuitos hidráulicos; son los siguientes:

• Circuito primario de aceite térmico: conecta la caldera de aceite térmico con el módulo ORC, el generador de vapor, depósito de alimentación del generador de vapor y los intercambiadores aceite/agua.
• Circuito primario de agua: circuito de agua caliente encargado de transferir la energía térmica desde el condensador del módulo ORC (cogeneración) y/o de los intercambiadores aceite/agua hasta los depósitos de inercia pulmón de 50.000 l
• Circuito secundario (agua fría/agua caliente): interconecta los colectores de frío y calor con las aplicaciones situadas en la fábrica.
• Circuito de vapor: interconectará el generador de vapor situado en la Central de Térmica con el colector actual de proceso, situado en la actual sala de calderas de la fábrica.

Central de trigeneración en Burgos

La implantación de esta tecnología es un hecho. Hace ya unos años que una importante empresa líder en el sector cosmético, ubicada en el polígono Villalonquéjar de Burgos, asumió el compromiso de rebajar sus emisiones de CO2 dentro de su Plan Estratégico a nivel internacional, y en este sentido, aprobó el desarrollo y ejecución del proyecto que finalmente incluyó la instalación de una central de trigeneración de biomasa en sustitución de los sistemas energéticos basados en energías convencionales fósiles.

Este proyecto se convirtió en el primer proyecto industrial en España que combina una trigeneración de energía con uso de biomasa y la tecnología fotovoltaica consiguiendo abastecer de vapor, agua caliente, agua fría y electricidad a una fábrica generando el 100% de sus necesidades energéticas para su actividad de fabricación.