Análisis energético y optimización del uso de vapor de agua utilizado en un proceso de secado de arena silícea

Abstract

[ES]En este trabajo de fin de grado (TFG) se analizará el uso eficiente de la energía en parte de un proceso de secado de arena silícea en una planta industrial perteneciente al grupo SIBELCO situada en Robilante (Cuneo, Piamonte, Italia). Concretamente el trabajo se centrará en el consumo energético y emisiones relacionadas con la generación de calor necesario para el secado de arena que es obtenido a través de dos calderas de vapor y un sistema de cogeneración (CHP) recientemente instalado. El equipo de cogeneración mejora notablemente la eficiencia del sistema energético de la planta en su conjunto al producir energía eléctrica más barata que la suministrada por la red. Además, el equipo entrega calor a través de los gases de emisión y el circuito de refrigeración del motor, calor que, convenientemente recuperado (producción de vapor, intercambiadores…), se utiliza para secar arena silícea y climatizar de los edificios industriales. Sin embargo, el CHP es el responsable a su vez de aumentar las emisiones de NOx más allá de los límites establecidos en la licencia de actividad de la planta industrial. Por ello, la generación de vapor no puede utilizarse a su máxima capacidad a fin de incrementar la producción de arena y/o cumplir siempre con la especificación de humedad establecida para el producto, evitando pérdidas de rendimiento (OEE) por baja calidad. En este TFG se ha procedido a la evaluación de alternativas para recomendar una solución óptima a esta problemática. Como conclusión, el trabajo recomienda con carácter general revisar y reducir el aire de combustión en las calderas y el sistema de cogeneración para disminuir las emisiones de NOx, y propone tres posibles soluciones: (1) Recuperación de calor a partir de los gases de emisión (2) Producción de calor (y vapor) mediante quemadores secundarios hasta el límite de las emisiones permitidas (3) Tratamiento de las emisiones mediante un equipo de SCR para disminuir el contenido de NOx.

[EN]In this dissertation (TFG) the efficiency in energy use of a part of the sand drying process from an industrial plant belonging to SIBELCO company located in Robilante (Cuneo, Piamonte, Italy) will be analyzed. The understanding and analysis of the system will focus on the energy consumption and emissions related with the generation of heat needed for drying by two steam boilers and newly installed cogeneration system. The cogeneration system significantly improves the efficiency of the plant’s energy system by producing electricity cheaper than the one supplied by the grid. In addition, the equipment delivers heat through the emission gases and the engine refrigeration circuit, heat that, conveniently recovered (steam generation, heat exchangers), is used to dry sand and air conditioning of industrial buildings. However, the CHP is responsible for increasing NOx emissions beyond the limits established in the license of the industrial plant activity. Therefore, steam generation cannot be used to the maximum capacity in order to increase the production of sand and/or always comply with the humidity specification established for the product in order to avoid yield losses due to poor quality. This TFG has evaluated the alternatives to recommend an optimal solution to this problem. As a conclusion, the work recommends reviewing and reducing combustion air in the boilers and the cogeneration system to reduce NOx emissions, and proposes three possible solutions: (1) Heat recovery from the emission gases (2) Production of heat (and steam) by secondary burners up to the limit of permitted emissions (3) Treatment of emissions by SCR equipment to reduce NOx content.

[EU]Gradu amaierako lan honetan (TFG), SIBELCO enpresako instalazio industrial baten hondar sikatze prozesu parte baten energiaren erabilera efizientea ikertuko da, Robilanten (Cuneo, Piamonte, Italia) kokatuta dagoena. Hondarra sikatzeko beharrezko bero sorkuntzarekin lotutako kontsumo energetiko eta emisioetan zentratuko da zehazki lana. Gaur egun bi lurrun galdara eta instalatu berri den kogenerazio sistema baten bidez lortzen da aipatutako beroa. Ekipamendu berri honek sistema energetikoaren efizientzia nabarmenki hobetzen du, saretik hartutako energia baino merkeago ekoizten duen einean. Gainera ekipoak beroa ematen du emisio gas eta hozketa zirkuitoaren bitartez, hondarra sikatzeko eta eraikuntza industrialaren aire giroketarako erabiltzen dena. Hala ere, indarrean dauden legezko mugetatik gora NOx emisioak handitzearen arduraduna da aldi berean. Beraz, kalitate baxuagatik errendimendu galerak (OEE) ekiditeko helburuarekin, hondar ekoizpena handitzeko eta/edo produktuaren hezetasun mugak etengabe betetzeko, ezin da lurrun sorkuntza kapazitate maximoan ibili. TFG honek arazoari aurre egiteko alternatiba ezberdinak ebaluatu ditu. Ondorio moduan, lanak galdara eta kogenerazio sistemako errekuntza airea ikertu eta murriztea gomendatzen du, NOx emisioak txikitu ahal izateko. Gainera hiru soluzio proposatzen ditu: (1) emisio gasetatik beroa berreskuratu (2) Baimendutako emisio mugak gainditu barik erregailu sekundarioen bitartez bero (eta lurrun) produkzio handitu (3) NOx edukiera murrizteko SCR ekipamenduaren bitartez emisioak tratatu.