COMBUSTIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS MUNICIPALES EN UN SISTEMA DE
21 de Enero de 2013
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COMBUSTIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS MUNICIPALES EN UN SISTEMA DE
LECHO FLUIDIZADO EXPERIMENTAL
Combustion of municipal solid wastes in an experimental fluidized bed system
G López-Ocaña, RG Bautista-Margulis , JR Hernández-Barajas, RA Saucedo-Terán, HO Rubio-Arias
(GLO)(RGBM)(JRHB) División Académica de Ciencias Biológicas, UJAT. 0.5 km Carretera Villahermosa - Cárdenas.
Villahermosa 86000 Tabasco, México. margulis@cicea.ujat.mx
(RAST) Campo Experimental Campana-Madera, Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias
(HORA) Facultad de Zootecnia, Universidad Autónoma de Chihuahua, Chihuahua, Chih., México
Artículo recibido: 23 de abril de 2007, aceptado: 5 de mayo de 2008
RESUMEN. La incineración vía combustión en lecho fluidizado es una tecnología limpia que se emplea en el tratamiento
de residuos sólidos municipales (RSM) y sus principales virtudes son la reducción del volumen de residuos así
como la recuperación potencial de energía. En este contexto, se evaluó la eficiencia de combustión y la emisión de
gases de un prototipo experimental de lecho fluidizado para el tratamiento térmico de RSM generados en Villahermosa,
Tabasco. Se realizaron cinco pruebas experimentales utilizando RSM colectados en el centro de la ciudad. Las pruebas
experimentales se llevaron a cabo bajo las siguientes condiciones: exceso de aire de 281 %, un tamaño de partícula de
arena de 0.8 mm y una altura estática de lecho de 0.2 m. La eficiencia de combustión varió de 54 a 82% a una temperatura
de lecho entre 770 y 914 C, y fue correlacionada significativamente con un modelo de regresión de mínimos
cuadrados (R2 = 0.87; p < 0.01). A temperaturas menores a 820 C, la composición y la falta de homogenización de
los RSM afectaron la eficiencia de combustión (54 - 64 %), ya que produjeron un incremento de las emisiones de CO
(1 092 ppm). Sin embargo, a temperaturas de lecho mayor a 850 oC, se alcanzaron altas eficiencias de combustión
(80 - 82 %), en donde las concentraciones máximas de emisiones para SO2 (55 ppm) y NOx (32 ppm) no superaron
los niveles máximos permisibles establecidos en la NOM-098-SEMARNAT-2002. El prototipo experimental propuesto
demostró ser técnica y ambientalmente factible para el tratamiento de RSM vía la tecnología de lechos fluidizados.
Palabras clave: Eficiencia de combustión, residuos sólidos municipales, lecho fluidizado.
ABSTRACT. Incineration via fluidized-bed combustion is a clean technology which is employed in the treatment of
municipal solid waste (RSM) and its main capabilities are volume reduction and the possibility of energy recovery. In this
context, the combustion efficiency and flue gas composition of an experimental fluidized-bed prototype were evaluated
after RSM thermal treatment generated in Villahermosa, Tabasco. Five experimental tests were conducted by using
RSM collected in the city downtown. The experimental tests were carried out under the following conditions: excess air
of 281 %, bed particle size of 0.8 mm and static bed height of 0.2 m. The combustion efficiency varied from 54 to 82%
at a bed temperature between 770 and 914 C, being significantly correlated to a minimum square regression model
(R2 = 0.87, p < 0.01). At bed temperatures lower than 800 C, the RSM’s composition and inhomogeneity affected the
combustion efficiency (54 - 64 %), giving rise to an increase in CO emissions (1 092 ppm). At bed temperatures greater
than 850 C, however, high combustion efficiencies (80 - 82 %) were achieved with maximum SO2 (55 ppm) and NOx
(32 ppm) emission levels complying with the maximum permissible levels established in the NOM-098-SEMARNAT-
2002. The proposed experimental prototype was demonstrated to be both technically and environmentally feasible for
RSM treatment via fluidized bed technology.
Key words: Combustion efficiency, municipal solid waste, fluidized bed.
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López-Ocaña et al.
24(2):89-100,2008
INTRODUCCIÓN
El manejo, tratamiento y disposición de los
residuos sólidos municipales (RSM) representa un
reto para las autoridades sanitarias. Como consecuencia,
una serie de estatutos de control y limpieza
se han generado: GA Tech = prototipo diseñado por
la Compañía GA Tech. Inc. (Rickman et al. 1985),
EIC-EPI = prototipo desarrollado por Energy Incorporated
Company (EIC) (Rickman et al. 1985), Saxena
= prototipo desarrollado a escala piloto por
Saxena & Jotshi (1994), LIN = prototipo desarrollado
por Lin et al. (1997) y DACBIOL = prototipo
desarrollado por los autores de este artículo. para
hacer más eficiente el manejo y disposición de estos
desechos. En un futuro se espera que los métodos
tradicionales que presentan un menor costo, como
lo es el relleno sanitario y la inyección subterránea
sean remplazados por métodos como la incineración.
Esta afirmación se basa en la información que demuestra
que los sistemas de incineración logran alto
grado de destrucción y control de residuos (Hristov
2002).
La incineración utiliza la descomposición térmica
mediante el proceso de oxidación a alta temperatura
(800 - 1 100 oC) y como consecuencia destruye
la fracción orgánica del residuo y se reduce
el volumen. Este método debe cumplir criterios de
funcionamiento y operación; es decir, una alta eficiencia
de combustión, destrucción y remoción de
gases tóxicos, un límite permisible en la emisión de
partículas, un monitoreo semicontínuo en el proceso,
una temperatura mínima específica así como niveles
aceptables de tiempo de residencia de los gases
generados en el combustor (Kaynak et al. 2005; Lin
et al. 2005). Diversas tecnologías de incineración se
han desarrollado para diferentes tipos y formas físicas
de residuos destacándose diseños de inyección
líquida, hornos rotatorios, hornos fijos y lechos fluidizados
(Oppelt 1986; Kisuk 1998). Los combustores
de lecho fluidizado representan una de las tecnologías
más prometedoras para la incineración de
residuos orgánicos, plásticos, lodos contaminados y
biomasa (Hristov 2002; Lin et al. 2003; Fang et al.
2004; Yan et al. 2005).
La combustión debe ser controlada para reducir
las emisiones a la atmósfera, por lo que se
ha estudiado la correlación entre la temperatura, el
tiempo de residencia y el grado de emisión (Wang
1993; Johansson et al. 2004). En la operación de
una planta piloto de lechos fluidizados, los investigadores
Saxena & Jotshi (1994) registraron emisiones
de SOx entre 20 y 35 ppm, de NOx entre 100
y 139 ppm, así como porcentajes de oxígeno en la
corriente de gas de 13.4 y 16.1 %. Swithenbank et
al. (1997) encontraron que en un incinerador de residuos
clínicos, la concentración de oxígeno fue de
16.9% en la corriente de salida del gas. Por otro lado,
Hasfelriis (1987) y Wang (1993) han registrado
que ciertas condiciones de operación minimizan la
formación de CO y reducen la emisión de dioxinas y
furanos. Wiley (1987) sugirió un nivel de oxígeno de
1 a 2% en volumen como mínimo, involucrando un
incremento de 5 a 10% de exceso de aire al sistema,
para alcanzar la oxidación óptima del combustible y
evitar la formación de monóxido de carbono (CO).
La generación excesiva de RSM acorta cada
vez más la vida útil de los rellenos sanitarios y sitios
de disposición final; por ello, es necesario evaluar
e implementar alternativas de tratamiento que no
sólo disminuyan el volumen y área sino que puedan
ofrecer beneficios económicos y energéticos como
lo ofrecen los lechos fluidizados, los cuales son
ambientalmente factibles. El objetivo fue evaluar la
eficiencia de un combustor de lecho fluidizado en
el tratamiento de RSM de un sector de la ciudad
de Villahermosa en el estado de Tabasco, bajo las
condiciones climáticas en el trópico húmedo caracterizadas
por elevadas temperaturas (30 - 45 oC) y
humedad relativa (60 - 80 %). El prototipo fue diseñado
y construido a escala experimental para las
condiciones específicas de operación que se detallan
en este estudio. Un segundo objetivo fue determinar
la concentración de contaminantes gaseosos (CO,
NOx y SOx) producidos durante el proceso de combustión
de los RSM y establecer si las descargas se
encuentran dentro de los límites permisibles por la
normatividad ambiental Mexicana vigente (Anónimo
2002). Esta información será de utilidad para
el desarrollo de combustores de lecho fluidizado y
su potencial implementación a mayor escala para el
tratamiento de combustibles específicos de bajo po-
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Combustión de residuos sólidos municipales en lecho fluidizado
24(2):89-100,2008
Figura 1. Esquema del prototipo experimental de lecho fluidizado utilizado en el presente estudio.
Figure 1. Design of the experimental fluidised-bed prototype
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