ES2310061A1 - Procedimiento y planta para la recuperacion de energia a partir de bagazo. - Google Patents

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Abstract

Procedimiento y planta para la recuperación de energía a partir de bagazo. Procedimiento para la recuperación de energía a partir de bagazo en una planta productora de azúcar y/o alcohol, que comprende una etapa de quemado de bagazo en un sistema de calderas, como fuente de energía primaria para el consumo propio de la planta productora de azúcar y/o alcohol, en el que una fracción A del bagazo quemado en el sistema de calderas es sometido a una etapa de secado 7 antes de su introducción en el citado sistema de calderas y en el que al menos una fracción B del bagazo secado en la etapa de secado es utilizada, como fuente de energía secundaria, sin ser quemado en el sistema de calderas, para la producción de electricidad destinada a la exportación y/o al autoconsumo. La planta para llevar acabo el procedimiento comprende entre otros un secador y un gasificador de lecho fluidificado adaptado para gasificar al menos la fracción B del bagazo secado en el secador rotativo, destinado ala producción de energía eléctrica.

Description

Procedimiento y planta para la recuperación de energía a partir de bagazo.
Sector técnico de la invención
La presente invención ser refiere a un procedimiento y a una planta para la recuperación de energía a partir de bagazo, particularmente a partir del bagazo obtenido como subproducto en una planta productora de azúcar (usinas) y/o alcohol, en los que dicho bagazo es quemado en un sistema de calderas para la producción de vapor a alta presión.
Antecedentes de la invención
El bagazo es el residuo que se obtiene de exprimir fuertemente la caña de azúcar para la obtención de su jugo y es un subproducto obtenido de la molienda de la caña de azúcar en las plantas productoras de azúcar (usinas) y/o alcohol. Entre otras aplicaciones, el bagazo puede utilizarse como combustible para la producción de vapor de agua, cuyo valor energético es utilizado de forma conocida en los procesos de las propias plantas productoras.
Los procedimientos comúnmente utilizados por los productores de azúcar y/o alcohol para la recuperación de energía se basan en la combustión del bagazo proveniente del proceso de la molienda de la caña de azúcar en un grupo de calderas y el turbinado del vapor producido para la producción de electricidad y vapor a baja presión, tal como se muestra el diagrama de bloques de la Fig. 1.
El documento de patente WO8301457 describe un proceso para incrementar la eficiencia energética de la recuperación de energía a partir de bagazo respecto de los procedimientos comúnmente utilizados anteriormente descritos. En concreto, el documento de patente WO8301457 describe un procedimiento para secar, separar y densificar mediante sucesivos pasos todo el bagazo proveniente de la molienda de azúcar en una planta productora de azúcar. En este procedimiento, se aprovechan los gases residuales de las calderas de quemado para el secado del bagazo, lo que permite el ahorro y almacenamiento de una cantidad de bagazo seco que puede utilizarse como combustible, durante periodos pequeños de tiempo, para poder abastecer energéticamente el proceso de la planta productora de azúcar cuando sea necesario, por ejemplo durante cortes de suministro eléctrico de la
red.
Aunque el procedimiento anteriormente descrito consigue generar un bagazo residual en stock como reserva de combustible para el consumo del proceso en periodos de tiempo pequeños, la generación de energía queda supeditada al rendimiento de las calderas de quemado, del orden del 70%, mediante las cuales se genera el vapor a alta presión, los gases de las cuales se utiliza además para el secado del bagazo. La utilización de dichos gases no es del todo satisfactoria debido al número de partículas que arrastran y a su elevado poder de corrosión.
Por todo ello, la eficiencia global del conjunto no permite un ahorro suficiente de bagazo que pueda utilizarse eficientemente por ejemplo como fuente de energía en los períodos largos de no funcionamiento de la planta productora de azúcar, que vienen a ser de unos 140 días al año aproximadamente, para la generación de energía eléctrica exportable.
Explicación de la invención
El procedimiento y la planta para la recuperación de energía a partir de bagazo, particularmente en una planta productora de azúcar, objeto de la invención, superan los inconvenientes anteriormente citados.
El procedimiento de la invención es de los que comprenden una etapa de quemado de bagazo en un sistema de calderas, como fuente de energía primaria, para la producción de vapor a alta presión, turbinable en una etapa de turbinado, para el consumo propio de la planta productora de azúcar y/o alcohol.
En esencia, el procedimiento se caracterizada porque una fracción A del bagazo quemado en el sistema de calderas es sometido a una etapa de secado antes de su introducción en el citado sistema de calderas y porque al menos una fracción B del bagazo secado en la etapa de secado es utilizada, como fuente de energía secundaria, sin ser quemada en el sistema de calderas, para la producción de electricidad destinada a la exportación y/o autoconsumo.
El secado previo de la fracción A del bagazo quemado en el sistema de calderas aumenta el rendimiento de dichas calderas, con lo que la cantidad de bagazo húmedo necesario como fuente de energía primaria, para el propio consumo de la planta, se reduce significativamente, lo que permite acumular una parte del bagazo húmedo para ser secado y utilizado, como fuente de energía secundaria, para otros usos, como por ejemplo para la producción de electricidad destinada a ser exportada. La obtención de electricidad a partir de esta fuente de energía secundaria puede ser por lo tanto simultánea o no con la producción de vapor a alta presión en el sistema de calderas.
Según otra característica de la invención, el contenido de agua en el bagazo secado, después de ser sometido a la etapa de secado, está comprendido entre 15% y un 35% en peso.
Según otra característica de la invención, la fracción B del bagazo secado en la etapa de secado es sometida a una etapa de gasificación para la producción de un gas manufacturado destinado a alimentar al menos un motor de combustión interna y/o una turbina de gas para la producción de la electricidad destinada a la exportación.
Según otra característica de la invención, los gases de escape calientes de los motores de combustión interna y/o las turbinas de gas son utilizados para la aportación de calor en la etapa de secado.
Mediante esta característica, se disminuye el aporte de calor desde el exterior, aumentándose la eficiencia global del procedimiento.
Una planta para la realización del procedimiento según la reivindicación 1, también objeto de la invención, comprende un sistema de calderas para la producción vapor a alta presión a partir de bagazo; y un sistema de turbinado para la generación de electricidad a partir del vapor a alta presión producido en el sistema de calderas.
En esencia, la planta de la invención se caracteriza porque comprende además un secador, preferentemente rotativo o similar, adaptado para secar una fracción A del bagazo quemado en el citado sistema de calderas, y un gasificador de lecho fluidificado, adaptado para gasificar al menos una fracción B del bagazo secado en el secador rotativo, destinado a la producción de energía eléctrica.
De acuerdo con otra característica de la planta, ésta comprende al menos un motor de combustión interna alimentado con el gas de síntesis producido en el gasificador, así como unos medios para la conducción de los gases de escape calientes del motor hasta el secador para el secado de bagazo.
De acuerdo con otra característica de la planta, ésta comprende al menos una turbina de gas alimentada con el gas de síntesis producido en el gasificador, así como unos medios para la conducción de los gases de escape calientes de la turbina hasta el secador para el secado de bagazo.
Según otra característica de la invención, la planta comprende un dispositivo secador de bagazo, aguas arriba del secador rotativo, así como unos medios para la conducción de los humos del sistema de calderas hasta el citado dispositivo secador.
Breve descripción de los dibujos
En los dibujos adjuntos se ilustra a título de ejemplo y no limitativo un modo de realización preferida del procedimiento de secado de bagazo para las calderas de vapor de las productoras de azúcar (usinas) y/o alcohol de la invención. En dichos dibujos:
La Fig. 1 es un diagrama de bloques representativo de un procedimiento convencional de recuperación de energía a partir del bagazo de una planta productora de azúcar y/o alcohol;
La Fig. 2 es un diagrama de bloques representativo de un procedimiento para la recuperación de energía a partir del bagazo de una planta productora de azúcar y/o alcohol, según la invención; y
La Fig. 3 es una representación esquemática de una planta para la recuperación de energía a partir del bagazo de una planta productora de azúcar y/o alcohol, según la invención.
Descripción detallada de los dibujos
El procedimiento convencional utilizado para la recuperación de energía a partir del bagazo de una planta productora de azúcar y/o alcohol se representa, en forma de diagrama de bloques, en la Fig. 1.
El bagazo húmedo 1, que tiene un contenido de humedad alrededor de un 50%, es introducido en un sistema de calderas 3 para la producción de vapor a alta presión 4, el cual es aprovechado directamente como vapor de proceso en la planta y/o bien puede ser turbinado en una turbina 19 a contrapresión o en turbinas 19 de extracción para la producción de electricidad también destinada a ser consumida por la propia planta productora de azúcar y/o alcohol. El rendimiento aproximado que se consigue habitualmente en las calderas 17 del sistema de calderas 3, de acuerdo al procedimiento arriba descrito, es de un 70%.
El procedimiento según la invención, representado esquemáticamente en la Fig. 2, incluye, de un modo en si conocido, una etapa de secado 7 de bagazo antes de su introducción en el sistema de calderas 3. No obstante, de acuerdo con la Fig. 2 y en los periodos de funcionamiento de la planta productora, tan sólo una fracción A del bagazo quemado en el sistema de calderas 3 es sometido a una etapa de secado 7 antes de su introducción en el citado sistema de calderas 3. Reduciéndose el contenido de agua de la fracción de bagazo A sometido a la etapa de secado 7, el rendimiento de las calderas 17 aumenta hasta un 30% consiguiéndose rendimientos de las calderas próximos al 80%. La fracción A de bagazo seco junto con el bagazo húmedo 20 introducidos en el sistema de calderas 3 constituye la fuente de energía primaria para la producción de vapor a alta presión 4 cuyo contenido energético está destinado al consumo de la propia planta productora de azúcar y/o alcohol.
El aumento en la eficiencia del sistema de calderas 3 permite un ahorro de un 31% de bagazo húmedo 1' que puede ser utilizado, como fuente de energía secundaria, para la producción simultánea o diferida de energía eléctrica exportable tal y como se detalla a continuación:
Durante el funcionamiento normal de la planta, una fracción B de bagazo seco es sometido a una etapa de gasificación 9 para la producción de un gas manufacturado 10 destinado a alimentar al menos un motor de combustión interna 13, o una turbina de gas, para la producción de electricidad. La eficiencia neta que se consigue en la etapa de gasificación a energía eléctrica es del orden del 30%.
En los periodos en los que la planta no está en funcionamiento, de acuerdo con el procedimiento de la invención es posible la producción de electricidad a partir del bagazo húmedo 1' acumulado. Durante estos períodos, el bagazo seco sometido a la etapa de gasificación 9 proviene en su totalidad del bagazo húmedo 1' acumulado, en concepto de ahorro, durante el periodo de funcionamiento de la planta productora.
El gas manufacturado 10, obtenido en la etapa de gasificación 9 es de bajo poder calorífico pero de alto contenido en hidrógeno y óxido de carbono, por lo que puede ser utilizado en motores de combustión interna 13, con una mínima producción de emisiones, para la producción de electricidad 11 que puede ser volcada a la red eléctrica 15.
De un modo característico, el calor residual de los gases de escape 12 de los motores de combustión interna 13 es utilizado en la etapa de secado 7 del bagazo húmedo 1 o acumulado 1'.
En los periodos de funcionamiento de la planta, se contempla la posibilidad de utilizar también el calor 18 de las calderas 17 para la eliminación de humedad de una fracción de bagazo húmedo introducido en el citado sistema de calderas 3. Así, la etapa de secado 7 comprende un paso previo de pre-secar el bagazo húmedo 1 con la utilización del calor residual del sistema de calderas 3, en un dispositivo secador 14', y un paso posterior de secado del bagazo resultante en un secador 14 rotativo convencional.
La Fig. 3, es una representación esquemática de una planta para llevar a cabo el procedimiento anteriormente descrito. Esta planta comprende un sistema de calderas 3, para la producción de vapor a alta presión 4 a partir de bagazo húmedo 1, y un sistema de turbinado 6 para la generación de electricidad a partir de dicho vapor a alta presión 4 producido en el sistema de calderas 3.
Para llevar a cabo la etapa de secado, la planta está provista de un secador 14 rotativo que, en los periodos de funcionamiento de la planta, seca la fracción A de bagazo introducido en el sistema de calderas y la fracción B de bagazo sometido a la etapa de gasificación, en tanto que en los periodos en que la planta no funciona seca el bagazo húmedo 1' acumulado durante el periodo de funcionamiento normal de la planta.
La planta comprende además un gasificador 16 de lecho fluidificado burbujeante para la gasificación del bagazo secado en el secador rotativo 14, utilizado como fuente de energía secundaria para la posterior producción de electricidad.
Para ello, el gas manufacturado 23 producido en el gasificador 16 es acondicionado posteriormente en un sistema de limpieza 21 que entre otros aspectos elimina un alto porcentaje de las partículas sólidas y alquitranes 22 del gas manufacturado 23. El gas limpio 24 es utilizado como combustible en los motores de combustión interna 13 para la producción de energía eléctrica 11 tal y como se ha explicado anteriormente.
Para aumentar la eficiencia del conjunto, el calor residual de los gases de escape 12 de los motores de combustión interna 13 son conducidos al secador rotativo 14 como fuente de calor, lo que evita tener que aportar calor desde el exterior.
De acuerdo a la presente invención, con el secado del bagazo húmedo se consigue incrementar notablemente la eficiencia del sistema de calderas, lo que conlleva un consumo menor de bagazo húmedo para la producción de la misma cantidad de vapor. El stock de bagazo acumulado, en concepto de ahorro, se puede utilizar en los períodos largos de no funcionamiento de la planta productora de azúcar, denominados de post-zafra, asegurando la posibilidad de generación eléctrica exportable durante 330 días al año, es decir, se asegura el abastecimiento de bagazo para su gasificación durante los 330 días al año.

Claims (8)

1. Procedimiento para la recuperación de energía a partir de bagazo (1), particularmente del bagazo obtenido como subproducto en una planta productora de azúcar y/o alcohol, de los que comprenden una etapa de quemado (2) de bagazo en un sistema de calderas (3), como fuente de energía primaria para el consumo propio de la planta productora de azúcar y/o alcohol, con el fin de producir vapor a alta presión (4) susceptible de ser introducido en un sistema de turbinas en una etapa de turbinado (5), caracterizado porque una fracción (A) del bagazo destinado a ser quemado en el sistema de calderas es sometido a una etapa previa de secado (7) antes de su introducción en el citado sistema de calderas; y porque al menos una fracción (B) del bagazo secado (8) en la etapa de secado (7) es utilizada, como fuente de energía secundaria, sin ser quemada en el sistema de calderas, para la producción de electricidad destinada a la exportación y/o al autoconsumo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el contenido de agua en el bagazo secado (8), después de ser sometido a la etapa de secado (7), está comprendido entre 15% y un 35% en peso.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la fracción (B) del bagazo secado (8) en la etapa de secado (7) es sometida a una etapa de gasificación (9) para la producción de un gas manufacturado (10) destinado a alimentar al menos un motor de combustión interna (13) y/o una turbina de gas para la producción de la electricidad (11) destinada a la exportación y/o al autoconsumo.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque los gases de escape (12) calientes de los motores de combustión interna (13) y/o las turbinas de gas son utilizados para la aportación de calor en la etapa de secado (7).
5. Planta para la realización del procedimiento según la reivindicación 1 que comprende:
- un sistema de calderas (3) para la producción vapor a alta presión (4) a partir de bagazo (1); y
- un sistema de turbinado (6) para la generación de electricidad a partir del vapor a alta presión (4) producido en el sistema de calderas;
caracterizada porque comprende además un secador (14), preferentemente rotativo o similar, adaptado para secar una fracción (A) del bagazo quemado en el citado sistema de calderas y un gasificador (16) de lecho fluidificado adaptado para gasificar al menos una fracción (B) del bagazo secado (8) en el secador, destinado a la producción de energía eléctrica.
6. Planta según la reivindicación 5, caracterizada porque comprende al menos un motor de combustión interna (13) alimentado con el gas de síntesis producido en el gasificador (16), y porque comprende unos medios para la conducción de los gases de escape (12) calientes del motor hasta el secador (14), para el secado de bagazo.
7. Planta según la reivindicación 5, caracterizada porque comprende al menos una turbina de gas alimentada con el gas de síntesis producido en el gasificador (16), y porque comprende unos medios para la conducción de los gases de escape (12) calientes de la turbina de gas hasta el secador (14), para el secado de bagazo.
8. Planta según la reivindicación 5, caracterizada porque comprende un dispositivo secador (14') de bagazo, aguas arriba del secador (14), así como unos medios para la conducción de los humos (18) del sistema de calderas (3) hasta el citado dispositivo
secador.
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