Condiciones para el uso de secadores de discos

El proceso de secado de lodos con discos ha demostrado su eficacia durante décadas en el secado parcial o completo de lodos de depuración.   Para un empleo eficaz de la tecnología de secado con discos y el aprovechamiento del calor irradiado, es necesario tener en cuenta determinadas condiciones.

Imagen 1: En la estación de depuración de Köhlbrandhöft en Hamburgo se utiliza un secador de discos desde hace más de 25 años

El concepto básico de la tecnología de secado con discos se originó en los años sesenta del pasado siglo, y fue desarrollado en un principio para el secado de harina de pescado. En las décadas de 1970 y 1980, este sistema de secado por contacto encontró un nuevo campo de aplicación en el área del secado de lodos de depuración en grandes plantas depuradoras o estaciones de monocombustión de lecho fluidizado. Desde hace más de 40 años, el secado de lodo con discos ha demostrado su eficacia en la práctica. Los rendimientos de evaporación de agua usuales por unidad se encuentran en un rango de 2.000 a 6.000 kg/h.

Descripción del secador y su modo de funcionamiento

El secador de discos consta de un rotor calefaccionado equipado con discos huecos que gira en el interior de una carcasa. Pertenece a los secadores de contacto indirecto. En estos, la materia a secar entra en contacto con los discos calefaccionados, se calienta y se seca. Para aumentar el rendimiento es posible dotar a la carcasa de una doble envolvente calefactora. Como fluidos de calentamiento suelen utilizarse vapor saturado en un rango de presión de 6 a 10 bar(a) y a temperaturas de 158 a 180 °C y aceite térmico en un rango de temperaturas de 180 a 220 °C. Para un aprovechamiento eficaz de la superficie de calentamiento por contacto, es ventajoso utilizar vapor saturado en lugar de vapor sobrecalentado. La pérdida de presión en el dispositivo de regulación de la presión de vapor debe mantenerse lo más baja posible, con el fin de maximizar la diferencia de presión efectiva de la turbina de vapor para la generación de electricidad.

El lodo recorre el secador tras ser alimentado a este por su parte frontal mediante un sinfín o una bomba de lodo grueso. La rotación de los discos hace que el lodo se mezcle, siendo transportado a continuación por los elementos de transporte instalados en el perímetro de los discos. El lodo secado es extraído mediante un sinfín instalado transversalmente con respecto a la parte frontal de salida del secador. Entre los discos hay unos rascadores fijamente montados que impiden la incrustación del lodo en los discos. Dependiendo del diámetro de los discos, la velocidad del rotor está en un rango de 8 a 11 revoluciones por minuto. Las imágenes 2 y 3 muestran la elevación y la estructura interior de un secador de discos HUBER RotaDry®.

Los discos se fabrican generalmente de acero inoxidable 1.4307 o –en caso de alto riesgo de corrosión– de acero 1.4571. Si se espera un elevado desgaste por la presencia de componentes tales como arena o cristales de estruvita en los lodos de depuración, los discos también pueden fabricarse opcionalmente de acero dúplex.

Campo de aplicación del secador de discos HUBER RotaDry®

Imagen 2: Representación esquemática del secador de discos RotaDry 2050
Imagen 3: Sección del secador de discos RotaDry durante el secado parcial de lodo

Secado parcial

Un campo de aplicación principal del secador de discos es el secado parcial de lodos de depuración para una planta de monocombustión automática de lecho fluidizado. Para ello, el contenido energético del lodo de depuración parcialmente secado debe ajustarse a un valor aproximado de 4.000 a 4.200 kJ/kg de sustancia original, lo que requiere un calentamiento previo del aire de combustión. En función del tipo de lodo y de su grado de estabilización, esto permite obtener un secado con un contenido de residuo seco de ~ 35 a 45%. En cualquier caso, el residuo seco del lodo de depuración parcialmente secado debe hallarse por debajo de un valor crítico, que es determinado por la fase de limo en un rango del 40 al 60% de residuo seco. El lodo se vuelve pegajoso, pastoso y difícil de transportar. En lodos de estabilización reducida, la fase comienza en un rango del 40 al 45% de residuo seco, mientras que en los lodos bien estabilizados la fase de limo se alcanza en un valor por encima del rango de 45 a 50% de residuo seco.

A continuación, el lodo parcialmente secado se transporta a la planta de combustión y es entregado de forma fragmentada al lecho fluidizado de la planta a través de un alimentador de proyección o barras de vapor. En las plantas de monocombustión se utilizan normalmente dos secadores de discos en paralelo por razones de redundancia. En condiciones de diseño, cada secador proporciona aproximadamente un 50% de la cantidad de evaporación de agua total. No obstante, en condiciones extremas un secador debe ser capaz de asumir hasta un 70% del rendimiento total de secado incluso si la presión de vapor aumenta, con el fin de poder mantener la combustión en el funcionamiento a carga parcial. Cada secador está equipado con un alimentador de lodo propio por razones de redundancia.

Tras la aprobación a finales de 2017 del reglamento alemán sobre lodos de depuración, en Alemania se planifican y se llevan a cabo cada vez más proyectos de secado parcial y monocombustión de este tipo de lodos. El suministro y la recepción de lodos externos procedentes de un misma región permite lograr más fácilmente un funcionamiento económico con un equipo de monocombustión del tamaño adecuado. Esto tiene determinadas consecuencias para el funcionamiento de la planta.

Por un lado, hay que tener en cuenta el problema de las impurezas. Los frecuentes procesos de transvase durante el transporte de lodos de depuración aumentan el riesgo de que impurezas tales como piedras o trozos de metal o madera se mezclen con el lodo y puedan llegar a causar bloqueos o daños en la planta. En casos determinados será necesario instalar un dispositivo de separación de impurezas, que puede tratarse de un separador de rodillo de doble eje o de una criba de cuerpos extraños en la tubería de transporte de lodos.

Por otro lado, los lodos deshidratados suministrados están dotados de residuos secos y propiedades muy distintos. En el secado y la combustión en grandes plantas depuradoras con una proporción mayoritaria de lodos propios, las propiedades de los lodos varían solo limitadamente en el funcionamiento de verano y de invierno. En caso de una elevada proporción de lodos externos, el funcionamiento de la planta de monocombustión de lodos se dificulta considerablemente, ya que el caudal de lodo deshidratado debe adaptarse con frecuencia a la entrada del secador en función del contenido de residuo seco del lodo.

Cada equipo de secado se diseña para un determinado rendimiento de evaporación de agua y no para un caudal específico de lodo de depuración. Un menor contenido de residuo seco en el lodo deshidratado provoca una reducción del caudal con la misma evaporación de agua, y viceversa. En este sentido, para el empresario es ventajoso poder basarse en una medición del residuo seco del lodo deshidratado y del lodo parcialmente secado. Se recomienda que el ajuste de caudal en el secador de discos se realice automáticamente mediante un regulador con el fin de aliviar el trabajo de los operarios. Además, eso mejora la interacción con el equipo de combustión situado a continuación, el cual requiere un lodo parcialmente secado con un poder calorífico lo más constante posible para garantizar un funcionamiento estable de forma permanente.

La combustión del lodo de depuración parcialmente secado suministra energía térmica suficiente en forma de vapor para el secado de discos. A partir de una potencia térmica de 3 MW en la planta de combustión, puede ser rentable el empleo adicional de una turbina de vapor para la generación de electricidad.

Secado completo

En la década de 1990 se instalaron secadores de discos para el secado completo a más de un 90% de residuo seco en grandes plantas depuradoras sin dispositivo de combustión propio. En tal caso, una parte de la materia a secar debe remezclarse con el lodo de depuración deshidratado con el fin de eludir el paso por la fase de pegosa. El lodo mezclado obtiene así un residuo seco del 60 al 65%, pudiendo entonces ser transportado por el secador sin ningún problema mecánico y secarse del modo acostumbrado. No obstante, la falta de calor irradiado con frecuencia hace necesaria la utilización de energía primaria en forma de aceite o gas para la generación de vapor o para el calentamiento del aceite térmico. Para el secado completo debe incorporarse un dispositivo de separación de polvo entre el secador y la etapa de condensación, ya que si no se corre el riesgo de que el condensador se bloquee, y además este deberá limpiarse con mayor frecuencia.

Condensación de vapores

La condensación de los vapores de vapor de agua se produce directamente por inyección de condensado o indirectamente a través de un interambiador térmico tubular. También existe la posibilidad de una condensación en varias etapas, con una primera etapa en la que el lodo fino puede precalentarse y ser utilizado para aumentar el grado de deshidratación del lodo propio. El segundo caso de intercambio de calor indirecto tiene la gran ventaja de que el calor irradiado a un nivel de temperatura de hasta 90 °C puede utilizarse entre otras cosas para el suministro de calefacción externo a escala local.

La transición de calor en la condensación se ve influida considerablemente por la proporción de aire de fuga en los vapores. Cuanto más reducido sea el flujo másico de aire de fuga, más efectiva será la condensación. En el secado parcial con dispositivo de combustión de lecho fluidizado posconectado, las proporciones no condensables del flujo de vapores son utilizadas generalmente como aire de combustión secundario debido a la elevada generación de olores.

El condensado de vapor está contaminado con amonio y sustancias portadoras de DQO como grasas, aceites de parafina o ácidos orgánicos y debe ser tratado antes de ser vertido indirectamente en la canalización.

Resumen

El secador de discos HUBER RotaDry® posee un diseño robusto y compacto que ofrece una elevada capacidad de evaporación de agua en relación con su volumen y sus necesidades de espacio. Es idóneo para el secado parcial de lodo de depuración y para la interacción con una planta de monocombustión de lecho fluidizado. Si se automatiza totalmente, este dispositivo contribuye a aliviar el trabajo del personal y a optimizar la combustión del lodo de depuración.

Un secado de discos eficaz respalda el proceso de monocombustión de lodos de depuración. A partir de la ceniza generada es posible recuperar un alto porcentaje de fósforo de manera relativamente sencilla mediante la disgregación de ácidos. Esto tiene una gran importancia en lo relativo a la obligación de recuperación de residuos de fósforo que en el futuro afectará a las estaciones de depuración de aguas residuales de tamaño mediano o grande.
 

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