Nuevo sistema catalítico de la Planta de Valorización Energética de Sant Adrià de Besòs

Grupo TERSA es la empresa pública, participada por el Ayuntamiento de Barcelona y el Área Metropolitana de Barcelona, especializada en la gestión de servicios ambientales relacionados con la economía circular.

A través de su actividad proporciona soluciones al reto que supone la gestión de residuos y la generación y comercialización de energías renovables, promoviendo el compromiso de la ciudadanía con su entorno.

La Planta de Valorización Energética (PVE) de Sant Adrià de Besòs es una instalación en la que se realiza un proceso de combustión controlada de la fracción rechazo procedente de las plantas de tratamiento mecánico-biológico, y que, por lo tanto, se consideran una fracción ya no reciclable. De esta manera, se reduce de forma considerable el volumen de los residuos y se aprovecha su poder calorífico para generar electricidad y vapor. La electricidad generada en la PVE se utiliza para el autoconsumo y se suministra también a la red eléctrica. A su vez, el vapor es suministrado a la red urbana de calor y frío del Fòrum y del distrito 22@ de Barcelona, a través de la empresa Districlima, dando así servicio a más de 100 edificios de esta zona. En este sentido, la PVE es la única planta de valorización energética del Estado español que provee energía térmica a una red de frío y calor para utilizarla como calefacción, climatización y agua caliente sanitaria.

La planta inició su funcionamiento en el año 1975, siendo la primera planta de valorización energética de España. A lo largo de todos estos años, Grupo TERSA ha ido renovando y actualizando la planta acorde con las últimas tecnologías disponibles.

¿Qué es un sistema catalítico?

El sistema de reducción catalítica (SCR) está basado en la reducción de los óxidos de nitrógeno (NOx) presentes en los gases de salida de la combustión gracias a la reacción con el hidróxido de amonio (solución amoniacal al 24,5 %) con el catalizador, en presencia de exceso de O2, para transformarse en sustancias inocuas tales como vapor de agua (H2O) y nitrógeno (N2).

El sistema SCR, para que sea efectivo, requiere que el catalizador esté a una temperatura de trabajo habitualmente de entre 220 ºC a 340 ºC, según los casos, llegando, bajo determinadas circunstancias, hasta los 160 ºC, aunque para el funcionamiento del reactor catalítico de la PVE se ha seleccionado una temperatura de 235 ºC.

Los sistemas SCR de la Planta de Valorización Energética se ubican en la salida del sistema de depuración de gases, encargado de abatir previamente los gases ácidos y las partículas presentes en los gases de combustión.

El sistema de reducción catalítica (SCR) está basado en la reducción de los óxidos de nitrógeno (NOx) presentes en los gases de salida de la combustión gracias a la reacción del hidróxido de amonio con el catalizador, en presencia de exceso de O2, para transformarse en sustancias inocuas.

El sistema catalítico en la Planta de Valorización Energética

Hasta la fecha, en la PVE de Sant Adrià de Besòs se utilizaba un sistema no catalítico de reducción selectiva (SNCR). La principal diferencia entre este sistema y el catalítico es que el SNCR usa como agente reductor una solución de urea al 45 % inyectada a la cámara de combustión, utilizando aire comprimido como fluido de atomización y refrigeración de las lanzas de inyección, mientras que el SCR, como se ha visto anteriormente, está basado en la reducción de los óxidos de nitrógeno (NOx) presentes en los gases de salida de la combustión gracias a la reacción con el NH4OH (hidróxido de amonio).

En la tabla siguiente se pueden ver reflejadas las diferencias entre un sistema SCR y un sistema SNCR.

Para la instalación del catalítico se han invertido 25 meses de intenso trabajo y se ha contado con una extensa plantilla para llevar a cabo las diferentes fases del proyecto.

El proyecto ejecutivo se inició en julio de 2017, cuando se realizó una primera propuesta de los equipos y sus principales características.

Además de la instalación del propio sistema catalítico, en la planta se han realizado diversas adecuaciones, siempre alineadas con la misión de mejorar la eficiencia energética y reducir los niveles de emisiones de la planta. Por ello, se inició la instalación de los nuevos conductos de gases a la salida de la caldera (by-pass electrofiltros) y el desmontaje de los filtros electroestáticos, una vez concluida la parada anual de 2018.

En 2019 se tuvo que reforzar la cimentación de la estructura de hormigón a cota +10,80 m, ya que las tres nuevas líneas SCR pesan más de 2,5 veces que los filtros electroestáticos. Esto requirió aumentar la carga admisible por la cimentación para poder instalar los nuevos equipos.

Finalmente, en 2020 se empezó la construcción del sistema y en el mes de abril de 2021, después de la parada de mantenimiento anual de la planta, ha culminado el proceso de implementación con su puesta en marcha.

Innovaciones técnicas

Durante los cinco años que ha durado el proyecto no solo se ha realizado la instalación del sistema SCR, sino que se han llevado a cabo diversas reformas para poder mejorar la eficiencia energética de la Planta de Valorización Energética de Sant Adrià de Besòs.

La innovación principal ha sido la sustitución de las mangas filtrantes, las cuales ya habían alcanzado el final de su vida útil y afectaban, directamente, a la pérdida de carga del sistema de tratamiento de gases y, por lo tanto, al diseño del nuevo SCR y los nuevos ventiladores de tiro inducido (VTI). Con su instalación, Grupo TERSA se ha convertido en la primera fábrica en Europa en instalarlas y la primera planta de valorización en el mundo.

La manga propuesta es la manga filtrante GORE LOW DRAG Filter Bag® de baja resistencia, que mantiene el equilibrio del rendimiento de filtración mediante optimización simultánea de atributos de extrema importancia para muchos sectores: reducción de emisiones, aumento de la eficiencia energética de los ventiladores, aumento de la capacidad de flujo, mayor durabilidad gracias a la reducción de la limpieza y mayor eficiencia en la captura del producto.

Además, también se han instalado unos nuevos variadores de frecuencia con una novedosa tecnología implementada en ellos para la reducción de armónicos THDi < 3 %, la renovación de los cuadros eléctricos de distribución y maniobra de la instalación de lavado de gases, el reactor catalítico y los VTI. Además, debido al incremento de potencia instalada, se llevó a cabo la redistribución de las cargas de Baja Tensión (BT) de toda la planta, optimizando así la agrupación de consumos y el rendimiento de los transformadores de Media Tensión (MT).

Cabe mencionar que, durante el proceso de diseño del sistema catalítico y su instalación en la PVE, se ha utilizado una tecnología Building Information Modelling (BIM), que permite tener planos 3D de la planta, con todos los detalles e información técnica para tener en cuenta durante su instalación y mantenimiento. El Grupo ya implantó esta tecnología en 2019 para la planificación de proyectos con el objetivo de disponer de las mejores herramientas para optimizar todas las fases y ganar en eficiencia.

Durante el proceso de diseño del sistema catalítico y su instalación en la PVE se ha utilizado tecnología BIM permitiendo tener planos 3D de la planta con todos los detalles e información técnica durante su instalación y mantenimiento.

Impacto ambiental: reducción de un 50 % de las emisiones de NOx

Actualmente, la limitación legal de emisiones de NOx se encuentra en 200 mg/Nm3 y la PVE, antes de la implementación del sistema catalítico, ya operaba por debajo de este límite, emitiendo un máximo de entre 120 y 130 mg/Nm3.

La implementación del innovador sistema catalítico ha permitido a Grupo TERSA avanzarse al BREF, la nueva normativa europea que entrará en vigor en 2023, la cual obligará a reducir el límite de emisiones de óxido de nitrógeno a 150 mg/Nm3 para las plantas de valorización energéticas ya existentes.

Con la nueva tecnología instalada, la PVE rebaja hasta un 50 % las emisiones de NOx, es decir, hasta 60 mg/Nm3, emitiendo una tercera parte de las emisiones fijadas por la normativa que entrará en vigor dentro de dos años.

¿Qué ha supuesto a nivel humano esta instalación?

En un proyecto como este, el cual ha supuesto una inversión de 18 millones de euros y cinco años, se han visto involucrados muchos recursos a nivel técnico y humano, todos ellos esenciales para su instalación y puesta en marcha.

En la instalación del SCR de la Planta de Valorización Energética, principalmente se ha implicado personal, además de TERSA, de FICHTNER y de la UTE SCR BESOS. Para ello, han contado con la ayuda de 93 empresas diferentes, las cuales han sido subcontratistas de la UTE SCR BESOS, ya sea mediante un suministro y/o un servicio, colaborando así en el éxito de su instalación y ejecución.

“Con el sistema catalítico conseguiremos una reducción de emisiones de NOx del 50 %, adelantándonos a la nueva normativa europea”

Entrevista. Gemma Gargallo, Directora de Desarrollo Corporativo y Sostenibilidad; y Enrique Muñoz, Técnico de Gestión de Proyectos y responsable del proyecto de implementación del sistema catalítico 

¿Cómo nace este proyecto? ¿Cuál era el contexto previo al desarrollo del proyecto y qué necesidades existían?

Gemma. El sistema catalítico es un proyecto estratégico que aprobó el Consejo de Administración de TERSA a finales de 2016 para seguir avanzando en innovación y potenciar la gestión sostenible y eficiente de la Planta de Valorización Energética (PVE). Se trata de un proyecto totalmente alineado con las medidas impulsadas por el Área Metropolitana de Barcelona y el Ayuntamiento de Barcelona para reducir la contaminación atmosférica y mejorar la calidad del aire.

Con una inversión de aproximadamente 18 millones de euros, el sistema catalítico nos permite una reducción significativa en las emisiones de NOx. Actualmente, la media de emisiones de NOx de la planta se sitúa entre 120 y 130 mg/Nm3, muy por debajo de los 200 mg/Nm3 que establece el límite legal, pero es un umbral que ya no se puede reducir más con la tecnología vigente (sistema no catalítico de reducción selectiva). La nueva tecnología SCR nos permite reducir las emisiones de NOx hasta un 50 %, lo que supone una tercera parte de las emisiones que fijará la normativa BREF en 2023. La PVE se avanzará así a la legislación prevista para dentro de dos años, que establece como límite los 120 mg/Nm3 para las plantas de valorización de nueva construcción y 150 mg/Nm3 para las ya existentes.

¿Cuáles han sido los principales retos al desarrollar un proyecto de esta envergadura?

Enrique. Ha habido muchos retos en este proyecto complejo en el que llevamos trabajando más de cinco años, pero uno de los mayores desafíos a nivel técnico y constructivo ha sido poder integrar toda esta estructura de gran envergadura en la configuración actual de la Planta de Valorización Energética del Grupo TERSA, en Sant Adrià de Besòs, y limitar así su impacto visual.

La obra civil realizada ha supuesto más de dos años de trabajo, ya que para instalar el nuevo sistema y no modificar la composición de la planta los equipos SCR se integraron entre la caldera y el sistema de depuración de gases de la planta, ocupando el espacio donde anteriormente se ubicaban los filtros electroestáticos. A consecuencia de este proceso, entre otras intervenciones, se tuvo que reforzar la estructura de hormigón existente, ya que el nuevo catalítico multiplicaba por 2,5 el peso de los filtros electroestáticos anteriores.

¿Qué hitos o aspectos destacan de la instalación?

Gemma. Desde el Grupo TERSA, creemos que el hito por destacar de la instalación ha sido apostar por este sistema innovador y de última tecnología, permitiéndonos implantar las mejores prácticas ambientales y tecnológicas disponibles en la PVE.

Durante este proceso, no solo hemos instalado el sistema SCR, también hemos realizado reformas adicionales para conseguir el objetivo principal: reducir nuestro impacto ambiental y aumentar la eficiencia energética de la planta.

¿Qué tecnologías se han incorporado en el nuevo sistema catalítico y por qué?

Enrique. Las innovaciones técnicas incorporadas en el nuevo sistema catalítico están alineadas con el proyecto de sustitución de las mangas filtrantes de la PVE, las cuales ya habían alcanzado el final de su vida útil y, además, su instalación afectaba a la pérdida de carga del sistema de tratamiento de gases. Por este motivo, se han incorporado las mangas filtrantes Low-Drag, juntamente con unos nuevos variadores de frecuencia para la reducción de armónicos THDi < 3 %, el cambio de los cuadros eléctricos de distribución y maniobra de la instalación del lavado de gases, el reactor catalítico y los nuevos ventiladores de tiro inducido (VTI). Además, debido al incremento de potencia instalada, se llevó a cabo un proyecto de redistribución de las cargas de Baja Tensión (BT) de toda la planta, optimizando así la agrupación de consumos y el rendimiento de los transformadores de Media Tensión (MT).

El objetivo de la incorporación de todas estas nuevas tecnologías no es solo reducir las emisiones de la planta, también es ganar en eficiencia energética para reducir el consumo eléctrico de la PVE.

Además, con la instalación de las mangas filtrantes Low-drag, la planta de valorización del Grupo TERSA se ha convertido en la primera del mundo en incorporarlas.

Otro aspecto para destacar es que, para el diseño del catalítico, se ha utilizado la tecnología Building Information Modelling (BIM), que el Grupo ya implantó en 2019 para la planificación de proyectos con el objetivo de disponer de las mejores herramientas para optimizar todas las fases y ganar en eficiencia. Esto sobre todo ha tenido un impacto importante en la fase de montaje, ya que se pudieron anticipar la mayoría de las interferencias y, por lo tanto, controlar los costes adicionales de esta fase.

¿Qué rendimientos en materia de emisiones se alcanzan con esta nueva instalación?

Enrique. El sistema SCR se ha implementado en la PVE con el objetivo de disponer de las mejores prácticas ambientales, consiguiendo reducir las emisiones de NOx hasta un 50 %. De esta forma, el Grupo TERSA se avanza a la legislación del BREF, que entrará en vigor en 2023 y establecerá un límite de 120mg/Nm3 para las plantas de valorización de nueva construcción y de 150mg/Nm3 para las ya existentes.

La instalación de esta nueva tecnología es una inversión a futuro que permite reducir este tipo de contaminante hasta niveles mínimos: hemos conseguido reducir las emisiones de NOx de la PVE más de un 50 %, resultando así una media de 60mg/Nm3.

¿Qué planes tienen en cuanto a la PVE? ¿Cuál es el futuro de la instalación?

Gemma. Siguiendo nuestro compromiso con la innovación, tenemos como misión aplicar de manera continua las últimas innovaciones técnicas en nuestras diferentes áreas para poder aportar soluciones al reto que supone la gestión de residuos y la generación y comercialización de energías renovables.

Como empresa pública, y bajo la firme vocación de servicio hacia la ciudadanía, seguiremos apostando por implementar las mejores prácticas, con el objetivo de afrontar el futuro con las mayores garantías posibles, contribuir a un desarrollo sostenible y seguir siendo un referente en el sector.

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