TRIGENERACIÓN CENTRAL DE TRIGENERACIÓN CON BIOMASA Y ENERGÍA SOLAR PARA USO INDUSTRIAL EN LA FÁBRICA DE L´ORÉAL EN BURGOS Primera planta de España en producir agua caliente y fría, vapor y electricidad para uso industrial con cero emisiones de CO2 © L`Oréal I www.retema.es I Marzo - Abril 2011 Especial BIOENERGÍA 2014 77 REPORTAJE I CENTRAL DE TRIGENERACIÓN PARA USO INDUSTRIAL DE BURGOS Alfonso Calderón1, David lópez2 1 Director, 2Director 1 CENIT SOLAR, 2EITEC L a planta de trigeneración para Fruto de esta necesidad, hace más uso industrial con biomasa, de tres años se iniciaron los contactos construida por la sociedad CO- con la Empresa CENIT SOLAR Proyec- GENERACIÓN BIOCEN para la tos e Instalaciones Energéticas, s.l. y empresa de cosméticos LʼOréal en el con EITEC Ingeniería Energética, S.L., polígono Villalonquéjar de Burgos, es para desarrollar y ejecutar el proyecto la primera de estas características que de una planta de trigeneración que pu- se ejecuta en España. diera dar cobertura a la demanda energética de la planta, mediante la modali- El Grupo LʼOréal estableció como uno dad de prestación de un servicio de sus objetivos de su Plan Estratégico a energético integral, por mediación de la nivel mundial, el compromiso de la re- empresa de servicios energéticos CO- ducción de un 50% de las emisiones de GENERACIÓN BIOCEN, S.A., basado CO2 en sus fábricas, antes del 2015. en energías renovables que sustituyeran a sus actuales energías convencio- La instalación situada en Burgos, nales fósiles. Los servicios que prestará Productos Capilares LʼOréal S.A. asu- BIOCEN S.A. a la Fábrica de Productos mió el compromiso anterior y lo quiso Capilares LʼOréal S.A. son: mejorar planteando un proyecto más ambicioso donde pudiera reducir hasta 1. Generación de VAPOR para el pro- el 100% de sus emisiones. ceso productivo. © L`Oréal © L`Oréal 8 Especial BIOENERGÍA 2014 I www.retema.es I REPORTAJE I CENTRAL DE TRIGENERACIÓN PARA USO INDUSTRIAL DE BURGOS 2. Calor y Frío para climatización. 3. Agua caliente y agua fría para proceso productivo. 4. Energía Eléctrica para el proceso. La central de trigeneración suministra el agua caliente y fría, vapor y electricidad utilizados en los procesos industriales de la Fábrica, y los paneles fotovoltaicos complementan el aporte eléctrico necesario para conseguir el objetivo marcado: ser neutros en emisiones de CO2. El proceso comienza a partir de una caldera de aceite térmico que produce el vapor que será utilizado en el proce- © L`Oréal so industrial, y la electricidad a partir de una turbina eléctrica. Una segunda línea disipa el calor del fluido que mueve DESCRIPCIÓN DE LA la turbina y producirá agua caliente pa- INSTALACIÓN ra el proceso productivo y para la calefacción de las instalaciones. A mayores se instala un módulo ORC (Organic Ranking Cycle) de 617 kW de potencia eléctrica bruta que pro- La Central Térmica de Biomasa que porciona 2.600 kW de potencia térmica se compone de un hogar de biomasa al agua con un salto de 80/60ºC, para lo La innovación tecnológica se lleva al con una caldera de aceite térmico de que requiere 3.310 kW de la caldera de extremo utilizando la tecnología de ab- 4.810 kW del fabricante Polytechnik y aceite térmico. El excedente de poten- sorción que permite obtener agua fría un generador de 2,6 t/h de vapor satu- cia de la caldera de aceite térmico hasta (utilizada en la climatización y en el rado a 12 bares a partir de aceite tér- los 4.810 kW mencionados, se destina a proceso industrial) a partir del agua ca- mico proveniente de la caldera. la producción de vapor mediante el ge- liente producida en la Central. nerador de 2,3 t/h a 12 bares. La potencia térmica generada en forma de agua se empleará en las distintas aplicaciones: • Producción de agua caliente de lavado. • Producción de agua caliente para ósmosis. • Producción de agua fría para proceso y climatización a través de máquinas de absorción. • Producción de agua caliente para calefacción. • Producción de agua caliente para el secadero de lodos. A continuación se describe detalladamente cada una de las zonas que constituyen la central térmica, separadas por aplicaciones: I www.retema.es I Especial BIOENERGÍA 2014 9 REPORTAJE I CENTRAL DE TRIGENERACIÓN PARA USO INDUSTRIAL DE Silo-Almacén de combustible BURGOS diaria durante los días de operación de la planta. El combustible a emplear es astilla forestal de la Región. Se ha diseñado Sistema de combustión un silo diario y un segundo silo de al- de biomasa y caldera de aceite macenamiento de seguridad que per- térmico miten, en total, tener almacenada astilla para una autonomía de al menos 2 semanas. La biomasa es conducida por un empujador hidráulico situado en el interior del canal de alimentación hasta el inte- El almacén de acopio de biomasa, rior del hogar de combustión. El empu- consistirá en una nave abierta en su jador dispone de compartimentos que cara sur, que dispondrá de zonas de mantienen estanqueidad durante la ali- paso para remover y trasegar la bioma- mentación de la caldera de forma que sa hasta el silo diario. El volumen dise- no exista contacto directo entre la bio- ñado para este silo es de aproximadamente 6.500 m3, que permitirá tener masa que se quema en el hogar y la almacenada 2.000 m3 de astilla, apro- sistemas rociadores sprinkler en el in- de los distintos eslabones, que permi- ximadamente 550 toneladas. terior del canal que rociarán con agua ten asegurar una correcta progresión en caso de que la temperatura en el de la combustión, de forma que no lle- proveniente del silo. Se han instalado Dentro del silo diario hay un suelo mismo alcance determinado valor. La gue nada de material inquemado a la móvil, consistente en varios ejes con regulación de la caldera controla la ali- parte inferior. Dicho aire primario es ca- paletas empujadoras que movidas hi- mentación del combustible en función lentado previamente desde un recupe- dráulicamente son encargadas de de la demanda. rador que emplea los gases de escape, de forma que se mejora el rendimiento empujar la biomasa hasta el empujador, situado en la parte frontal, 30 cm En la parte inferior se encuentra un de la combustión. Este sistema es es- por debajo de la cota del silo y comu- sistema de recogida de cenizas que las pecialmente adecuado para combusti- nicada con el canal de alimentación. conduce hasta el sinfín extractor, en- bles con alto contenido en humedad. El almacenamiento de cerca de 60 t cargado de transportarla hasta el con- Los ventiladores de aire primario, colo- de astilla que permiten un funciona- tenedor adecuado. cados en la parte inferior de la parrilla móvil, inyectarán aire directamente a la miento continuo de la caldera a plena carga durante al menos 36 horas. El A lo largo de su recorrido hay diver- altura del combustible y serán los en- silo diario será rellenado de forma sas entradas de aire primario a través cargados de comenzar la combustión. Especial BIOENERGÍA 2014 I 10 www.retema.es I REPORTAJE I CENTRAL DE TRIGENERACIÓN PARA USO INDUSTRIAL DE BURGOS Son de tres tamaños distintos para lado de un filtro electrostático que redu- automática de las zonas de intercam- aportar la cantidad de aire necesaria cirá las partículas emitidas a la atmósfera por debajo de 50 mg/Nm3. Dichas bio permiten conseguir un flujo cons- partículas decantadas, serán deposita- niendo permanentemente la eficiencia das en los contenedores específicos. en el intercambio de calor. en cada momento. Los ventiladores de aire secundario tante de los gases de escape mante- inyectan aire a la altura de llama, a través de orificios practicados en las Las temperaturas del hogar son con- La caldera de aceite térmico viene paredes del hogar y son los encarga- troladas en todo momento por sondas completada con una serie de bombas, dos de asegurar una combustión com- de temperatura que soportan los 1.200 elementos de medida y elementos de pleta. Ambos grupos de ventiladores ºC al igual que la cantidad de oxígeno seguridad, como el sistema de enfria- están interrelacionados con el ventila- en humos, medida en tiempo real me- miento de emergencia, que se activará dor de tiro de forma que se pueda diante una sonda lambda, que garanti- en caso de fallo en la bomba del circui- mantener la depresión en la cámara za de forma continua la combustión to primario. Estos sistemas permiten de combustión. completa. Dichos parámetros, así co- asegurar la seguridad en la planta. mo el estado de los elementos hidráuLas cenizas de la combustión son ex- licos y la depresión de la cámara de A la salida de la caldera de aceite tér- traídas del hogar mediante un tornillo combustión son regulados por la cen- mico, se han instalado dos economiza- sinfín y posteriormente transportadas tralita de control y monitorizados en el dores (alta y baja temperatura) que hasta los contenedores correspondien- ordenador central. Existe un medidor permitirá un aprovechamiento de los tes mediante cintas transportadoras en tiempo real de emisiones. gases de escape para precalentar el aceite térmico de retorno, previo a la movidas hidráulicamente. Colocada en la parte superior del ho- entrada en la caldera. Los gases de combustión proceden- gar, se encuentra la caldera de aceite tes de la cámara de combustión pasan térmico consistente en dos serpentines A continuación del economizador se por una serie de ciclones y filtros que concéntricos que permiten el paso de ha instalado un ciclón encargado de re- aseguran la reducción al mínimo de las gases de escape entre ambos. El dise- partículas en suspensión. Se ha insta- ño del sistema, así como la limpieza ducir las partículas en suspensión hasta 150 mg/m3. Las cenizas deposita- I www.retema.es I Especial BIOENERGÍA 2014 11 REPORTAJE I CENTRAL DE TRIGENERACIÓN PARA USO INDUSTRIAL DE BURGOS das se conducirán mediante sinfines los 185 ºC son conducidos hacia el del agua de 6/7ºC, funcionando con hasta el contenedor habilitado. conducto de humo. un rendimiento del 70 % y una acumulación adecuada de 50.000 l, situada Posteriormente al ciclón se ha insta- Dicho conducto, autoportante, es de en la Central térmica y 35.000 l situa- lado el sistema de precalentamiento de acero inoxidable en su interior, con 60 dos en las subestaciones correspon- aire primario que permite un mayor mm de aislamiento de lana de roca y re- dientes ubicadas en fábrica. De esta aprovechamiento de los gases de es- cubierto con una segunda pared de ace- forma, se consigue una acumulación cape y una mejora de la combustión. ro lacado. El diámetro interior de la chi- total de 120.000 l que permitirán cubrir menea es de 710 mm y la altura 25 m. posibles incrementos temporales en la demanda de frío del proceso. Con estas mejoras se consigue un importante incremento del rendimiento global del sistema. La chimenea tendrá recogida de condensados y los correspondientes registros de limpieza. gerante para eliminar el calor del agua El ventilador de tiro se ha instalado aguas abajo del precalentador del aire Sala de depósitos de entrada que debe ser enfriada. La máquina de absorción elegida emplea primario e inmediatamente antes del electro filtro, que reduce las partículas en suspensión hasta los 50 mg/m3. El ciclo de refrigeración utiliza el calor latente de vaporización de un refri- Producción de frío. Máquina de agua como refrigerante y una solución absorción de bromuro de litio (absorbente) para absorber el refrigerante evaporado. Chimenea La producción de frio se consigue Aplicando calor a la solución, se consi- con una máquina de absorción de gue separar el refrigerante del absor- Del filtro electrostático, los gases ya simple efecto de 1.200 kW que permi- bente evaporándolo, que condensará limpios y con temperaturas próximas a te obtener una temperatura de salida posteriormente en el condensador. Di- © L`Oréal 12 Especial BIOENERGÍA 2014 I www.retema.es I REPORTAJE I CENTRAL DE TRIGENERACIÓN PARA USO INDUSTRIAL DE BURGOS cha aportación de calor se produce en 347 m3/h de agua de 37 ºC hasta 30 permitirán duplicar la potencia térmica el generador. En nuestro caso, la fuen- ºC. Se ha instalado una torres de refri- de calor durante al menos 30 minutos, te de calor será agua a 95 º provenien- geración de circuito abierto. El agua a para poder cubrir posibles incrementos te de la cogeneración. refrigerar entra por la parte superior de en la demanda de la fábrica. la torre y se distribuye uniformemente En el condensador el agua evaporada por el relleno de la misma, que permite En esta sala se encontrarán también cambia de estado cediendo calor al mejorar el tiempo y la superficie de in- los colectores de distribución de calor y agua que posteriormente se envía a la tercambio entre el aire y el agua. frío así como los distintos grupos de bombeo para las distintas aplicaciones. torre de refrigeración. Una vez condensado, el refrigerante pasa por los tubos Producción de calor Sala de generación de vapor del evaporador, evaporándose de nuevo aprovechando el calor que obtiene del Dentro de la sala de depósitos, com- agua a refrigerar. La solución de bromu- partiendo espacio con los equipos de Consiste en un equipo generador de ro de litio concentrado pasa al absorbe- producción de frío, se ubican también vapor a partir de aceite térmico prove- dor donde se mezcla de nuevo con el los depósitos de acumulación para las niente de la caldera, para producir 2,3 absorbente evaporado diluyéndose és- distintas aplicaciones con agua calien- t/h de vapor saturado a 12 bares con te. La solución diluida de bromuro de li- te. Se han instalado 2 depósitos de una capacidad de 15.000l, que permiti- tio y agua se bombea hasta el genera- 50.000 l cada uno, que junto con los rá de ese modo cubrir posibles incre- dor donde comienza de nuevo el ciclo. depósitos de 35.000 l situados cada mentos temporales de la demanda de uno en una subestación de transferen- vapor. No hay que olvidar que la plan- La torre de refrigeración elegida en cia de calor dentro de fábrica, hacen un ta demanda actualmente vapor a 5 bar el proceso debe ser capaz de refrigerar total de 170.000 l de acumulación, que debido a la calefacción por vapor que © L`Oréal tiene actualmente instalada. En el futu- dicial para el medioambiente, con ade- a un generador para la producción eléc- ro para cubrir la demanda de vapor se- cuadas propiedades termodinámicas. trica. El vapor desprendido de la turbina es conducido al regenerador donde se rán necesaria una presión de 4 bar, de forma que la acumulación en caldera y la generación a 12 bar proporcionarán Los elementos del módulo son los siguientes: emplea para precalentar la silicona orgánica en estado líquido procedente del condensador. Al condensador llega la un pulmón de vapor importante durante • Intercambiador de calor aceite térmi- silicona en estado vapor después de su co/silicona orgánica. paso por la turbina. En el condensador Se alimenta de un depósito de 5.000 • Evaporador, donde cambiará de esta- se produce el intercambio de calor con l de agua de alimentación del equipo do la silicona orgánica aportando calor el agua a calentar, condensando la sili- generador de vapor que recoge los con el aceite térmico. cona, que es de nuevo precalentada y condensados provenientes de las apli- • Generador, donde se expandirá la si- evaporada cerrando el ciclo. caciones de fábrica. Dicho depósito tie- licona orgánica a su paso por la turbi- ne incorporado un intercambiador de na. aceite de 100 kW que permite mante- • Regenerador encargado del preca- ner la temperatura del agua en su inte- lentamiento de la silicona orgánica que El control de todas las máquinas así rior cercana a los 100 ºC. va al evaporador desde la salida del como de las energías eléctricas -foto- 15 o 20 minutos. Sala de control condensador. voltaica y cogeneración- y térmicas Sala de producción de energía • Condensador, encargado de licuar la producidas, se realizará informática- eléctrica. Módulo ORC silicona orgánica, aportando calor al mente desde la sala de control median- agua empleada en cubrir la demanda te PLCs. En dicha sala habrá varios or- térmica de la fábrica. denadores central que permitirán el eléctrica, contigua a la sala de calderas, • Bomba, encargada de hacer circular control y la visualización en tiempo re- está el módulo ORC (Organic Ranking la silicona orgánica por todos los ele- al de todos los parámetros de funciona- Cycle) de 617 kW de potencia nominal. mentos. miento de los distintos elementos insta- En la sala de producción de energía lados en la central, así como de los El ORC es un módulo de producción La silicona orgánica es calentada eléctrica en ciclo Rankine que trabaja en hasta pasar a estado vapor por el acei- ciclo cerrado con una silicona orgánica te térmico. El fluido caloportador en es- Dicha sala de control está dirigida del grupo Siloxano no tóxico y no perju- tado vapor pasa por la turbina acoplada por un único operario y admite el con- Especial BIOENERGÍA 2014 I 14 consumos y producciones. www.retema.es I REPORTAJE I CENTRAL DE TRIGENERACIÓN PARA USO INDUSTRIAL DE BURGOS trol telemático de la misma a través de Internet. El cliente de la energía térmica dispone de acceso a los consumos que vaya teniendo. El software de control presta especial cuidado al control de las emisiones y temperatura de combustión, visualizándolos en tiempo real para todos los estados de carga de la caldera. Dicho software de control establecerá registros periódicos donde quedarán almacenados los datos medidos. Sistemas de seguridad Todos los componentes de la caldera, así como de los elementos que trabajen con el aceite térmico cumplen lo indicado en la normativa DIN 4754 cumpliendo al menos con las seguridades mínimas indicadas en dicha normativa. Los elementos de seguridad de la caldera son los siguientes: • Sistema de alimentación del combustible mediante un empujador hidráulico compartimentado que asegura la estanqueidad y evita la comunicación entre hogar y silo de biomasa. • Sistema de rociadores a lo largo del empujador desde el silo diario hasta el hogar de combustión, que se accionarán bajo elevadas temperaturas en el interior del empujador. • Control de los parámetros de funcionamiento del hogar y de la caldera de aceite térmico: regulación de la depresión en la cámara de combustión, control de temperaturas (cámara, alimentación, gases de escape, etc.), temperatura del aceite térmico, estado de funcionamiento de bombas, etc. Dicho control permitirá detectar anomalías de funcionamiento activando las alarmas y acciones correspondientes. • Refrigerador de emergencia (en caso de fallo de la bomba del circuito primario) del aceite térmico con agua de red. I www.retema.es I Especial BIOENERGÍA 2014 15 REPORTAJE I CENTRAL DE TRIGENERACIÓN PARA USO INDUSTRIAL DE BURGOS • Grupo electrógeno de emergencia Central Térmica con el colector de va- • Circuito de vapor: interconectará el con equipo de bombeo (bomba doble) por para proceso, situado en la sala de generador de vapor situado en la Cen- que permitirían la circulación del fluido calderas actual de L'Oréal. tral de Térmica con el colector actual de proceso, situado en la actual sala de térmico en caso de fallo de corriente en la instalación. Se distinguirán los siguientes circuitos: • Elementos de medida y control del fluido térmico. calderas de L'Oréal. Desde allí que se distribuirá a cada una de las aplicacio- • Circuito primario de aceite térmi- nes, de igual forma a como se está rea- co: conecta la caldera de aceite térmi- lizando actualmente. El sistema de alarma de incendios co con el módulo ORC, el generador de está conectado con el sistema de con- vapor, depósito de alimentación del ge- Sistema de producción trol de la caldera. En caso de anomalía nerador de vapor y los intercambiado- eléctrica mediante energía de funcionamiento el propio sistema de res aceite/agua. solar fotovoltaica control activará la alarma. • Circuito primario de agua: circuito Circuitos hidráulicos de agua caliente encargado de transfe- Con casi 2.000 módulos fotovoltai- rir la energía térmica desde el conden- cos la cubierta de la central de cogene- sador del módulo ORC (cogeneración) ración con una potencia de 495kW Los circuitos hidráulicos son 3, agua y/o de los intercambiadores aceite/agua eléctricos son capaces de producir la fría para proceso y climatización, agua hasta los depósitos de inercia pulmón energía complementaria al sistema de caliente para proceso y calefacción y de 50.000 l cada uno que alimentará al cogeneración para llegar a conseguir la vapor y condensados para proceso. colector de distribución y desde el cual electricidad necesaria para la fábrica Los circuitos conectan la Central Térmi- se repartirá a las distintas aplicaciones. de LʼOreal. ca por un lado con las dos subestacio- • Circuito secundario(agua fría/agua nes (agua caliente y agua fría), desde caliente): interconecta los colectores de Las empresas CENIT SOLAR PRO- donde se realiza el reparto a los puntos frío y calor con las aplicaciones situadas YECTOS E INSTALACIONES ENERGÉ- de consumo de agua fría y caliente pa- en la fábrica. Éstas son las dos subesta- TICAS, S.L. Y EITEC INGENIERÍA ra climatización y calefacción en la fá- ciones situadas en la fábrica para la ca- ENERGÉTICA, S.L., aportan 10 años de brica y por otro con la actual sala de cal- lefacción/climatización, el depósito para experiencia en proyectos basados en deras, donde se ubica un depósito de agua de lavado situado en la sala de energías limpias. Con este proyecto se 15.000 l para el agua caliente de proce- calderas el depósito pulmón del circuito abre un campo imprescindible, en el cor- so, desde donde parte el reparto a los secundario, las balsas de hielo para el to y medio plazo, en las necesidades distintos puntos de consumo. La tubería frío de proceso y los intercambiadores energéticas tanto de la industria como de vapor y condensados, comunica la de agua de lavado de UP2. del ámbito residencial y de servicios. © L`Oréal 16 Especial BIOENERGÍA 2014 I www.retema.es I