Elección de las mejores técnicas de recuperación de calor residual

Cómo elegir las mejores técnicas de recuperación de calor residual

Darren Bryant, director general de Heatcatcher UK, habla de las mejores técnicas de recuperación de calor residual disponibles para la industria del vidrio y expone las iniciativas del gobierno británico para ayudar a los fabricantes con la financiación.

Heatcatcher comenzó a diseñar, construir y operar sistemas de recuperación de calor residual (WHR) en la industria de la cal y el cemento, poniendo en marcha su primera planta con tecnología de ciclo orgánico de Rankine (ORC) en 2013, recuperando los gases de escape de un horno rotatorio para generar 0,5MW de electricidad para el sitio Lhoist del Reino Unido, cerca de Durham.

Las oportunidades y los retos de integrar las mejores técnicas disponibles de recuperación de calor residual en los hornos de vidrio flotado y de contenedores son similares a los de la industria de la cal y el cemento, con la salvedad de que la rentabilidad de las inversiones mejora porque las horas de funcionamiento anual de los hornos de vidrio son mayores.

Todos los sectores industriales que hacen un uso intensivo de la energía se enfrentan a un aumento de los precios de la misma, y el equipo de ingenieros de Heatcatcher ha aplicado sus conocimientos y experiencia para adaptar las mejores tecnologías disponibles de ORC y expansores de vapor para recuperar la energía térmica de los escapes de los hornos de vidrio.

Con el aumento de la legislación medioambiental para limitar las emisiones de gases de escape, las plantas prevén un aumento de los costes de capital de los equipos adicionales de tratamiento de gases de combustión (FGT).

A menudo se requiere que éstos funcionen con temperaturas más bajas de los gases de escape, por lo que se necesita una refrigeración adicional. El coste de los nuevos equipos de tratamiento de gases de combustión y de los equipos de refrigeración para reducir la temperatura puede mitigarse con un sistema WHR, que elimine el calor y lo convierta en electricidad baja en carbono antes de los equipos de tratamiento de gases de combustión.

Integración de los WHR

La selección de las mejores técnicas disponibles (MTD) para la integración del intercambiador de calor y su adecuación al mejor ORC o expansor de vapor disponible en el mercado es un área de experiencia crucial para cumplir las condiciones técnicas y económicas de un proyecto de integración de WHR.

Las consideraciones técnicas incluyen:

• ¿Cómo son de variables la temperatura y el caudal másico de los gases de escape?
• ¿Cuál es la composición química de los gases de escape que limita la temperatura mínima de funcionamiento?
• Las limitaciones de espacio de la planta determinan la ubicación del intercambiador de calor y la integración de los conductos.
• Cambios en los conductos si se combinan las corrientes de escape de más de un horno.
• Método de limpieza del intercambiador de calor y caída de presión del sistema.
• Efecto de la caída de presión del sistema WHR adicional en el proceso y en el ventilador de tiro inducido.
• Variación de la velocidad de eflujo de la chimenea de escape por la reducción de la temperatura.
• Demandas futuras sobre la reducción de los límites de emisiones y el tratamiento de los gases de combustión.

Valor económico de los WHR

Una vez evaluados los aspectos técnicos de la integración, hay que tener en cuenta las consideraciones económicas sobre cómo obtener el máximo valor para la vida útil típica de 15 a 20 años de un sistema WHR.

¿Es el valor de producir grandes cantidades de agua caliente, con una pequeña cantidad para el uso del sitio y el resto para ser vendido a través de la valla a una planta vecina o un sistema de calefacción de distrito?

Encontrar un anfitrión vecino que consuma grandes cantidades de agua caliente es un reto comercial y la conexión a una red de calefacción urbana planificada puede recibir incentivos del gobierno local, pero puede ser un proceso largo.

Convertir el calor recuperado en electricidad con bajas emisiones de carbono o en una combinación de electricidad y una pequeña cantidad de calor para el uso del sitio ha sido la opción preferida de las plantas de vidrio que operan sistemas WHR.

Los sistemas WHR en funcionamiento incluyen el generador ORC de 1,3MWe instalado en 2013 en la planta de vidrio plano de AGC en Cuneo, Italia; el generador ORC de 0,5MWe en la planta de contenedores de O-I Glass en Villotta di Chions, Italia; el generador de ciclo de vapor de Guardian Glass que se está instalando en la planta de vidrio flotado de Goole en el Reino Unido; el generador ORC de 5,5MWe en la planta de Sisecam en Bulgaria; y el expansor de tornillo de vapor de 0,4MWe instalado en la planta de Vetrobalsalamo en Milán, Italia.

Resumen

Con la creciente necesidad de mitigar el aumento de los costes energéticos de la fabricación de vidrio y la presión de las partes interesadas para descarbonizar el sector, hay un creciente interés en las soluciones WHR.

Por ejemplo, en noviembre, la Confederación Británica de Fabricantes de Vidrio organizó un taller de transferencia de conocimientos sobre WHR al que asistieron muchos representantes de alto nivel de las empresas, deseosos de conocer los sistemas WHR.

Aunque muchos de los aspectos de integración técnica deben satisfacerse con un estudio de viabilidad antes de poder presentar un caso de negocio a la junta directiva, se necesita un documento de grado de inversión para que la junta decida si el proyecto se va a financiar directamente con su presupuesto de gastos de capital o se va a financiar externamente con un acuerdo de compra de energía (PPA) o un contrato de servicios energéticos (ESCo).

El gobierno del Reino Unido ha reconocido, a través de su "Hoja de ruta de la descarbonización industrial y la eficiencia energética hasta 2050", que el coste de la elaboración del estudio de viabilidad para las industrias de gran consumo energético es considerable.

Se espera que el Departamento de Energía Empresarial y Estrategia Industrial ponga en marcha la primera fase del "Programa de Apoyo al Calor Industrial" a finales de este año, ofreciendo hasta un 40% de apoyo financiero para estos estudios de viabilidad.

La segunda fase del IHSP, en 2018, podría financiar hasta el 30% de los costes de capital de la ejecución de los mejores proyectos identificados a partir de los estudios de viabilidad.

(Publicado originalmente aquí)