Proyecto N°4 Complejo termoeléctrico Ventanas de AES Gener Efluentes Gaseosos. Autores Constanza Hidalgo Nadia Letelier Laura Montesinos Guillermo Mora Profesor María Paz Domínguez Ayudantes Felipe Guajardo Annette Reyes Fecha Jueves 04 de Junio Universidad Técnica Federico Santa María IQA-264 Ingeniería Ambiental Campus San Joaquín, 2020-1 1. Introducción Se analizarán los efluentes gaseosos emitidos por el complejo termoeléctrico Ventanas perteneciente a AES Gener con producción de 884𝑀𝑊 anuales. Este informe se centrará en las emisiones, término que no debe ser confundido con calidad del aire, las emisiones son aquellas medidas o estimadas a la salida de los efluentes. Estos poseen fuentes de emisiones móviles y fijas, en el presente estudio las fuentes serán principalmente de origen fijo industrial y la presencia de fuentes móviles serán considerados como fuera de ruta por tratarse principalmente de maquinaria asociada al rubro. Los principales contaminantes provenientes de las industrias son entre otros; óxidos de nitrógeno, óxidos de azufre, monóxido de carbono, hidrocarburos y material particulado (MP), a pesar de no ser formalmente contaminantes debido a no estar regulados, el vapor de agua y la temperatura (calor) son ambos precursores de calentamiento global y son emitidos por industrias de generación eléctrica. La energía de las termoeléctricas se produce a partir de la energía liberada por combustión de combustibles fósiles como petróleo, gas natural, carbón o derivados de los productos anteriores. Debido a las dimensiones de los equipos las emisiones provienen principalmente por el sistema de calderas, utilizadas para la generación de vapor sobrecalentado a alta presión (172 𝑏𝑎𝑟) (Blanco & Peña, 2011), para hacer girar una turbina y un alternador el cual finalmente produce la energía eléctrica (Generadoras de Chile, 2017b). El complejo termoeléctrico Ventanas se ubica en la Bahía de Quinteros en la comuna de Puchuncaví, V Región y es perteneciente a la empresa AES Gener. Esta empresa es el segundo productor de energía eléctrica en Chile cuya capacidad es de 3400𝑀𝑊 de los cuales un 25% pertenecen al complejo Ventanas (Generadoras de Chile, 2017a), esta termoeléctrica emplea como combustible principalmente carbón y petcoke, que es un sólido carbonoso proveniente de la refinación del petróleo por craqueo catalítico (World Energy Trade, 2018). 2. Objetivo General Identificar efluentes gaseosos provenientes o causados por el complejo termoeléctrico Ventanas de AES Gener, determinar su procedencia y cuantificarla. 3. Desarrollo 3.1. Tipo de emisiones que presenta la industria Las emisiones presentes en el complejo Ventanas son clasificadas como fuentes fijas de carácter industrial y móviles fuera de ruta. Las fuentes móviles emiten gases principalmente procedentes de combustión adjudicados a los motores de los camiones y maquinaria industrial utilizada en el proceso. Esta maquinaria dada la combustión que conlleva su uso da origen a la emisión de gases como; 𝐶𝑂2 , 𝐶𝑂, HC, 𝑁𝑂𝑥 , carbonilla, 𝑆𝑂2 y sales de plomo, estos últimos dos eliminables por tratamiento de combustibles y tanto los vapores de hidrocarburos, carbonilla 𝐶𝑂 y 𝑁𝑂𝑥 (a excepción de 𝑁𝑂2 son eliminables por convertidores catalíticos. Mientras que el complejo industrial dada sus procesos emite; vapor de agua, 𝑆𝑂2 , 𝑁𝑂𝑋 , 𝐶𝑂, 𝐶𝑂2 , metales pesados (𝐻𝑔, 𝐴𝑠, 𝐶𝑑, 𝑉 y 𝑁𝑖), inorgánicos no combustibles y otros compuestos orgánicos volátiles (COV). Se debe considerar también la emisión de MP, el MP10 de carácter visible y grueso, no es muy perjudicial para la salud humana, pero si para las plantas, debido a sus dimensiones poseen baja duración en suspensión, sin embargo, la presencia de MP10 indica potencialmente la presencia de MP2,5 y por lo tanto carbonilla. Estos últimos se consideran un riesgo para la salud humana, debido a que permanecen más tiempo en suspensión. La carbonilla además posee una capacidad de adhesión a los alveolos y bronquios con lo cual ingresa al sistema sanguíneo, siendo un factor que aumenta el riesgo de muerte por enfermedades cardiovasculares (Ostro et al., 2015) Ingeniería Ambiental 2020-1 2 Universidad Técnica Federico Santa María IQA-264 Ingeniería Ambiental Campus San Joaquín, 2020-1 3.2. Descripción del proceso La generación de electricidad en base a carbón comienza con la acumulación de este, generalmente su despacho es entregado por embarcación y trasladado a canchas de acopio (1), de estas se retira el material con buldóceres para ser llevado al harnero (2), donde es calificado para luego ser pulverizado (3) e ingresado a la caldera (4), lugar en el cual se quema para evaporar agua. La caldera emite gases calientes que son evacuados posteriormente por la chimenea (5), tras la quema de carbón las cenizas producidas son llevadas por camiones a depósitos de cenizas (6). El vapor de agua producido es utilizado para mover una turbina (7) que a su vez mueve un alternador/generador para producir la corriente eléctrica. El vapor que sale de la turbina es enfriado en la torre de enfriamiento (8). Explicación Ilustración 1: PFD Termoeléctrica. detallada de emisiones por equipo véase Anexo A. Existen adicionalmente las fuentes móviles fuera de ruta, como por ejemplo la maquinaria usada para mover el carbón o cenizas (camiones, tolvas, etc). 3.3. Estimación de las emisiones (Cuantitativa). En base a la quema total de carbón que se realiza en la termoeléctrica Ventanas, el cual alcanza un total de 7847 𝑡𝑜𝑛 (AES Gener, 2018), se estiman las emisiones totales generadas en la caldera (aprox. 1.2% de azufre y 8% de ceniza) con los factores de emisión encontrados. Principal emisión; 19225,15 𝑡𝑜𝑛 de 𝐶𝑂2 . Tabla 1: Emisiones totales por contaminante, obtenidos mediante el uso de factores de emisión. (División Salud Ambiental, 2014)* (KAS Ingeniería & GeoAire., 2009)** (CONAMA, 2009)***. 𝑆𝑂2 𝑡𝑜𝑛* 𝑁𝑂𝑋 𝑡𝑜𝑛* 𝐶𝑂 𝑡𝑜𝑛* 𝑀𝑃10 𝑡𝑜𝑛* 𝐻𝑔 𝑘𝑔** 𝑁𝑖 𝑘𝑔** 𝑉 𝑘𝑔** 𝐴𝑠 𝑘𝑔*** 178.91 122.02 1.96 72.19 3,92 117,82 235,62 0,042 Utilizando un factor de emisión de Diésel (Carrasco, 2015), se estima una generación de 38582 𝑡𝑜𝑛 de 𝐶𝑂2 . A su vez se estima el MP liberado por el tránsito de camiones con sus respectivos factores de emisión (SICAM, 2015), obteniéndose un valor de 180 𝑡𝑜𝑛 de 𝑀𝑃10 y 18,85 𝑡𝑜𝑛 de 𝑀𝑃2,5 . Supuestos y aproximaciones detalladas en Anexo B, véase Anexo C para detalle de factores de Emisión. 3.4. Medidas de mitigación emisiones Material Particulado Este, en parte es emitido por la circulación de camiones y diversos vehículos por caminos de ripio, y para disminuir su liberación, se propone el tratamiento de estas vías con bischofita (𝑀𝑔𝐶𝑙2 ∙ 6𝐻2 𝑂). Este es un subproducto del procesamiento de litio, y es un material altamente higroscópico, su uso en caminos rurales a lo largo de Chile, muestra una eficiencia de más del 90%, por lo que se espera un rendimiento similar en el caso en estudio (Campos & Espinosa, 2006). Dióxido de Azufre (𝑆𝑂2 ) y óxidos de nitrógeno (𝑁𝑂𝑥 ) Con el objetivo de disminuir estas emisiones, se propone la implementación de calderas de lecho fluidizado, estas se basan en mantener el carbón en suspensión, y la inyección de caliza para absorber el 𝑆𝑂2 presente en algunos combustibles como el petcoke. Además, permiten operar a una menor temperatura, disminuyendo también las emisiones de 𝑁𝑂𝑥 (BS Consultores, 2007). Ingeniería Ambiental 2020-1 3 Universidad Técnica Federico Santa María IQA-264 Ingeniería Ambiental Campus San Joaquín, 2020-1 4. Referencias AES Gener. (2018). Memoria Integrada 2018. 302. Blanco, J. M., & Peña, F. (2011). Incremento de la eficiencia en centrales termoeléctricas por aprovechamiento de los gases de la combustión. Informacion Tecnologica, 22(4), 15–22. https://doi.org/10.4067/S0718-07642011000400003 BS Consultores. (2007). Elaboracion De Guia Orientadora Para La Evaluacion Ambiental De Centrales Termoelectricas. 3, 387. Retrieved from http://dataset.cne.cl/Energia_Abierta/Estudios/CNE/Guía orientadora para evaluación ambiental de centrales termoeléctricas.pdf Campos, G., & Espinosa, E. (2006). Análisis comparativo de la eficiencia de supresores de polvo mediante el uso del equipo dustmate, y el efecto económico para la conservación rutinaria y periódica de carpetas granulares. In Journal of Chemical Information and Modeling. https://doi.org/10.1017/CBO9781107415324.004 Carrasco, J. (2015). Mecanismo para la mitigación voluntaria de emisiones de Gases Efecto Invernadero para Colombia. Corporación Ambiental Empresarial, 1–18. Retrieved from http://www.siame.gov.co/ CONAMA. (2009). Guía metodológica para la estimación de emisiones atmosféricas de fuentes fijas y móviles en el registro de emisiones y transferencia de contaminantes. Retrieved from http://www.declaracionemision.cl/docs/GUIA_CONAMA.pdf División Salud Ambiental. (2014). Manual de consultas de factores de emisión. 1–17. Fundación Terram. (2018). Termolectricidad a carbón y las precarias normativas de emisión y calidad del aire en Chile. Generadoras de Chile. (2017a). Empresas Asociadas: AES Gener. Retrieved June 1, 2020, from http://generadoras.cl/empresas-asociadas/aes-gener Generadoras de Chile. (2017b). Energía Térmica. Retrieved October 12, 2019, from http://generadoras.cl/tipos-energia/energia-termica KAS Ingeniería, & GeoAire. (2009). Análisis General del Impacto Económico y Social de una Norma de Emisión para Termoeléctricas. Ostro, B., Tobias, A., Karanasiou, A., Samoli, E., Querol, X., Rodopoulou, S., … Pascal, M. (2015). The risks of acute exposure to black carbon in Southern Europe: Results from the med-particles project. Occupational and Environmental Medicine, 72(2), 123–129. https://doi.org/10.1136/oemed-2014102184 SICAM. (2015). Fuentes Móviles en Ruta y fuera de Ruta. World Energy Trade. (2018). Coque derivado del petróleo. 5. Anexos Anexo A Emisiones por equipo A continuación, se nombran los equipos o partes del proceso que generan emisiones contaminantes: - - Canchas de acopio (1): Generalmente son planicies en las cuales se deposita el carbón, sin coberturas o protección del viento, por lo que presenta contaminación por material particulado (MP) debido al viento que erosiona el carbón y levanta las partículas de este. Harnero (2): Equipo en el cual se separa y clasifica el carbón traído desde la cancha de acopio, similar a un tamizado, el cual, al mover el carbón, libera material particulado al ambiente (MP) Pulverizador (3): Equipo en el con el cual se reduce el tamaño del carbón, por medio de molinos que Ingeniería Ambiental 2020-1 4 Universidad Técnica Federico Santa María IQA-264 Ingeniería Ambiental Campus San Joaquín, 2020-1 - - trituran el carbón, razón por la cual genera material particulado (MP) al ambiente Caldera (4): Produce gases contaminantes como monóxido de Carbono (𝐶𝑂), dióxido de carbono (𝐶𝑂2 ), dióxido de azufre (𝑆𝑂2 ) y óxidos de nitrógeno (𝑁𝑂𝑥 ). Adicionalmente produce cenizas, las cuales, al ser levantadas por corrientes de aire, pasan a ser material particulado (MP) y finalmente produce emanación de mercurio, níquel, vanadio y cadmio, las cuales no están clasificadas como contaminantes según la normativa chilena. (Fundación Terram, 2018) Chimenea (5): Corresponde al tubo por el cual son eliminados las emanaciones mencionadas en la caldera, emitiendo dichos contaminantes al ambiente. Depósito de cenizas (6): Generalmente se encuentra lejos de la planta de producción y no posee protección al ambiente, por lo que al igual que las canchas de acopio, genera material particulado (MP) Torre de enfriamiento (8): Libera vapor de agua al ambiente, el cual no es considerado un contaminante en la normativa chilena. Anexo B Supuestos para estimaciones Para la estimación del combustible consumido por camiones al realizar los depósitos de cenizas, se asumen 25000 viajes con el fin de transportar el volumen de ceniza producida (200000𝑡𝑜𝑛/𝑎ñ𝑜) en relación con la capacidad de los camiones (aprox. 20 𝑚3) en tramos de 24 𝑘𝑚 ida y regreso, con un rendimiento de 1 𝑘𝑚/𝑙𝑡. Posteriormente para la estimación de MP se consideró un trayecto de aproximadamente 8 𝑘𝑚 de camino no pavimentado y 16 𝑘𝑚 de camino pavimentado, se hace la consideración de 12 𝑘𝑚 con carga y 12 𝑘𝑚 sin carga. Anexo C Factores de emisión Tabla 2: Factores de emisión para cálculos de caldera en base a las toneladas de carbón quemado. 𝐶𝑂 0.25 𝑘𝑔 𝑡𝑜𝑛 𝑆𝑂2 19 ⋅ 𝑆 𝑘𝑔 𝑡𝑜𝑛 𝑀𝑃10 1.15 ⋅ 𝐴 𝑘𝑔 𝑡𝑜𝑛 𝑁𝑂𝑥 15.55 𝑘𝑔 𝑡𝑜𝑛 𝐻𝑔 1.1𝐸 − 3 𝑁𝑖 𝑙𝑏 𝑡𝑜𝑛 3.31𝐸 − 2 𝑉 𝑙𝑏 𝑡𝑜𝑛 6.61𝐸 − 2 𝐴𝑠 𝑙𝑏 𝑡𝑜𝑛 8.46𝐸 − 1 𝑘𝑔 𝑡𝑜𝑛 𝑆 es el porcentaje de azufre (1.2% → S=1.2) 𝐴 es el porcentaje de cenizas (8% → A=8) Tabla 3: Factores de emisión de material particulado para camión respecto a la carga y tipo de camino, datos en base a kilómetros recorridos. Tipo de camino Pavimentado No pavimentado Carga Cargado Sin carga Cargado Sin carga Ingeniería Ambiental 2020-1 𝑀𝑃10 0.022 𝑘𝑔/𝑘𝑚 0.009 𝑘𝑔/𝑘𝑚 1.051 𝑘𝑔/𝑘𝑚 0.694 𝑘𝑔/𝑘𝑚 𝑀𝑃2,5 0.005 𝑘𝑔/𝑘𝑚 0.002 𝑘𝑔/𝑘𝑚 0.1051 𝑘𝑔/𝑘𝑚 0.0694 𝑘𝑔/𝑘𝑚 5
