Optimización Inteligente del Consumo de Cal para el Control de Emisiones en Procesos Industriales

Abstract

Este proyecto describe el diseño, desarrollo e implementación de un sistema automático de control tipo PID para la dosificación de cal en una planta de valorización energética a partir de residuos (EfW) en Lincoln, Reino Unido. El objetivo principal es mantener las emisiones de ácido clorhídrico (HCl) y dióxido de azufre (SO₂) bajo control, asegurando el cumplimiento normativo, y a la vez optimizar el consumo de cal para reducir costes, algo que el sistema previo no conseguía plenamente.

El sistema PID regula la cantidad de cal inyectada basándose en la comparación de las emisiones medidas aguas abajo con los puntos de operación definidos. Para mejorar la estabilidad y evitar respuestas erráticas ante fluctuaciones instantáneas, el control se realiza sobre una media móvil de 30 minutos de las emisiones, que es uno de los dos periodos oficiales de reporte regulatorio junto con el de 24 horas. Esta estrategia asegura un seguimiento preciso de las emisiones, especialmente del HCl, principal indicador de eficacia.

Además, se ha desarrollado y entrenado un modelo predictivo como posible vía de optimización futura, que podría anticipar la evolución de las emisiones y mejorar la capacidad de respuesta del sistema frente a cambios repentinos en las condiciones de proceso.

Durante varios días de operación continua, el controlador mantuvo las emisiones por debajo de los límites legales, logrando reducir el consumo medio de cal en aproximadamente un 15 %, lo que supone un ahorro económico anual estimado en 100.000 €.

En resumen, el proyecto demuestra que un sistema PID bien diseñado puede optimizar el control de emisiones en procesos industriales complejos, garantizando el cumplimiento normativo y la eficiencia operativa, mientras que el modelo predictivo abre la puerta a mejoras futuras.

This project describes the design, development, and implementation of an automatic PID control system for lime dosing at an Energy from Waste (EfW) plant in Lincoln, UK. The main objective is to keep hydrochloric acid (HCl) and sulfur dioxide (SO₂) emissions under control, ensuring regulatory compliance while optimizing lime consumption to reduce costs—something the previous system did not fully achieve.

The PID system regulates the amount of lime injected based on the comparison of downstream emissions with defined operating setpoints. To improve stability and avoid erratic responses to instantaneous fluctuations, the control is performed on a 30-minute moving average of emissions, which is one of the two official regulatory reporting periods alongside the 24-hour average. This strategy ensures accurate emissions tracking, especially for HCl, the main indicator of control effectiveness.

Additionally, a predictive model has been developed and trained as a potential future optimization tool, which could anticipate emission trends and enhance the system’s responsiveness to sudden process changes.

During several days of continuous operation, the controller maintained emissions below legal limits, achieving an average lime consumption reduction of approximately 15%, resulting in an estimated annual cost saving of €100,000.

In summary, the project demonstrates that a well-designed PID system can optimize emissions control in complex industrial processes, guaranteeing regulatory compliance and operational efficiency, while the predictive model opens the door to future improvements.