PROCESSI PER L'ENERGIA E
L'AMBIENTE A
PEA A 1
TERMOVALORIZZAZIONE
PEA A 2
TERMOVALORIZZAZIONEINDICE
• SIGNIFICATO E FINALITÀ DELLA TERMOVALORIZZAZIONE
• FASI DEL PROCESSO E SCHEMA D’IMPIANTO.
• TIPOLOGIE DI RIFIUTI TRATTABILI: RSU TAL QUALE, BIOESSICCATO,
CDR
• CONFERIMENTO DEL RIFIUTO
• PRETRATTAMENTI
• INCENERIMENTO
• GASSIFICAZIONE E PIROLISI
• GASSIFICAZIONE AL PLASMA
• SITUAZIONE IMPIANTISTICA IN ITALIA
• RECUPERO ENERGETICO
• LE EMISSIONI ATMOSFERICHE PRODOTTE
• METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI INQUINANTI
• POSSIBILI SOLUZIONI IMPIANTISTICHE
• TERMOVALORIZZATORE ASM DI BRESCIA
• CONCLUSIONI
PEA A 3
TERMOVALORIZZAZIONESIGNIFICATO E FINALITA' DELLA
TERMOVALORIZZAZIONE
Trattamento di degradazione termica del rifiuto in condizioni ossidative (ovvero combustione), finalizzato a:
Ridurre il peso (80 - 90%) e il volume (90 – 95%) del rifiuto
Recuperare il contenuto energetico del rifiuto (frazioni con alto PCI)
Sterilizzare il residuo inerte (elevate temperature)
Insieme di tecnologie e processi dove si impiegano impianti che utilizzano rifiuti come combustibile per produrre calore o energia. Si tratta quindi di vere e proprie centrali elettriche.
PEA A 4
TERMOVALORIZZAZIONESIGNIFICATO E FINALITA' DELLA
TERMOVALORIZZAZIONEFino a qualche anno fa la gestione dei rifiuti era impostata unicamente sulla filosofia dello smaltimento in discarica:
•Il 70% dei rifiuti era conferito in discarica;
•Il 22% era destinato al riciclaggio e ad altre tecniche di trattamento;
•Solo una scarsa frazione (8%) era destinata all’incenerimento.
Lo scenario sta cambiando in modo da ridurre lo spreco di materiali e di energia:Le strategie messe in atto nei diversi Paesi dell’Unione Europea sono già in
gran parte orientate verso un “approccio integrato”, figlio di uno schema di
priorità definito da una prima direttiva U.E. del 1991:• riduzione dei rifiuti alla fonte;• recupero dei materiali che non hanno ancora terminato la propria
vita utile e riciclo delle frazioni di materiale ancora impiegabili nei processi produttivi;
• recupero di energia dalla frazione che rimane;• smaltimento finale in discarica controllata dei rifiuti residui, non più
convenientemente valorizzabili.
PEA A 5
TERMOVALORIZZAZIONESIGNIFICATO E FINALITA' DELLA
TERMOVALORIZZAZIONEAlle discariche viene attribuito un ruolo marginale rispetto al passato: devono accogliere solo i residui delle attività di recupero e riciclaggio.
Le nuove pianificazioni dello smaltimento dei rifiuti in Italia, così come negli altri Paesi dell’Unione Europea, sono quindi orientate verso la promozione della termovalorizzazione con recupero di energia, come elemento fondamentale delle strategie integrate.
Per rispondere a queste esigenze sono oggi disponibili un gran numero di processi di termovalorizzazione che includono:
gassificazione al plasma
incenerimento
pirolisi e gassificazione convenzionali
la combinazione di questi processi nei modi più disparati.
Il processo prevede essenzialmente 3 fasi: conversione termica, recupero energetico e trattamento degli effluenti gassosi
rifiuti
aria
CONVERSIONE TERMICA IN FORNI
DEDICATI
RECUPERO ENERGETICO IN CALDAIA
TRATTAMENTO DEGLI EFFLUENTI
GASSOSI
scorie energia elettrica e/o termica
Residui liquidi e/o solidi
fumi depurati fumi fumi
reagenti
• C,H,S,N → CO2,H20,SO2,NOx
• Umidità → vapor acqueo
• CO, NOx, polveri
• Cl,Br,F → HCl,HBr,HF
• Composti organici (PCDD/F)
TERMOVALORIZZAZIONEFASI DEL PROCESSO E SCHEMA
D'IMPIANTO
PEA A 6
1) Conferimento del rifiuto
2) Stoccaggio
3) Combustione e recupero energetico
4) Allontanamento scorie
5) Trattamento fumi
6) Emissione gas depurati
TERMOVALORIZZAZIONEFASI DEL PROCESSO E SCHEMA
D'IMPIANTO
PEA A 7
TERMOVALORIZZAZIONEFASI DEL PROCESSO E SCHEMA
D'IMPIANTO
PEA A 8
Forno di combustione: in cui abbiamo
Essicamento del carico ed eventuale preriscaldamento
Incenerimento dei residui solidi delle sostanze volatili
Camera di postcombustione: si completa la combustione dei composti organici contenuti nei fumi.
Caldaia: i fumi entrano in caldaia cedendo il loro calore e trasformando acqua in vapore. L’energia prodotta può essere utilizzata come:
Energia elettrica (autoalimentazione impianto e rete nazionale)
Energia termica per teleriscaldamento
Sistemi di abbattimento e depurazione dei fumi
TERMOVALORIZZAZIONETIPOLOGIE DI RIFIUTI TRATTABILI
PEA A 9
Rifiuto: “qualsiasi sostanza o oggetto […] di cui il detentore si disfi o abbia l’obbligo di disfarsi” (Art. 6, D.Lgs 22/97)
Flussi principali:
● Rifiuti solidi urbani (RSU) ● Rifiuti da cave e miniere
● Rifiuti industriali ● Rifiuti agricoli
● Rifiuti da costruzione e demolizioneProduzione
[kg/Ab/anno]
RSU 550 elevata basso aumentoindustriali 600 - 820 media variabile forte aumentoda cave e miniere 550 - 1100 bassa variabile ???da costruzione 480 - 1200 bassa basso aumentoe demolizione eterogeneitàagricoli ??? - variabile ???
Bontà della stima Pericolosità Tendenza
RIFIUTI SOLIDI URBANI (RSU)• Frazione più utilizzata ai fini del recupero energetico per
considerazioni:
- quantitative: in media si producono 1,48 kgRSU/Ab/d (2004);
dato in progressiva crescita → necessità di attuare un efficace
piano di gestione integrata, di cui la termovalorizzazione
costituisce uno strumento fondamentale
- qualitative: bassa pericolosità, alto PCI;
- gestionali: necessità di smaltimento
• Caratteristiche qualitative definite in termini di:
- Analisi merceologica
- Analisi chimico – fisica
TERMOVALORIZZAZIONETIPOLOGIE DI RIFIUTI TRATTABILI
PEA A 10
RSU: CARATTERISTICHE QUALITATIVE
1) Analisi merceologica:
Suddivisione del rifiuto in categorie di materiali omogenei:
cellulosici, tessili e legno, plastiche e gomme, metalli, vetro e inerti,
frazione organica, sottovaglio.Composizione merceologica RSU in Italia
10%
29%
6%14%
4%
8%
29%
sottovaglio
carta e cartone
tessili e legno
plastica
metalli
inerti
organico - altro
TERMOVALORIZZAZIONETIPOLOGIE DI RIFIUTI TRATTABILI
PEA A 11
RSU: CARATTERISTICHE QUALITATIVE
2) Analisi chimico-fisica:
• Potere calorifico inferiore (PCI)
• Umidità
• Contenuto di ceneri
• Peso specifico
• Composizione elementare (C, H, O, N, S)
• Elementi in traccia (Cd, Hg, Pb, Cu, Zn, Ni)
Parametri indispensabili nella fase di dimensionamento del processo e di progettazione dell’intera linea!!
TERMOVALORIZZAZIONETIPOLOGIE DI RIFIUTI TRATTABILI
PEA A 12
RSU: CARATTERISTICHE QUALITATIVE
Condizioni di ottimo:
• Alto PCI
• Bassa umidità
• Basso contenuto di ceneri
PRETRATTAMENTI
Per migliorare le caratteristiche di combustibilità
Le diverse frazioni merceologiche possiedono caratteristiche differenti
5.4003035sottovaglio
2.100709,5organico domestico
0490,5metalli
02,596Vetro e inerti
20.80028gomma
28.300610plastica
13.800221,4legno
14.200202,5tessili
13.10012,54,7cartone
12.100155,5carta
PCI [kJ / kg]Umidità [%t.q.]Ceneri [%s.s.]
Frazioni migliori
TERMOVALORIZZAZIONETIPOLOGIE DI RIFIUTI TRATTABILI
PEA A 13
RIFIUTI TRATTATI DA TERMOVALORIZZATORIRiassumendo, si possono trattare termicamente:
• RSU tal quali (a valle della raccolta differenziata → RUR)
• bioessiccato
• CDR
• CDR di qualità elevata
< 15< 2017 - 2017 - 20ceneri [% s.s.]
< 18< 2517 - 2425 - 35umidità [%]
> 20.000 [kJ /kg s.s.]> 15.00012.000 - 16.5009.000 - 12.500PCI [kJ / kg]
CDR qualità elevataCDRbioessiccatoRUR
Configurazione impiantistica è funzione del tipo di materiale!
TERMOVALORIZZAZIONETIPOLOGIE DI RIFIUTI TRATTABILI
PEA A 14
È necessario prevedere un polmone di accumulo per assicurare il funzionamento dell’impianto anche durante i giorni festivi, nell’arco dei quali il rifiuto non viene conferito
FOSSA DI STOCCAGGIO:
• completamente impermeabile nei confronti del terreno
• mantenuta in depressione per evitare esalazioni maleodoranti
→ installazione di un sistema di aspirazione
• deve assicurare autonomia di 4 – 7 giorni → volume ingente
(103-104m3)
• AVANFOSSA per ridurre al minimo il rilascio di cattivi odori
verso l’esterno (obbligatoria per la Regione Lombardia)
TERMOVALORIZZAZIONECONFERIMENTO DEL RIFIUTO
PEA A 15
Una Fossa → più forni
SUDDIVISIONE SU PIU’ LINEE
TERMOVALORIZZAZIONECONFERIMENTO DEL RIFIUTO
PEA A 16
Suddivisione in linee essenzialmente per 2 motivi:
• Evitare il blocco dell’impianto ogni qualvolta si presentino problemi o risultino necessarie opere di manutenzione
• Rendere possibile l’incenerimento di grandi quantità di rifiuto (i forni hanno dei limiti di carico)
Il numero di linee viene stabilito in base a: portata oraria di rifiuti, PCI, potenzialità termica massima del singolo forno
Pmax = 50 MW
Qtot = 27 ton/h
PCI = 19000 kJ/kg
3 2,85 h s 3600s kJ 50000
kg kJ 19000 tkg10h t 27
P
PCI Q lineen
1-1-
-1-13-1
max
tot
Esempio numerico:
TERMOVALORIZZAZIONECONFERIMENTO DEL RIFIUTO
PEA A 17
Classificatore granulometrico
Classificatore balistico
Classificatore ad aria
Classificatore magnetico
• Operazioni meccaniche: separazione di metalli, vetro, inerti e sottovaglio
PRETRATTAMENTI
PEA A 18
TERMOVALORIZZAZIONE
• Operazioni biologiche: riduzione dell’umidità e stabilizzazione della frazione organicaBIOESSICCAZIONE
Consiste nello sfruttare il calore rilasciato da reazioni di degradazione aerobica della sostanza putrescibile
bioessiccatoVASCA DI
BIOESSICCAZIONE
Rifiuto
H2O evaporata C degradato
100% 70% - 80%
Aria (O2)
Migliore stabilità, combustibilità e
stoccabilità
• Operazioni meccaniche + biologiche: si ottiene una tipologia di rifiuto adatto alla combustione: CDR (caratteristiche fissate dal DM 5/2/98) e CDR di qualità elevata (UNI 9903-1;valori più restrittivi dei parametri → PCI, umidità, ceneri, metalli)
PRETRATTAMENTI
PEA A 19
TERMOVALORIZZAZIONE
TERMOVALORIZZAZIONEINCENERIMENTO
PEA A 20
Ossidazione ad alta temperatura di rifiuti e materiali combustibili che produce CO2 e vapore acqueo ma anche sostanze inquinanti quali:
Particolato solido e polveri
Gas acidi (HCl, HF, SO2, ecc.)
Ossidi di zolfo e di azoto
Metalli pesanti (Pb, Cd, Hg, ecc.)
Microinquinanti organo-clorurati (furani, diossine)
CO
TERMOVALORIZZAZIONEINCENERIMENTO
PEA A 21
La combustione del rifiuto consta di 4 fasi successive, individuabili in funzione della temperatura:
• Essiccazione e volatilizzazione (100–300°C): H2O presente
nel rifiuto evapora, O2 dell’aria viene utilizzato per
degradare la componente volatile → fumi in uscita poveri di
O2
• Pirolisi (400-700°C) e gassificazione (700-1000°C): processi
che avvengono in carenza di O2 e rilasciano fumi ancora
combustibili, contenenti elementi ridotti (CO, H2, CH4)
• Ignizione: si insuffla aria per far avvenire l’ossidazione vera
e propria → si inizia a vedere la fiamma
• Combustione (800-1450°C): sia in fase eterogenea (rifiuti-
ossigeno), sia in fase omogenea (fumi ridotti-ossigeno)
Sezioni essenziali dell’impianto
Forno di combustione: essicamento, combustione dei volatili, combustione dei solidi e formazione di scorie.
Camera di post-combustione: completamento della combustione dei composti organici presenti nei fumi.
Caldaia: produzione di vapore
Sistemi di depurazione dei fumi.
AutoconsumiRete ENELTurbina a vaporeTeleriscaldamento
TERMOVALORIZZAZIONEINCENERIMENTO
PEA A 22
TERMOVALORIZZAZIONEINCENERIMENTO
PEA A 23
Esistono diversi tipi di forno, ciascuno dei quali possiede caratteristiche particolari che lo rendono applicabile a categorie ben definite di rifiuto:
•Forni a griglia
•Forni a letto fluido
•Forni a tamburo rotante
FORNO A GRIGLIA• Ampio campo di potenzialità (10 t/d – 1000 t/d)
• Termovalorizzazione rifiuti con PCI da 6000kJ/kg a 12000kJ/kg per
griglia raffreddata ad aria, valori più alti per griglia raffreddata ad
acqua → RUR, bioessiccato, CDR (griglia ad acqua)
• Combustione su griglia di materiale metallico mobile o fissa,
orizzontale o inclinata, formata da gradini (barrotti) o da rulli →
avanzamento materiale e adeguato rivoltamento
• Aria di combustione:
- primaria: insufflata nel forno da sotto la griglia
- secondaria: iniettata in camera di combustione
• Griglia sovrastata da una camera di combustione, ove avviene il
completamento della combustione di composti parzialmente ossidati
TERMOVALORIZZAZIONEINCENERIMENTO
PEA A 24
TERMOVALORIZZAZIONEINCENERIMENTO
PEA A 25
FORNO A GRIGLIA
Sulla griglia viene deposto l’ammasso di rifiuti proveniente dalla tramoggia di carico, caricata da una benna che pesca dalla fossa in cui sono convogliati i rifiuti. Una serie di spintori oleodinamici provvede a distribuire i rifiuti sulla griglia formando un letto di spessore grossomodo uniforme e a farli avanzare a velocità adeguata.
Il comburente viene introdotto in parte sotto griglia, nella quantità circa stechiometrica, ed in parte sopra griglia, al fine di permettere la completa combustione.La zona superiore alla griglia, che costituisce la camera di combustione, deve fornire un buon mescolamento tra i gas provenienti dal letto e l’aria secondaria, assicurando contemporaneamente adeguate condizioni di turbolenza e disponibilità di ossigeno, evitando di creare zone di raffreddamento, che potrebbero portare allo spegnimento delle reazioni.
Spegnimento delle scorie in bagno d’acqua
Scarico sotto battente idraulico → si evitano fuoriuscite di fumi
Sistema meccanico per allontanare le ceneri
TERMOVALORIZZAZIONEINCENERIMENTO
PEA A 26
FORNO A GRIGLIA
Ruolo dell’aria di combustione• Fornire l’ossigeno comburente (primaria e secondaria)
• Raffreddare la griglia (primaria)
• Garantire buona miscelazione dei fumi e turbolenza (secondaria)
Determinazione della portata d’aria di combustione
N + 0,5O2 → NO
S + O2 → SO2
2H + 0,5O2 → H2O
C + O2 → CO2
Analisi elementare
→ C,H,S,N
Aria stechiometrica
Portata d’aria effettiva [m3n/h]
+
Indice d’aria (1,5 – 2)
+
TERMOVALORIZZAZIONEINCENERIMENTO
PEA A 27
FORNO A GRIGLIA
Bruciatori ausiliariEntrano in funzione:
• Nella fase di avviamento per preriscaldare il forno e portare
la temperatura al di sopra di 850°C
• Nella fase di spegnimento, quando la sempre decrescente
quantità di rifiuto non è più in grado di autosostenere la
combustione
• Nel caso in cui la temperatura scenda, per qualche motivo,
al di sotto di 850°C
In passato si ricorreva ad un impiego massiccio durante tutta la
fase di esercizio (basso PCI, forni adiabatici, netta separazione
tra forno e caldaia)
TERMOVALORIZZAZIONEINCENERIMENTO
PEA A 28
FORNO A GRIGLIA
È una tecnologia matura, consolidata da anni
La griglia si surriscalda facilmente e si presta poco al trattamento di rifiuti ad alto PCI (Potere Calorifico Inferiore). Soluzioni al problema sono basate su:
Raffreddamenti della griglia con acqua
Layout in equicorrente
Raffreddamento delle pareti del forno con tubi d’acqua esterni o di aria interni al refrattario
Il rendimento del recupero energetico può essere migliorato con l’impiego di ossigeno. Gli obiettivi sono:
Ridurre il volume dei fumi
Diminuire le dimensioni dell’impianto
Diminuire l’entalpia dei fumi di scarico
Aumento della temperatura
TERMOVALORIZZAZIONEINCENERIMENTO
FORNO A GRIGLIA. VANTAGGI E SVANTAGGI
PEA A 29
•Incenerimento di rifiuti con alto PCI → CDR e CDR di qualità elevata
•Rifiuto miscelato con materiale inerte (sabbia + eventuali materiali sorbenti per controllo zolfo e gas acidi)
•Combustione in sospensione: rifiuto mantenuto in condizioni di fluidificazione tramite l’insufflazione di aria dal basso → formazione letto fluido (sabbia + rifiuto) nella parte inferiore del forno
•Forno a sezione cilindrica, sovrastato da una camera di combustione per assicurare l’ossidazione dei composti parzialmente ossidati
• 2 tipologie di forno: a letto fluido bollente e a letto fluido circolante
TERMOVALORIZZAZIONEINCENERIMENTO
FORNO A LETTO FLUIDO
PEA A 30
Forno a letto fluido bollente
• velocità d’aria basse (3 - 5 m/s)
• fumi trascinano solo polveri fini
• materiale più pesante ricade prima di raggiungere la sommità del letto (freeboard)
TERMOVALORIZZAZIONEINCENERIMENTO
FORNO A LETTO FLUIDO
PEA A 31
Forno a letto fluido circolante • Velocità dell’aria elevate (5 -10 m/s)
• Trascinamento di buona
parte delle particelle solide
oltre la sommità del letto
→ ciclone per reimmettere
il materiale solido nel
forno (quotaparte del letto
sabbioso + particelle
grossolane di rifiuti) tempo di permanenza più elevato
Maggiore efficienza di combustione.
Minor eccesso d’aria → minor produzione di fumi
Maggiori difficoltà gestionali, minore continuità d’esercizio
Rispetto al letto fluido
bollente
TERMOVALORIZZAZIONEINCENERIMENTO
FORNO A LETTO FLUIDO
PEA A 32
Vantaggi e svantaggi rispetto alla configurazione a griglia
Migliore disgregazione del rifiuto: la sabbia ha alto coefficiente di attrito → disgrega il materiale, aumentandone la superficie specifica
Elevata turbolenza: migliore contatto tra combustibile e comburente →
aumenta efficacia di combustione → indici d’aria più bassi → minore
produzione di fumi
Elevato tempo di permanenza dei solidi (letto fluido circolante)
Maggiore semplicità costruttiva (letto fluido bollente)
Non ci sono parti meccaniche in movimento
Necessità di pretrattare il rifiuto per ottenere granulometria < 50mm →
CDR in pellets (piccoli cilindri ottenuti per estrusione da una griglia
metallica)
Tecnologia meno matura e meno consolidata (11% degli impianti
Italiani)
TERMOVALORIZZAZIONEINCENERIMENTO
FORNO A LETTO FLUIDO
PEA A 33
TERMOVALORIZZAZIONEINCENERIMENTO
FORNO A LETTO FLUIDO
PEA A 34
Forno molto adatto a rifiuti ad alto PCI (residui plastici, CDR -combustibili da rifiuti, ecc.)
Utilizzato quando nel sistema avviene una reazione fortemente esotermica o nel caso in cui sia necessario controllare la temperatura. Questo perché il rapido mixing del solido garantisce isotermicità
Spesso viene aggiunto un materiale inerte (sabbia) all’alimentazione
Il forno a letto fluido ricircolato è caratterizzato da turbolenze e tempi di contatto maggiori rispetto a quello a letto convenzionale. È inoltre più compatto ma anche impiantisticamente più complicato
Parametro fondamentale è la velocità superficiale dell’aria (velocità di fluidizzazione). Essa è data dal rapporto tra portata volumetrica d’aria e sezione trasversale del letto
Il regime di moto e la fluidizzazione risultano influenzati anche dalla dimensione delle particelle (da 50 fino a 1000 μm)
TERMOVALORIZZAZIONEINCENERIMENTO
FORNO A LETTO FLUIDO - VANTAGGI
PEA A 35
Garantisce un’ottima miscelazione pochi incombusti
Permette un notevole controllo delle temperature di reazione (isotermicità)
La diluizione del carico con materiale inerte come la sabbia permette un miglior scambio termico
È flessibile alla tipologia di carico e funziona ad alte potenzialitàNon ha parti meccaniche in movimento
TERMOVALORIZZAZIONEINCENERIMENTO
FORNO A LETTO FLUIDO - SVANTAGGI
PEA A 36
È abbastanza sensibile alla variazione delle condizioni dell’alimentazione
Omogeneità del carico
Eventuale pretrattamento
Possibili formazioni di coaguli ed agglomerati di particelle (defluidizzazione)
• Incenerimento di rifiuti eterogenei, sia solidi che liquidi (rifiuti industriali e ospedalieri)
• Cilindro metallico in rotazione, inclinato sull’orizzontale di 5° – 15° per
favorire l’avanzamento del rifiuto
• Tamburo rivestito di materiale refrattario per proteggerlo dalle
elevate temperature e dall’aggressività chimica (alcuni con pareti a
tubi d’acqua per produzione vapore)
• Rifiuto alimentato in corrispondenza della testata, equipaggiata di
bruciatore per le fasi di accensione / spegnimento
• Scarico delle ceneri all’estremità del tamburo
TERMOVALORIZZAZIONEINCENERIMENTO
FORNO A TAMBURO ROTANTE
PEA A 37
suola
rifiuto
scorie
ceneri di caldaia
fumi
recupero energetico
Schema d’impianto con forno rotativo
TERMOVALORIZZAZIONEINCENERIMENTO
FORNO A TAMBURO ROTANTE
PEA A 38
Il materiale combustibile viene introdotto grazie ad opportune testate di carico
Il forno è costituito da un cilindro rotante in acciaio, inclinato di 5-15° per favorire l’avanzamento del letto combustibile
La combustione avviene grazie al contatto diretto con le pareti del forno, rivestite di refrattario o di tubi per la produzione di vapore ad intermittenzaLe scorie vengono
scaricate al termine del forno
Flessibilità al carico (tipologia, proprietà termiche, stato fisico, dimensioni e pezzatura, ecc.) ed utilizzo con svariate tipologie di rifiuti
TERMOVALORIZZAZIONEINCENERIMENTO
FORNO A TAMBURO ROTANTE - VANTAGGI
PEA A 39
Poco utilizzata per termovalorizzazione RSU
Possibilità di trattare rifiuti eterogenei (solidi, liquidi in fusti)
Necessità di omogeneizzazione del carico termico → fosse di stoccaggio
differenziate e sistema di miscelazione dei diversi materiali
Contatto tra rifiuto e aria comburente solamente superficiale → basse
efficienze di ossidazione → Maggiore produzione di ceneri rispetto agli altri
forni
TERMOVALORIZZAZIONEINCENERIMENTO
FORNO A TAMBURO ROTANTE – VANTAGGI E SVANTAGGI
PEA A 40
La possibilità di trasformare materiali a base organica piuttosto disomogenei e difficili da stoccare in prodotti con buone proprietà combustibili, caratteristiche qualitative costanti e maggiore flessibilità di utilizzo, costituisce il principale motivo di interesse dei recenti tentativi di applicazione dei processi di pirolisi e gassificazione ai rifiuti urbani.
Rifiuto organico
caloreCombustibili
Solidi
Liquidi
gassosiDegradazione termica
Rifiuto organico
O2 difettoCombustibili
Solidi
Liquidi
gassosiOssidazione parziale
PIROLISI
GASSIFICAZIONE
TERMOVALORIZZAZIONEGASSIFICAZIONE E PIROLISI
PEA A 41
L’interesse ad un’estensione dell’utilizzo dei processi di gassificazione e pirolisi nel settore della termovalorizzazione dei rifiuti è determinato essenzialmente dalle possibilità offerte. Maggiori rese di recupero del contenuto energetico del rifiuto, attualmente limitato negli impianti convenzionali alla produzione di energia elettrica o alla cogenerazione in cicli di turbina a vapore: lo sfruttamento energetico del gas avviene secondo due alternative principali:
combustione diretta del tal quale in sistemi convenzionali inseriti a valle dei gassificatori;
depurazione completa del gas per il suo utilizzo in installazioni non convenzionali (motori, turbine a gas).Diminuzione delle portate di gas da sottoporre a trattamenti depurativi;Possibilità di riutilizzo dei residui solidi prodotti dal processo (scorie e ceneri volanti).I tentativi di applicazione presentano configurazioni assai diversificate, sia in termini di tipologia di processo, che a livello reattoristico. Gli impianti che negli anni ‘90 hanno indicato maggiori possibilità di utilizzo alla scala reale comprendono le seguenti configurazioni:
pirolisi/combustione ad alta temperatura;pirolisi/gassificazione con ossigeno.
TERMOVALORIZZAZIONEGASSIFICAZIONE E PIROLISI
PEA A 42
Un esempio: il processo Thermoselect
Il processo comprende una pirolisi condotta in un canale riscaldato dall’esterno, in cui il materiale viene compresso sino a densità massime dell’ordine dei 2000 kg/m3 (eliminando la necessità di pretrattamento), ed una successiva gassificazione con ossigeno puro della frazione gassosa e del residuo solido (per ottenere un elevato PC). L’apporto termico per la pirolisi è fornito tramite i fumi caldi generati dalla combustione di una frazione del gas prodotto che circolano nella camicia esterna del canale. Seguono un quech (fine a limitare la formazione di microinquinanti) e le operazioni di depurazione (depolverazione, abbattimento gas acidi, adsorbimento con carbone attivo); il gas è quindi inviato a motori alternativi o a turbine a gas per la produzione di elettricità.
TERMOVALORIZZAZIONEGASSIFICAZIONE E PIROLISI
PEA A 43
L’ utilizzo energetico dei gas prodotti da processi di pirolisi o gassificazione è strettamente legato a:
•caratteristiche termiche (PCI)
•presenza di alcune componenti minori (TAR) che possono rendere problematici: trasporto ad utenze esterne
eventuale impiego.
Necessari complessi trattamenti di depurazione, con ricaduta su:•impatto sulla gestione complessiva del processo•impoverimento del contenuto energetico del gasCalore sensibile
PC (rimozione TAR)
Sviluppo di sistemi di:
Depurazione Alta T
Conversione del TAR per cracking termico o catalitico
TERMOVALORIZZAZIONEGASSIFICAZIONE E PIROLISI
PEA A 44
TERMOVALORIZZAZIONEGASSIFICAZIONE E PIROLISI
PEA A 45
VANTAGGI E SVANTAGGI
Possibilità di trattare rifiuti disomogenei fra loro e difficili da stoccare, trasformandoli in prodotti combustibili
Maggiori rese di recupero del valore energetico del rifiuto
Minori quantitativi di gas da depurare con “after treatments”
Possibilità di riutilizzo e riciclo di scorie e ceneri
TERMOVALORIZZAZIONEGASSIFICAZIONE E PIROLISI
PEA A 46
VANTAGGI E SVANTAGGI I gas prodotti hanno un impiego energetico fortemente legato a:
• PCI
• TAR (residui di catrame derivanti dalla combustione)
Impiego energetico difficoltoso
Difficoltà di trasporto
Obbligo di depurazioni spinte e complesse
• Sistemi ad alta temperatura
• Conversione dei TAR mediante cracking
Le torce ad arco plasma sono dei riscaldatori elettrici che utilizzano la resistenza di gas altamente ionizzati (plasma) per flusso di corrente elettrica, generato da due elettrodi, per convertire l’energia elettrica in calore, secondo il noto effetto Joule.
I rifiuti solidi da trattare costituiscono uno dei due elettrodi e vengono riscaldati direttamente in modo molto intenso.
Durante il processo i rifiuti organici si decompongono e si genera un gas di sintesi, costituito essenzialmente da monossido di carbonio, anidride carbonica, idrogeno, materiale particolato trascinato, idrocarburi semplici
TERMOVALORIZZAZIONEGASSIFICAZIONE AL PLASMA
PEA A 47
Elettrodo che crea Elettrodo che crea la scarica la scarica elettricaelettrica
Gas Gas ionizzato ionizzato dalla dalla corrente corrente elettricaelettrica
Temperature Temperature dell’arco dell’arco elettricoelettrico
Temperature di Temperature di uscita dei gasuscita dei gas
TERMOVALORIZZAZIONEGASSIFICAZIONE AL PLASMA
PEA A 48
TERMOVALORIZZAZIONEGASSIFICAZIONE AL PLASMA
PEA A 49
Forma cilindrica, alto 6 - 11 m e con diametro di 3 m; è rivestito di materiale refrattario
Il rifiuto, pretrattato meccanicamente per essere ridotto in pellets omogenei, viene caricato dall’alto
Le torce sono disposte nella parte inferiore del reattore
Nel reattore avvengono 3 reazioni che portano alla formazione di gas di sintesi:
CRACKING TERMICO: la pirolisi rompe le molecole grandi del rifiuto solido in molecole gassose più piccole. Si formano idrocarburi gassosi e idrogeno
OSSIDAZIONE PARZIALE: forma CO e prodotti incombusti. Le poche ossidazioni complete formano invece acqua ed anidride carbonica
REFORMING: C + H2O CO + H2
I gas di sintesi escono a 1200 - 1600 °C. Vengono raffreddati, puliti, ed impiegati per la generazione di energia (turbogas a ciclo combinato)
Reattore di Reattore di
gassificazionegassificazione..
Rispetto alle tecnologie finora viste si hanno 4 grandi vantaggi
ECO - COMPATIBILITA’ DEL PROCESSO: non vengono prodotti fumi tossici, ceneri, scorie. Gli elementi inorganici sono fusi e trasformati in una roccia lavica che ingloba i metalli pesanti rendendoli inerti
ECONOMICITA’: i costi di investimento ed esercizio sono nettamente inferiori a quelli registrati da un impianto a tecnologia tradizionale (- 20-40%)
FLESSIBILITA’: possono essere trattati tutti i più comuni tipi di rifiuti (RSU, CDR, gomme, PVC, ecc.)
MODULABILITA’ DEL PROCESSO: le torce possono lavorare dal 30% al 110% della loro potenza nominale
TERMOVALORIZZAZIONEGASSIFICAZIONE AL PLASMA
PEA A 50
Panoramica sulla situazione impiantistica italiana:
Dati desunti dal “Rapporto rifiuti 2003” (APAT)
47TOT
2Forni a tamburo rotante
5Forni a letto fluido
38Forni a griglia
N°
• Forni a griglia: utilizzano RUR e bioessiccato
• Forni a tamburo rotante: tecnologia in via di abbandono
• Forni a letto fluido: utilizzano CDR; costituiscono il futuro della
termovalorizzazione
85%
11% 4%
a grigliaa letto fluidoa tamburo
TERMOVALORIZZAZIONESITUAZIONE IMPIANTISTICA IN ITALIA
PEA A 51
25%
11%
64%
Impiantifunzionanti
Impianti incostruzione ecollaudoImpianti inattivi
• Il 71% di questi impianti attua incenerimento impiegando forni a griglia mobile
• Il recupero di energia elettrica è pari a 0,30 MWhe per tonn. di rifiuti
• Il recupero di energia termica è pari a 1,01 MWht per tonn. di rifiuti
TERMOVALORIZZAZIONESITUAZIONE IMPIANTISTICA IN ITALIA
PEA A 52
Quantità incenerite in continuo aumento → termovalorizzazione è uno strumento di gestione integrata fondamentale, destinato ad affermarsi sempre più. Non costituisce la soluzione al problema “smaltimento rifiuti”, però se affiancata da una serie di accorgimenti e interventi tecnologici, potrebbe dare fiato alla situazione critica che vige in Italia
Quantità annue incenerite
TERMOVALORIZZAZIONESITUAZIONE IMPIANTISTICA IN ITALIA
PEA A 53
I rifiuti urbani sono equiparabili ai combustibili fossili, ovvero a materiale contenente elementi ossidabili in grado di liberare l’energia quantificata come potere calorifico. Tale energia può essere utilizzata per:
produzione di solo calore;produzione di sola elettricità (o potenza meccanica);produzione combinata di elettricità e calore (cogenerazione).
Le caratteristiche fisico-chimiche dei rifiuti rendono impossibile un utilizzo nei dispositivi normalmente impiegati per produrre elettricità e/o calore da combustibili fossili, per:
problemi tecnologici (elevato tenore di umidità e inerti, corrosione, disomogeneità, etc.);problemi ambientali (la combustione tal quale può generare composti estremamente tossici). SISTEMI AD HOC:
1.Combustione diretta, con trasferimento di energia termica ad un ciclo termodinamico (o a un fluido vettore termico, usualmente vapore).2.Conversione in un combustibile intermedio gassoso (CDR) mediante pirolisi/gassificazione. Dopo opportuna depurazione, tale combustibile intermedio può essere utilizzato direttamente in una normale caldaia o in un motore a combustione interna (motore alternativo o turbina a gas).
TERMOVALORIZZAZIONERECUPERO ENERGETICO
PEA A 54
Si beneficia della maggiore efficienza dei motori a combustione interna. D’altro canto, il processo subisce l’onere energetico della produzione del combustibile intermedio, in quanto solo una frazione dell’energia dei rifiuti viene trasferita al CDR; a tale perdita occorre poi aggiungere il consumo del pretrattamento per produzione di CDR poiché l’uso di rifiuto tal quale è incompatibile con il processo.
La necessità di adottare cicli termodinamici a combustione esterna, nella fattispecie cicli a vapore, limita notevolmente i rendimenti di produzione elettrica:
• i fumi non possono essere raffreddati oltre i 140 °C per evitare condensazioni acide;
• le taglie di impianto tipiche del settore dei rifiuti sono modeste.
Problemi di corrosione ed erosione circoscritti ai soli dispositivi di produzione e depurazione del CDR
Esposizione di camera di combustione e di organi a contatto con i fumi a pesanti azioni corrosive ed erosive.
Conversione indiretta
Conversione diretta
TERMOVALORIZZAZIONERECUPERO ENERGETICO
PEA A 55
La configurazione permette di conseguire un duplice obiettivo:
eliminare quasi totalmente i problemi di corrosione, effettuando il riscaldamento dell’acqua ed il surriscaldamento del vapore in una caldaia a recupero disposta allo scarico di una turbina a gas alimentata a gas naturale. La caldaia a recupero del forno risulta costituita del solo evaporatore.
aumentare sostanzialmente il rendimento di conversione dell’energia, sia grazie al miglioramento delle condizioni di immissione nella turbina a vapore (45-60 bar, 450-460°C) sia, soprattutto, grazie alla realizzazione di un ciclo gas-vapore termodinamicamente più efficiente.
Una variante: impianti ibridi rifiuti urbani/gas naturale
TERMOVALORIZZAZIONERECUPERO ENERGETICO
PEA A 56
931.684Recupero energiatermica (MWht/a)
649.494Recupero energiaelettrica (MWhe)
39+1 *Numero di impiantiOperativi
62+1 *Numero di impianti
2.168.828QuantitA trattate nel1999 (t/a)
2.608.510Capacità impiantioperativi (t/a)
4.602.420Capacità (t/a)
Parco nazionale impianti
Parametro
Stato dell’arte degli impianti di termoutilizzazione RU in Italia nel 1999
TERMOVALORIZZAZIONERECUPERO ENERGETICO
PEA A 57
TERMOVALORIZZAZIONERECUPERO ENERGETICO
PEA A 58
Lo stato funzionale degli impianti è composto per il 63,5% da impianti funzionanti, per il 25,4% da impianti in fase di costruzione, collaudo e progettazione e per il restante 11 % da impianti inattivi. Circa il 71 % di essi adotta un forno a griglia mobile, mentre quelli più vecchi costruiti prima del 1985 adottano un forno a tamburo rotante.Le regioni leader nel campo della termocombustione risultano la Lombardia e l’Emilia Romagna mentre le regioni più efficienti, vale a dire utilizzano gli impianti in base alle capacità, sono la Lombardia, la Toscana, il Trentino, il Veneto e l’Emilia Romagna.Dal rapporto energia ottenuta/rifiuti trattati, è stato possibile risalire alla quantità di energia recuperata da una tonnellata di RU ed effettuare dei confronti: il recupero di energia elettrica è in continuo incremento e si è stimato un recupero di 0,30 Mwhe per tonnellata di rifiuto mentre si è stimato un recupero di energia termica pari a 1,01 Mwht per tonnellata di rifiuto.
Finalità:
Modalità di lavoro:
recupero dell’elevato contenuto entalpico dei fumi al fine di produrre energia utilizzabile
• Caldaia: raffreddamento dei fumi in uscita dalla camera di combustione e produzione di vapore surriscaldato
• Turbina: espansione totale (turbina a condensazione) o parziale (cogenerazione in turbina a derivazione) del vapore prodotto
TERMOVALORIZZAZIONERECUPERO ENERGETICO
PEA A 59
Caldaia
T ̃HA
C
Fumi Fumi
Acqua
Vapore
Surriscaldato
Energia Elettrica
TIPOLOGIE DI IMPIANTO: PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA
TERMOVALORIZZAZIONERECUPERO ENERGETICO
PEA A 60
TIPOLOGIE DI IMPIANTO: COGENERAZIONECaldaia
T1̃HA
C
Fumi Fumi
Acqua
Vapore
Surriscaldato
T2
Calore
Energia Elettrica
Impiantiindustriali
Teleriscaldamento
TERMOVALORIZZAZIONERECUPERO ENERGETICO
PEA A 61
Bassirendimenti0.17 – 0.25
Aspetti critici:• raffreddamento dei fumi in caldaia limitato• T e P del vapore contenute• limiti inferiori di P e T del vapore espanso• modesta potenzialità
Aspetti migliorabili:
• incremento PCI - potenziamento RD• aumento potenzialità impianti
Buonirendimenti0.3 – 0.33
N.B: Esiste un limite inferiore al rendimento pari a 0.18 (D.M. Ambiente 05/02/98)
TERMOVALORIZZAZIONERECUPERO ENERGETICO
PEA A 62
PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA
COGENERAZIONEDerivazione del vapore durante l’espansione in turbina produzione di acqua calda utilizzabile in impianti industriali o per teleriscaldamento
D.M. 05/02/98 fissa rendimento minimo pari al 65%
tot = Energia utile / PCI
Il rendimento di un impianto cogenerativo è variabile ed influenzato da: richiesta termica flessibilità riguardo alla modularità di utilizzo del calore rendimenti dei singoli componenti autoconsumi impianti ausiliari effetto scala
TERMOVALORIZZAZIONERECUPERO ENERGETICO
PEA A 63
Cogenerazione: bilancio termico
TERMOVALORIZZAZIONERECUPERO ENERGETICO
PEA A 64
TERMOVALORIZZAZIONERECUPERO ENERGETICO
PEA A 65
1. Conferimento 1. Conferimento rifiutirifiuti
2. Incenerimento2. Incenerimento
3. Recupero calore3. Recupero calore5. 5.
AbbattimenAbbattimento to inquinantiinquinanti
4. Produzione energia 4. Produzione energia el.el.
TERMOVALORIZZAZIONERECUPERO ENERGETICO
PEA A 66
Ad apparati di depurazione sempre più complessi si associano elevati consumi di energia e soprattutto produzioni di residui sempre più ricchi di sostanze tossiche e difficoltosi da smaltire.
I trattamenti termici oltre a produrre gli inquinanti caratteristici della combustione convenzionale possono emettere in forme più o meno ossidate:
•sostanze organiche tossiche già presenti nei rifiuti
•nuove sostanze organiche pericolose sintetizzate durante la combustione
•composti inorganici ed elementi tossici già componenti dei rifiuti grezzi
Meccanismi di produzione degli inquinanti:
TERMOVALORIZZAZIONELE EMISSIONI ATMOSFERICHE PRODOTTE
PEA A 67
Gli elementi presenti in tracce nei rifiuti durante il processo di combustione si distribuiscono in maniera non omogenea ed in forma elementare o di composti, quali ossidi, alogenuri e sali, nei diversi flussi dei residui solidi, liquidi ed aeriformi che dal processo si diramano.
Il meccanismo che regola la distribuzione si basa sul fenomeno della vaporizzazione nella camera di combustione, seguito dalla nucleazione omogenea in particolato finissimo dai vapori sovrasaturi e dalla condensazione sul particolato fine che offre una maggiore superficie specifica. Le più concrete prospettive di abbassamento delle emissioni sono attese
nell’ambito di interventi relativi alla rimozione dai rifiuti di sostanze intrinsecamente inquinanti ed a modalità di termodistruzione che riducano i volumi dei flussi gassosi e risolvano il problema dell’inertizzazione dei residui con tecniche di pirolisi e di gassificazione.
TERMOVALORIZZAZIONELE EMISSIONI ATMOSFERICHE PRODOTTE
PEA A 68
Sostanza Concentrazione
Ceneri 15 - 20 [%]N 0,5 - 2 [%]
Sostanza 0,1 - 0,5 [%]Cl 0,7 - 0,8 [%]F 0,001 - 0,002 [%]
Diossine 8 - 25 [g/t]PCB 300 - 700 [mg/t]
Clorobenzeni 100- 200 [mg/t]Clorofenoli 600 - 2400 [mg/t]Arsenico 4 - 5 [g/t]Cadmio 3 - 40 [g/t]Cromo 73 - 849 [g/t]
Mercurio 0,2 - 7 [g/t]Manganese 175 - 411 [g/t]
Nichel 16 - 80 [g/t]Piombo 268 - 2500 [g/t]Rame 93 - 2500 [g/t]Zinco 634 - 3500 [g/t]
Lo spettro delle emissioni è di norma molto più complesso e variegato di quello delle combustioni convenzionali e, soprattutto per le componenti inorganiche riflette la composizione del rifiuto di partenza.
Presenza di sostanze d’interesse ambientale in rifiuti solidi urbani europei
Gli inquinanti prodotti possono essere suddivisi in due categorie:
Macroinquinanti:
presenti in concentrazioni elevate, dell’ordine di [g/m3] o [mg/m3].
Microinquinanti:
presenti in concentrazioni elevate, dell’ordine di [μg/m3] o [ng/m3]
TERMOVALORIZZAZIONELE EMISSIONI ATMOSFERICHE PRODOTTE
PEA A 69
I MECCANISMI DI PRODUZIONE DEGLI INQUINANTI:Azoto
L’azoto, presente nei rifiuti in varie forme contribuisce alla formazione degli NOx provenienti anche dall’ossidazione dell’azoto molecolare dell’aria.
Normalmente, però la gran parte degli NOx provengono dall’azoto organico
presente nei rifiuti, in quanto il legame N-C è più disponibile del forte legame N-N dell’azoto molecolare.
Particolato
fenomeno della vaporizzazione nella camera di combustione, seguito dalla enucleazione omogenea in particolato finissimo dai vapori sovrassaturi e dalla condensazione sul particolato fine che offre una maggiore superficie specifica.
Cloro e fluoro:
Sono contenuti nelle plastiche clorurate e fluorurate. Provocano emissioni di HCl e HF che si formano durante la combustione. Causano la corrosione delle strutture e possono fungere da precursori per la sintesi delle diossine.
TERMOVALORIZZAZIONELE EMISSIONI ATMOSFERICHE PRODOTTE
PEA A 70
Idrocarburi policiclici aromatici (IPA) :
I processi di emissione degli IPA possono coinvolgere quantitativi già presenti nei rifiuti, e non completamente distrutti dal processo, e da quote di sintesi dei precursori.
Diossine:
I processi di formazione sono essenzialmente due:
Da precursori presenti nei rifiuti per reazione omogenea in fase gassosa ad alta temperatura in camera di combustione. La sintesi in fiamma ad alta temperatura di clorobenzeni e clorofenoli che danno per successiva condensazione diossine è largamente documentata, per questo è ben noto che in camera di combustione difficilmente persistono quantità apprezzabili di diossine per un processo ben condotto a temperature superiori ai 900 °C.Per sintesi da sostanze elementari e per sintesi da precursori attraverso reazioni eterogenee a bassa temperatura. Le sintesi eterogenee a bassa temperatura possono dare importanti contributi alle emissioni finali se non vengono adeguatamente intercettate dai sistemi di depurazione.
TERMOVALORIZZAZIONELE EMISSIONI ATMOSFERICHE PRODOTTE
PEA A 71
I processi di formazione sono regolati da:
tipologia dei reagenti
caratteristiche delle superfici su cui si sviluppa la reazione eterogenea
fonti di cloro
Temperatura
presenza del catalizzatore
tempo di reazione
tipo di atmosfera
O
OCl Cl
ClCl
2,3,7,8-tetraclorodibenzodiossina (TCDD)
In prevalenza si osservano percentuali del 10-30 % emesse in fase vapore ed il restante 70-90 % adsorbito sulle ceneri volanti, di cui risultano particolarmente arricchite le granulometria più fini, per l’effetto della condensazione dei vapori sovrassaturi sulle elevate superfici specifiche di quest’ultime.
TERMOVALORIZZAZIONELE EMISSIONI ATMOSFERICHE PRODOTTE
PEA A 72
I Fattori di emissione:
La stima dei fattori di emissioni intesi come quantitativo di inquinante emesso per il peso unitario di rifiuto deriva dai dati sperimentali raccolti ed è strettamente dipendente dalla tipologia del rifiuto alimentato, dalla tecnologia, dalle condizioni operative del sistema di termodistruzione e dalla metodologia della misura.
Misurati in continuo Concentrazioni mg/Nm3
(gas secco con 11% O2)
Valori di legge Valori di progettoOssido di carbonio COMedio giornaliero 50 50Medio orario 100 100Polveri totaliMedio giornaliero 10 10Medio orario 30 20Acido cloridrico HClMedio giornaliero 20 10Medio orario 40 30
Anidride solforosa SO2
Medio giornaliero 100 50Medio orario 200 200Ossidi di azoto NoxMedio giornaliero 200 120Medio orario 400 400
Diossine e furani (nanogrammi/Nm3)Misurati a campione 0.1 0.1
I valori riportati sono i valori massimi di concentrazione in mg/Nm3 di gas secco con 11% O2
nell’impianto di termodistruzione di Trezzo sull’Adda.
TERMOVALORIZZAZIONELE EMISSIONI ATMOSFERICHE PRODOTTE
PEA A 73
I FATTORI DI EMISSIONE:
I fattori delle principali fonti riconosciute di diossine in atmosfera sono:
Attività Fattore U. di misuraTERMODISTRUZIONERSU impianti vecchi 120 - 300 g/tonnRSU impianti attuali 0,6 - 50 g/tonnRSU impianti avanzati < 0,6 g/tonnGas di discarica 0,002 - 0,5 g/tonnRifiuti chimici 5 - 30 g/tonnCOMBUSTIONI FISSECabrone industria 0,004 - 4,8 g/tonnCarbone domestico 2 - 9 g/tonnLegno industria 1 - 19 g/tonnLegno domestico 1 - 50 g/tonnPaglia 17 - 50 g/tonnPneumatici 18 g/tonnCOMBUSTIBILI MOBILIAuto con benzina al Pb 0,001 - 0,2 g/tonn
Auto con bezina verde 3*10-4 - 0,02 g/tonnAuto diesel 0,001 - 0.01 g/tonn
I fattori delle principali fonti di emissione cadmio e mercurio in atmosfera sono:
Attività Cd Hg Pb U. di misura
TERMODISTRUZIONERSU impianti attuali 0.5 - 6 1 - 3 8 - 200 g/tonnRSU impianti avanzati 0.006 - 0.6 0.002 - 0.4 0.001 - 12 g/tonnCOMBUSTIONI FISSECabrone termoelettrico 0.1 - 0.4 0.01 - 0.05 1.5 - 5.9 g/tonnOlio termoelettrico 0.5 3.4 g/tonnCarbone industriale 0.1 - 0.5 0.01 - 0.06 1.2 - 7.7 g/tonnOlio Industriale 0.67 - 7.1 g/tonnCarbone residenziale 0.2 - 2.7 g/tonnOlio residenziale 0.3 - 3.7 g/tonnLegno domestico 0.2 - 0.3 - 4.7 - 7 g/tonn
INDUSTRIAMetallurgia (non ferrosi) 0.000223 0.91 - 145.15 4.26 - 671.33 g/tonn prodMetallurgia (ferrosi) 0.002 - 2.62 - 17.69 - 58.97 g/tonn prodCementifici 0.01 - 0.6 - 0.04 - 16.0 g/tonn prod
Fattore
TERMOVALORIZZAZIONELE EMISSIONI ATMOSFERICHE PRODOTTE
PEA A 74
CONTROLLO EMISSIONI: MISURE PRIMARIE
• Ottimizzazione della combustione: controllo delle 3T
• T > 850°C in camera di combustione;• tcontatto > 2 secondi @850°C• tenore di O2: 6 – 7%
• aria primaria/secondaria• fluidodinamica camera combustione
Riduzione formazione
microinquinanti organici
Accorgimenti impiantistici e criteri di gestione volti a limitare l’incidenza dei percorsi di formazione primaria e secondaria
TERMOVALORIZZAZIONELE EMISSIONI ATMOSFERICHE PRODOTTE
PEA A 75
CONTROLLO EMISSIONI: MISURE SECONDARIE
• Rimozione delle polveri:• Cicloni;• Filtri elettrostatici;• Filtri a maniche
• Rimozione gas acidi:• lavaggio a secco/semisecco (calce o bicarbonato)• lavaggio a umido (acqua,soda)
• Rimozione ossidi di azoto:• SNCR (selective non catalytic reduction)• SCR (selective catalytic reduction)
• Rimozione microinquinanti:• Adsorbimento su carbone attivo• Ossidazione catalica (organici)
Complesso di tecniche impiantistiche atte alla rimozione di singoli o di famiglie di inquinanti
TERMOVALORIZZAZIONELE EMISSIONI ATMOSFERICHE PRODOTTE
PEA A 76
MATERIALE PARTICOLATO:E ’ necessario effettuare una separazione ad elevata efficienza, fino al 99 % del materiale di granulometria più fine in quanto questo funge da vettore per il trasporto di molti microinquinanti di natura tossica quali cadmio, piombo, diossine e furani.
Si possono utilizzare processi:
A secco si utilizzano depolverizzatori elettrostatici che separano le polveri caricandole elettrostaticamente tramite una differenza di potenziale mantenuta tra due elettrodi attraverso i quali fluisce il gas da trattare, o filtri a tessuto , nei quali la polvere viene trattenuta tramite un’azione di vera e propria filtrazione sviluppata dal tessuto stesso e dallo strato di polvere che si deposita su di esso.
A umido utilizzano sistemi per la rimozione simultanea di microinquinanti gassosi e soprattutto per la condensazione dei microinquinanti più volatili.
METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI
TERMOVALORIZZAZIONE
PEA A 77
Proprietà:
•Composizione: inerti, ossidi metallici, sostanze organiche parzialmente incombuste, anche policicliche (IPA).
•Tende ad adsorbire metalli come rame (che esercita un’azione catalitica nella riformazione delle diossine a partire da precursori clorurati), il mercurio, l’arsenico, il cadmio, il cromo ed il piombo, che sono tossici.
•La dimensione e la quantità delle particelle emesse durante la combustione dipende da diversi fattori quali il tempo di permanenza, la temperatura, le condizioni ossidanti o riducenti, la turbolenza. Al crescere del tempo di residenza, le dimensioni e la massa delle particelle tendono a diminuire. Separatori di particelle:• Sistemi meccanici: sfruttano forze di natura gravitazionale, inerziale o centrifuga:
Camere di sedimentazione
Separatori inerziali
Cicloni e multicicloni
•Basso costo
•Intasamenti frequenti
•Rendimenti modesti
IN DISUSO
MATERIALE PARTICOLATO:
METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI
TERMOVALORIZZAZIONE
PEA A 78
• Filtri a maniche: il mezzo filtrante è costituito da un tessuto ad elevata resistenza termica che attraversato dal flusso polveroso trattiene la polvere.
• Scrubbers: sfruttano l’assorbimento delle particelle in un liquido di lavaggio.
• Precipitatori Elettrostatici: il fluido portante viene fatto passare attraverso due elettrodi ai quali viene applicata una differenza di potenziale così elevata da produrre un "effetto corona" attorno alle particelle. Gli ioni e gli elettroni che si dirigono sull’elettrodo, durante il loro cammino, urtano le particelle di polvere e conferiscono loro una quantità di carica elettrica, in modo che il campo elettrico eserciti su di esse una forza coulombiana, convogliandole sugli elettrodi di captazione collegati a terra.
Fibra di vetroNomexTeflonKevlar
•Elevatissima efficienza (trattengono particelle di diametro inferiore alla maglia, grazie all’occlusione dei pori)
•Flessibilità al carico
•Perdite di carico crescenti: necessaria pulizia
Torri di assorbimento
Gole Venturi
•Elevata efficienza•Flessibilità al carico•Necessità di trattamento degli spurghi liquidi•Perdite di carico consistenti (gole Venturi)•Effetto di saturazione: Bassa T
MATERIALE PARTICOLATO:
METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI
TERMOVALORIZZAZIONE
PEA A 79
• Sistemi a secco:
• Filtri elettrostatici: separano le particelle solide e liquide dal flusso gassoso convogliato mediante l’utilizzo di forze elettriche
• Buoni rendimenti di rimozione (circa 90%), elevata flessibilità, assenza di scorie liquide
• Elevati costi di installazione, variabilità dell’efficienza(T e Q), ingombri elevati, manodopera specializzata
• Filtri a tessuto: realizzano il blocco delle particelle per cattura delle stesse su tessuti e mezzi porosi
• Rappresentano al momento la miglior tecnologia disponibile (BAT)• Elevata efficienza (>99%), indipendente da variazioni di Q o da perdite di carico,
spazi ridotti• T elevate possono ridurre vita utile -> impianti di controllo, rischio intasamento,• pericolo incendi
• Sistemi a umido:
• Scarsamente utilizzati• elevate perdite di carico e spurghi da trattare e smaltire. Di interesse• operativo la soluzione Venturi• atomizzazione flusso• buone efficienze
MATERIALE PARTICOLATO:
METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI
TERMOVALORIZZAZIONE
PEA A 80
GAS ACIDI:Sono disponibili due tecnologie: a secco e ad umido
A umido La rimozione delle componenti gassose si basa sul loro trasferimento in fase liquida, ottenuta ponendo in contatto il gas con opportuni liquidi assorbenti in installazioni in grado di ottimizzare il contatto stesso. La scelta del liquido di lavaggio e della tipologia dell’apparecchiatura dipende dalle caratteristiche della corrente da lavare. 1. Acidi alogenidrici: sono composti altamente idrofili, per questo si usa come liquido di lavaggio acqua in torri a spruzzo
2. SO2: presenta solubilità in acqua molto scarse, per questo si ricorre ad un assorbimento di tipo chimico con soluzioni di soda in apparecchiature che consentano un tempo di contatto adeguato affinché avvengano le reazioni di neutralizzazione.
PEA A 81
METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI
TERMOVALORIZZAZIONE
I processi a secco presentano un vantaggio, dal punto di vista della semplicità di gestione, rispetto ai processi a umido grazie all’assenza di spurghi liquidi e di produzioni secche; tuttavia essi non raggiungono mai le elevate efficienze dei processi a umido.
A secco la rimozione avviene tramite reazioni di neutralizzazione che si sviluppano a seguito di fenomeni di adsorbimento, assorbimento e chemisorbimento, sulla superficie del reagente alcalino usato allo scopo. Il reagente più comunemente utilizzato è la calce che può essere aggiunta sia allo stato secco che in soluzione acquosa. Essa neutralizza i gas secondo le reazioni:
Ca(OH)2 + 2HCl -> CaCl2 + 2H2O
Ca(OH)2 + 2HF -> CaF2 + 2H2O
Ca(OH)2 + SO2 -> CaSO3 + H2O
GAS ACIDI:
PEA A 82
METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI
TERMOVALORIZZAZIONE
Modalità di processo:• aggiunta del reagente allo stato secco od in soluzione• produzione di residui allo stato secco (polveri smaltite come scorie)• depolverazione a valle per rimuove i residui• iniezione di CA opzionale per la rimozione dei microinquinanti
Agenti additivi:• Sistema a secco:
• calce • Ca(OH)2 + 2HCl -> CaCl2 + 2H2O• Ca(OH)2 + 2HF -> CaF2 + 2H2O• Ca(OH)2 + SO2 -> CaSO3+ H2O
• bicarbonato di sodio• 2NaHCO3 -> Na2CO3 + CO2 + H2O• Na2CO3 + 2HCl -> 2NaCl + CO2 + H2O• Na2CO3 + 2HF -> 2NaF + CO2 + H2O• Na2CO3 + SO2 +½O2 -> Na2SO4 + CO2
• Sistemi a semisecco:• latte di calce: sospensione di calce in acqua
Reazione limitante
Processi di neutralizzazione chimica mediante reagenti alcalini dei gas acidi (HCl, HF, SO2),derivanti dalla combustione dei rifiuti
GAS ACIDI: PROCESSI A SECCO / SEMISECCO
METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI
TERMOVALORIZZAZIONE
PEA A 83
Confronto reagenti:
Calce:• eccessi stechiometrici elevati (circa 2)• T ottimale: 130 – 160°C• costi contenuti
Bicarbonato:• dosaggio stechiometrico• T ottimale: > 180°C• costi elevati (monopolio produttivo)• recupero Sali (doppia filtrazione)
GAS ACIDI: PROCESSI A SECCO / SEMISECCO
METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI
TERMOVALORIZZAZIONE
PEA A 84
Dosaggio dei reagenti:
Secco:• in linea (se filtrazione su FF)• in un reattore di contatto (parametri: tresidenza, ottimizzazione contatto)
Semisecco:• reattore di contatto
• atomizzatore ad alta velocità• tresidenza: H2O evapora
Sistema ad umido
Sistema a secco
GAS ACIDI
PEA A 85
METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI
TERMOVALORIZZAZIONE
OSSIDI DI AZOTOI processi utilizzati per l’abbattimento degli NOx sono di due tipi: SNCR: selective non catalytic reduction e SCR: selective catalytic reduction.
SNCR la trasformazione degli NOx in azoto molecolare viene condotta ad alta temperatura dosando ammoniaca o urea direttamente in camera di combustione. Il meccanismo di reazione è molto complesso e coinvolge un numero elevato di stadi elementari, nonostante ciò, è possibile schematizzare la trasformazione globale come:
Ammoniaca: NH3 + NO + ¼ O2 -> N2 + 3/2 H2O
Urea: CON2H4 + 2NO + ½ O2 -> CO2 + 2N2 + 2H2O
Rispetto all’ammoniaca l’urea offre numerosi vantaggi in termini di facilità di manipolazione, stoccaggio e proprietà fluidodinamiche delle soluzioni acquose che ne migliorano l’utilizzo.
La presenza di ammoniaca in camera di combustione crea un effetto inibitore sull’attività catalitica delle ceneri volanti che catalizzano la sintesi delle diossine. Questo determina quindi una diminuzione delle emissioni di diossine. PEA A 86
METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI
TERMOVALORIZZAZIONE
Tossica Gestione difficile
Atossica Stoccabile come solido
Caratteristiche del processo:
• efficienza: 50 – 70%• T: 900 – 1050°C
• T<900°C: limiti cinetici: calo efficienza, “fughe” NH3• T>1050°C: reazioni competizione (NO da ossidazione NH3)
• garantire miscelazione e tempi di contatto adeguati tra fumi e reagenti nel range di T• emissioni di N2O (in particolare con urea e T elevate)
SNCR (Selective non catalytic reduction): trattamento di rimozione degli NOx a T elevate in presenza di additivi
OSSIDI DI AZOTO: SNCR
METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI
TERMOVALORIZZAZIONE
SCR la conversione degli NOx avviene a temperature più basse, dell’orine dei 250°C – 350°C grazie alla presenza di un catalizzatore. I più usati sono a base di ossidi di vanadio tungsteno e/o platino supportati su titanio.
Anche in questo caso il meccanismo di reazione è piuttosto complicato ma può essere globalmente schematizzabile come:
4NH3 + 4NO + ½ O2 -> 4N2 + 6 H2O
4NH3 + 2NO2 + ½ O2 -> 3N2 + 6 H2O
La presenza del catalizzatore consente di raggiungere efficienze molto superiori rispetto ai processi SNCR. La conversione degli NOx può raggiungere anche il 90 % con fughe di ammoniaca di 5 mg/m3.
A fronte di tali vantaggi però, questi processi presentano il problema della possibile disattivazione del substrato catalitico che deve essere utilizzato a valle dei sistemi di depolverazione e rimozione dei gas acidi. Ciò determina elevati costi di esercizio.
PEA A 88
TERMOVALORIZZAZIONE
OSSIDI DI AZOTO: SCR
METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI
Additivi e reazioni di processo:
Ammoniaca:
4NO + 4NH3 + O2 4N2 + 6H2O
Proprietà del processo:
• efficienza: >80%• T: 250 – 350°C
Caratteristiche catalizzatore:
• struttura a nido d’ape o a piastre• supporto in titanio• materiali attivi: vanadio, tungsteno, platino• elevate velocità spaziali• costi elevati
SCR (Selective catalytic reduction): trattamento di rimozione degli NOx a T moderate in presenza di supporto catalitico
TERMOVALORIZZAZIONE
OSSIDI DI AZOTO: SCR
METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI
PEA A 89
High dust: a monte dei depolveratori Tail end: a valle dei depolveratori
• assenza di preriscaldamento no impiantistica ausiliaria• sporcamento catalizzatori minor superficie specifica
Riduzione vita media catalizzatore aumento
dei costi
• preriscaldamento necessario bruciatore ausiliario impianto complesso• minor sporcamento catalizzatore maggior superficie specifica
Aumento vita media catalizzatore riduzione
dei costi
TERMOVALORIZZAZIONE
OSSIDI DI AZOTO: SCR
METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI
PEA A 90
MICROINQUINANTI:I processi di controllo adottati nei sistemi di depurazione da particolato in
fase molto fine, da sostanze volatili o gassose possono essere suddivisi in quattro tipologie:
1. efficace captazione del particolato fine.
2. sviluppo di effetti di condensazione.
3. utilizzo di additivi adsorbenti.
4. processi di controllo catalitici.
L’utilizzo di additivi adsorbenti costituisce l’alternativa più efficace per i microinquinanti volatili, viene largamente utilizzato per il controllo di mercurio e di diossine.
PEA A 91
METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI
TERMOVALORIZZAZIONE
Meccanismi di controllo:
• efficace captazione particolato ultrafine (filtri a tessuto)• sviluppo di effetti di captazione (trasferimento di fase)• utilizzo supporto adsorbente (carboni attivi)• conversione catalitica
Rimozione su carboni attivi:
• controllo Hg e PCDD/F• ampio spettro d’azione• elevato potere adsorbente• costi limitati
Efficienza legata alla T
Rischio incendi
T<200°C e T>Trugiada
MICROINQUINANTI:
METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI
TERMOVALORIZZAZIONE
PEA A 92
Rimozione su supporto catalitico:
Si realizza su supporti uguali all’SCR (supporto Ti, materiale attivo Pt)
• Condizioni operative: • T: 210 – 350°C • Elevata efficienza di conversione (90-98%)• Cout inferiori al limite
Filtrazione catalitica: sostituzione, nel FF, del tessuto con materiale catalitico
• Efficienza di abbattimento > 99%• Diminuzione contaminazione residui• Problema Hg • Costi elevati (unico fornitore)
MICROINQUINANTI:
METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI
TERMOVALORIZZAZIONE
PEA A 93
LINEA DI TRATTAMENTO A SECCO:
Forno e caldaia
FFReattore a
secco
NH3
Assorbentesecco C.A.
Scorie Polveri
Configurazione minima; assenza di acque reflue, rispetto dei limiti Adottato dal termovalorizzatore di Brescia
POSSIBILI SOLUZIONI IMPIANTISTICHE
TERMOVALORIZZAZIONE
PEA A 94
Configurazione ottima: doppia filtrazione e catalisi; necessita un bruciatoreausiliriario a valle del FF, soluzione costosa
NaHCO3C.A.
Scorie PSR
ESP SCR
NH3
Polveriacide
Forno e caldaia
Reattore asecco
FF
LINEA DI TRATTAMENTO A SECCO:
POSSIBILI SOLUZIONI IMPIANTISTICHE
TERMOVALORIZZAZIONE
PEA A 95
Soluzione complessa necessita impianto TAR nelle vicinanze gestione ammoniaca
Colonna dilavaggio
NH3C.A.
Scorie Polveri
Impianto didepurazione
SpurghiAcqua depurata
NaOH
Fanghi
FFForno e caldaia
LINEA DI TRATTAMENTO A UMIDO:
POSSIBILI SOLUZIONI IMPIANTISTICHE
TERMOVALORIZZAZIONE
PEA A 96
Gestione difficile impianto complessoRischio accumulo di Hg
NH3
C.A.
Scorie Polveri
Colonna di lavaggio
Spurghi
Ca(OH)2
Stripaggio diammoniaca
NaOH
Forno e caldaia
Reattore asecco
FF
LINEA DI TRATTAMENTO MISTA
POSSIBILI SOLUZIONI IMPIANTISTICHE
TERMOVALORIZZAZIONE
PEA A 97
Solidi:
• scorie di fondo (dal forno): 200 - 300 kg/tRSU• ceneri volanti (caldaia e filtri): 10 - 30 kg/tRSU• Residui di depurazione
• Sali di reazione: 20 - 40 kg/tRSU• Fanghi: 0.4-1.2 kg/tRSULiquidi:
• Acque di lavaggio nei processi ad umido
Fumi: 5000-7000 Nm³/tRSU
RESIDUI DI PROCESSO
POSSIBILI SOLUZIONI IMPIANTISTICHE
TERMOVALORIZZAZIONE
PEA A 98
ESEMPIO DIMENSIONAMENTO LINEA FUMI
PRECIPITATORE
ELETTROSTATICO
REATTORE
A SECCO
FILTRO A
MANICHE
REATTORE
SCR
polveri acide polveri fini e residui di trattamento
fumifumi
depurati
NH3calce carbone attivo
PRECIPITATORE
ELETTROSTATICO
REATTORE
A SECCO
FILTRO A
MANICHE
REATTORE
SCR
polveri acide polveri fini e residui di trattamento
fumifumi
depurati
NH3calce carbone attivo
Occorre definire i consumi specifici di additivi per una corretta scelta degliimpianti e conoscere il quantitativo di scorie prodotte
Dati:• portata dei singoli inquinanti nei fumi• T di processo• tempo di contatto• dosi
POSSIBILI SOLUZIONI IMPIANTISTICHE
TERMOVALORIZZAZIONE
PEA A 99
Calcolo portata inquinanti nei fumi:
CDR
n3
stech,Astech,Ft
m4845Q79,0Cl16,0Cl63,0N6,1S7,0U24,1Cl32,0H2,11C87,1Q
Reazioni di formazione:
C + O2 → CO2
2H + ½O2 → H2O
S + O2 → SO2
N + ½O2 → NO
2Cl + H2O → 2HCl + ½O2
Portate specifiche di inquinanti:
HCl = 12.0kg/tCDR
SO2 = 1.8kg/tCDR
NO = 3.2kg/tCDR
Il dimensionamento prevede il calcolo dei consumi degli additivi chimici e il calcolo del volume del reattore di contatto
POSSIBILI SOLUZIONI IMPIANTISTICHE
TERMOVALORIZZAZIONE
ESEMPIO DIMENSIONAMENTO LINEA FUMI
PEA A 100
Dimensionamento del reattore di contatto e del C.A consumato:
Dati di partenza:
• tcontatto = 2sec• QHCl = 12.0kg/tCDR
• QSO2 = 1.8kg/tCDR
• T = 150°C• Qf = 54.27Nmc/s• Qf@150°C = 84.1m³/s• eccesso stechiometrico = 1.7• dose C.A. = 400mg/Nm³
1-
-121-
CDR1-
CDR22mol HCl kg 8,72
mol Ca(OH) kg 74] tHCl [kg HCl] tCa(OH) [kg )OH(Ca
1-2
-121-
CDR221-
CDR22mol SO kg 64
mol Ca(OH) kg 74] tSO [kg SO] tCa(OH) [kg )OH(Ca
Volume del reattore: Qf@150°C * tcontatto = 168m³
Consumo effettivo di calce: Calce da SO2 + Calce da HCl = 652.4kg/h
Residui solidi: Sali prodotti + Eccesso di calce = 850kg/h
Consumo di C.A.: Dose * Qf = 78.1kg/h
POSSIBILI SOLUZIONI IMPIANTISTICHE
TERMOVALORIZZAZIONE
ESEMPIO DIMENSIONAMENTO LINEA FUMI
PEA A 101
Calcolo del consumo di NH3 nel reattore SCR:
Dati di partenza:
• QNO = 3.2kg/tCDR
• Qoraria = 26.9t/h 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
Dosaggio di NH3: 49.1kg/h
Residui prodotti: Azoto + Acqua = 158.7kg/h
POSSIBILI SOLUZIONI IMPIANTISTICHE
TERMOVALORIZZAZIONE
ESEMPIO DIMENSIONAMENTO LINEA FUMI
PEA A 102
Case historyCase history: :
Il termovalorizzatore ASM di Brescia Il termovalorizzatore ASM di Brescia PEA A 103
Un esempio concreto: il termoutilizzatore ASM di Brescia
A Rivalta Scrivia, in provincia di Brescia è stato
costruito un termovalorizzatore che permette il
risparmio annuo di 100.000 tonnellate equivalenti di
petrolio e soddisfa da solo circa un terzo del
fabbisogno di calore ed energia elettrica dell'intera
città (1100 GWh/anno).
IL TERMOVALORIZZATORE ASM DI BRESCIA
TERMOVALORIZZAZIONE
PEA A 104
Storia1972: Parte il progetto di teleriscaldamento della città di Brescia.
1988: Vista la richiesta sempre più alta di teleriscaldamento ed energia elettrica nonché il pressante problema delle discariche nasce il progetto del “Termo utilizzatore”.
1998: Entrano in funzione le prime due linee di combustione RSU.
2004: Entra in funzione la linea di combustione biomasse per sopperire alle richieste di teleriscaldamento.
TERMOVALORIZZAZIONEIL TERMOVALORIZZATORE ASM DI
BRESCIA
PEA A 105
Ciclo di trattamento rifiuti
TERMOVALORIZZAZIONEIL TERMOVALORIZZATORE ASM DI
BRESCIA
PEA A 106
1. Conferimento rifiuti
Giornalmente la città di Brescia ed i suoi 206 comuniproducono 1600 tonnellate di RSU. La media procapite è di 1.5 kg/giorno con una raccolta
differenziatache si attesta sul 39% dei rifiuti prodotti.Contestualmente il Contestualmente il Termovalorizzatore brucia Termovalorizzatore brucia 400400ton/giorno di biomasse ton/giorno di biomasse provenienti da varie realtàprovenienti da varie realtàindustriali del Nord-Italia.industriali del Nord-Italia.
TERMOVALORIZZAZIONEIL TERMOVALORIZZATORE ASM DI
BRESCIA
PEA A 107
2. Stoccaggio rifiuti
Dopo un controllo della radioattività i rifiuti vengono scaricati nel locale stoccaggio RSU (“bunker”).
Va tenuto presente che i rifiuti arrivano dalle 4 alle 10 di mattina e che i bruciatori funzionano 24 ore su 24; il locale di stoccaggio è quindi fortemente sovradimensionato rispetto alle esigenze di alimentazione dei forni. I rifiuti vengono rimescolati ed alimentati ai bruciatori con una benna in grado di movimentare 7 ton di RSU alla volta.
TERMOVALORIZZAZIONEIL TERMOVALORIZZATORE ASM DI
BRESCIA
PEA A 108
2. Stoccaggio rifiuti
Dopo un controllo della radioattività i rifiuti vengono
scaricati nel locale stoccaggio RSU (“bunker”).
Va tenuto presente che i rifiuti arrivano dalle 4
alle 10 di mattina e che i bruciatori funzionano 24 ore
su 24; il locale di stoccaggio è quindi fortemente
sovradimensionato rispetto alle esigenze di
alimentazione dei forni. I rifiuti vengono rimescolati ed
alimentati ai bruciatori con una benna in grado di
movimentare 7 ton di RSU alla volta.PEA A 109
3. Combustione RSU
A Brescia funzionano in parallelo 3 linee di
combustione (2 alimentate con RSU ed 1 a
biomasse).
Il forno è a griglia a movimento inverso ed
arriva a trattare 40 ton/h (valore nominale 24
ton/h).
La fiamma lavora tra 950 °C e 1050°C, con
ossigeno sottostechiometrico al 6% in camera di
combustione.
TERMOVALORIZZAZIONEIL TERMOVALORIZZATORE ASM DI
BRESCIA
PEA A 110
3. Combustione RSU
A Brescia funzionano in parallelo 3 linee di
combustione (2 alimentate con RSU ed 1 a
biomasse).
Il forno è a griglia a movimento inverso ed
arriva a trattare 40 ton/h (valore nominale 24
ton/h).
La fiamma lavora tra 950 °C e 1050°C, con
ossigeno sottostechiometrico al 6% in camera di
combustione.PEA A 111
3b. Caratteristiche forno
Pot. Termica: Pot. Termica: 88 88 MWtMWt
Sup. griglia: Sup. griglia: 109 mq109 mq
Settori: Settori: 3030
Platea: Platea: 15 gradini15 gradini
Aria primaria: Aria primaria: 150 °C 150 °C (reagolazione (reagolazione automatizzata con automatizzata con controllo ad controllo ad infrarossi)infrarossi)
Tratt. Ceneri: Tratt. Ceneri: quenching in acquaquenching in acqua
TERMOVALORIZZAZIONEIL TERMOVALORIZZATORE ASM DI
BRESCIA
PEA A 112
4. Scarico ceneriLe ceneri della combustione sono il 10% in volume del
rifiuto iniziale ed il 20% in peso, esse contengono
principalmente metalli pesanti.
Le ceneri vengono inertizzate con un processo a calce
spenta; fino a qualche anno fa venivano portate in
discarica, dal 2004 vengono usate per il sottofondo
del manto stradale o nella formulazione del cemento.
TERMOVALORIZZAZIONEIL TERMOVALORIZZATORE ASM DI
BRESCIA
PEA A 113
5. Ceneri volantiLe ceneri di metalli pesanti
trascinate dai fumi sono un
grosso problema dato che
catalizzano la reazione di
formazione di organoclorurati.
Per tale motivo in testa al
canale di sfiato del forno è
Presente una iniezione di
inibitori di azione catalitica.
TERMOVALORIZZAZIONEIL TERMOVALORIZZATORE ASM DI
BRESCIA
PEA A 114
6. Caldaia a recuperoI tubi di acqua per la produzione di vapore sono
immersi nel refrattario del forno. Essi producono
vapore surriscaldato: Temperatura: 450°C Pressione: 70 bar
Il vapore viene poi utilizzato nella rete di
teleriscaldamento e quindi condensato in 3 torri
evaporative.
TERMOVALORIZZAZIONEIL TERMOVALORIZZATORE ASM DI
BRESCIA
PEA A 115
6. Caldaia a recupero
I tubi di acqua per la produzione di vapore sono
immersi nel refrattario del forno. Essi producono
vapore surriscaldato:
Temperatura: 450°C
Pressione: 70 bar
Il vapore viene poi utilizzato nella rete di
teleriscaldamento e quindi condensato in 3 torri
evaporative.
PEA A 116
7. Produzione energia elettrica
Il vapore alimenta una turbina calettata ad un
alternatore (Ansaldo) per la produzione di corrente
elettrica che viene venduta alla rete nazionale.
Potenza netta prodotta: 45 MWe
Energia netta annua recuperata: 200 GWe
TERMOVALORIZZAZIONEIL TERMOVALORIZZATORE ASM DI
BRESCIA
PEA A 117
8. Rete di teleriscaldamento
La città di Brescia ha cominciato a strutturare una rete
di teleriscaldamento sin dagli anni ’70. Ad oggi sono
presenti:
500 km di doppia tubazione
36 Mmc di edifici riscaldati
13500 edifici allacciati
641 MWt
TERMOVALORIZZAZIONEIL TERMOVALORIZZATORE ASM DI
BRESCIA
PEA A 118
9. Abbattimento NOx
Per l’abbattimento degli ossidi di azoto è presente un
sistema SNCR (Selective Non Catalitic Reaction) nel
tratto di uscita dei fumi dal forno.
In questo punto i fumi si trovano tra 950°C e 850°C
che è la temperatura di funzionamento del succitato
sistema.
Si utilizza come additivo una soluzione ammoniacale.
Inoltre per abassare le temperature di fiamma è
presente un ricircolo di aria impoverita di ossigeno.
TERMOVALORIZZAZIONEIL TERMOVALORIZZATORE ASM DI
BRESCIA
PEA A 119
9. Abbattimento NOx
Per l’abbattimento degli ossidi di azoto è presente un
sistema SNCR (Selective Non Cathalitic Reaction) nel
tratto di uscita dei fumi dal forno.
In questo punto i fumi si trovano tra 950°C e 850°C
che è la temperatura di funzionamento del succitato
sistema.
Si utilizza come additivo una soluzione ammoniacale.
Inoltre per abassare le temperature di fiamma è
presente un ricircolo di aria impoverita di ossigeno.
PEA A 120
10. Abbattimento SOx/microinquinanti
I due inquinanti vengono abbattuti nella stessa
apparecchiatura dove avviene l’iniezione di calce
spenta (alcalina, abbattimento SOx) all’interno di uno
scrubber a secco.
Per abbattere i microinquinanti viene fatto un
passaggio su un letto di carboni attivi (assorbimento
metalli pesanti e TOC).
TERMOVALORIZZAZIONEIL TERMOVALORIZZATORE ASM DI
BRESCIA
PEA A 121
11. Misure prevenzione diossine Non esistono misure specifiche per le diossine
(no
CatOX) ma esistono degli accorgimenti impiantistici
atti ad evitarne la formazione:
Tempo minimo di residenza in camera di combustione: 2 [s]
Ossigeno percentuale in camera di combustione: 6%
Fumi non vengono raffreddati in caldaia sotto i 600°C.
TERMOVALORIZZAZIONEIL TERMOVALORIZZATORE ASM DI
BRESCIA
PEA A 122
12. Abbattimento polveri
Le polveri vengono abbattute con un sistema di
maniche filtranti che lavora a 135°C.
Numero maniche: 2000
Area totale di filtrazione: 5000 mq
Perdita di carico: 150 mm H2O
Sezioni: 6 (indipendenti in parallelo)
TERMOVALORIZZAZIONEIL TERMOVALORIZZATORE ASM DI
BRESCIA
PEA A 123
Curiosità: l’impatto visivo.
I colori con cui è stata dipinto il termovalorizzatore
sono frutto di studi cromatici atti a ridurre l’impatto
visivo della struttura nel territorio.
Per esempio la torre è stata dipinta con 32 diverse
gradazioni di azzurro ed appare di colori diversi a
seconda dell’ora del giorno in cui la si guarda.
TERMOVALORIZZAZIONEIL TERMOVALORIZZATORE ASM DI
BRESCIA
PEA A 124
Curiosità: l’impatto visivo.
I colori con cui è stata dipinto il termovalorizzatore
sono frutto di studi cromatici atti a ridurre l’impatto
visivo della struttura nel territorio.
Per esempio la torre è stata dipinta con 32 diverse
gradazioni di azzurro ed appare di colori diversi a
seconda dell’ora del giorno in cui la si guarda.
PEA A 125
EMISSIONI
TERMOVALORIZZAZIONEIL TERMOVALORIZZATORE ASM DI
BRESCIA
PEA A 126PEA A 126
È una forma redditizia di recupero energetico da materiali che rimarrebbero altrimenti inutilizzati.
Gli effluenti gassosi ad alta temperatura prodotti dall’incenerimento sono utilizzabili nella generazione di energia, impiegando solitamente vapore.
Si basa su processi sempre più avanzati, sia in termini di efficienze di rendimento sia in termini di ottimizzazione dei costi, sicurezza e rispetto ambientale
Vantaggi
TERMOVALORIZZAZIONECONCLUSIONI
PEA A 127
VantaggiRiduce il volume dei rifiuti, risolvendo il problema della necessità di ampie aree da destinare alle discariche.
TERMOVALORIZZAZIONECONCLUSIONI
PEA A 128
Per discutere un po’…La vostra opinione
Perché la gente rifiuta a priori la realizzazione di questi impianti? Perché è poco informata? Perché si sono diffusi dei “cattivi” luoghi comuni sugli inceneritori?
A chi dobbiamo credere: ai dati sfavillanti dei gestori degli impianti o ai dati catastrofici degli enti di protezione ambientale?
E’ vero che la termovalorizzazione disincentiva il riciclaggio mentre dovrebbe invece esserne promotore?
TERMOVALORIZZAZIONECONCLUSIONI
PEA A 129