processi per l'energia e l'ambiente a pea a1 termovalorizzazione

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PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A 1 TERMOVALORIZZAZIONE

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Page 1: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

PROCESSI PER L'ENERGIA E

L'AMBIENTE A

PEA A 1

TERMOVALORIZZAZIONE

Page 2: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 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

Page 3: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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.

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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.

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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.

Page 6: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 7: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 8: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 9: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 10: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 11: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 12: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 13: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 14: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 15: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 16: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

Una Fossa → più forni

SUDDIVISIONE SU PIU’ LINEE

TERMOVALORIZZAZIONECONFERIMENTO DEL RIFIUTO

PEA A 16

Page 17: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 18: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

Classificatore granulometrico

Classificatore balistico

Classificatore ad aria

Classificatore magnetico

• Operazioni meccaniche: separazione di metalli, vetro, inerti e sottovaglio

PRETRATTAMENTI

PEA A 18

TERMOVALORIZZAZIONE

Page 19: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 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

Page 20: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 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

Page 21: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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)

Page 22: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 23: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 24: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 25: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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.

Page 26: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 27: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 28: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 29: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 30: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

•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

Page 31: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 32: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 33: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 34: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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)

Page 35: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 36: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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)

Page 37: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

• 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

Page 38: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 39: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 40: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 41: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 42: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 43: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 44: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 45: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

TERMOVALORIZZAZIONEGASSIFICAZIONE E PIROLISI

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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

Page 46: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

TERMOVALORIZZAZIONEGASSIFICAZIONE E PIROLISI

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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

Page 47: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 48: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 49: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

TERMOVALORIZZAZIONEGASSIFICAZIONE AL PLASMA

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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)

Page 50: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 51: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

Panoramica sulla situazione impiantistica italiana:

Dati desunti dal “Rapporto rifiuti 2003” (APAT)

47TOT

2Forni a tamburo rotante

5Forni a letto fluido

38Forni a griglia

• 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

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Page 52: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 53: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 54: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 55: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 56: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 57: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 58: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

TERMOVALORIZZAZIONERECUPERO ENERGETICO

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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.

Page 59: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 60: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

Caldaia

T ̃HA

C

Fumi Fumi

Acqua

Vapore

Surriscaldato

Energia Elettrica

TIPOLOGIE DI IMPIANTO: PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA

TERMOVALORIZZAZIONERECUPERO ENERGETICO

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Page 61: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

TIPOLOGIE DI IMPIANTO: COGENERAZIONECaldaia

T1̃HA

C

Fumi Fumi

Acqua

Vapore

Surriscaldato

T2

Calore

Energia Elettrica

Impiantiindustriali

Teleriscaldamento

TERMOVALORIZZAZIONERECUPERO ENERGETICO

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Page 62: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA

Page 63: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 64: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

Cogenerazione: bilancio termico

TERMOVALORIZZAZIONERECUPERO ENERGETICO

PEA A 64

Page 65: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

TERMOVALORIZZAZIONERECUPERO ENERGETICO

PEA A 65

Page 66: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 67: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 68: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 69: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 70: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 71: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 72: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 73: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 74: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 75: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 76: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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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

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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

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• 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

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• 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

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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.

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METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI

TERMOVALORIZZAZIONE

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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

Page 83: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 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

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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

Page 85: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

Sistema ad umido

Sistema a secco

GAS ACIDI

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TERMOVALORIZZAZIONE

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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

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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

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TERMOVALORIZZAZIONE

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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.

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TERMOVALORIZZAZIONE

OSSIDI DI AZOTO: SCR

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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

Page 90: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 91: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 92: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 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

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Page 93: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 94: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 95: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 96: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 97: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 98: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 99: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 100: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 101: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 102: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 103: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

Case historyCase history: :

Il termovalorizzatore ASM di Brescia Il termovalorizzatore ASM di Brescia PEA A 103

Page 104: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 105: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 106: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

Ciclo di trattamento rifiuti

TERMOVALORIZZAZIONEIL TERMOVALORIZZATORE ASM DI

BRESCIA

PEA A 106

Page 107: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 108: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 109: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 110: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 111: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 112: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 113: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

Page 114: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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.

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BRESCIA

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Page 115: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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.

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BRESCIA

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Page 116: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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.

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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

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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

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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.

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BRESCIA

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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.

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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).

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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

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Page 123: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 124: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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

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Page 125: PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

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.

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EMISSIONI

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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

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VantaggiRiduce il volume dei rifiuti, risolvendo il problema della necessità di ampie aree da destinare alle discariche.

TERMOVALORIZZAZIONECONCLUSIONI

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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?

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