Il sistema di abbattimento degli ossidi di azoto.

Il rispetto dei limiti normativi e l’abbattimento delle concentrazioni degli ossidi di azoto presenti nella corrente gassosa sono affidati, si è detto, oltre alle misure preventive, ad un sistema di trattamento DeNOx, che opera secondo i principi della riduzione selettiva

non-catalitica (SNCR), ottenuta con l’adduzione di ammoniaca anidra in fase gas. Tale sistema fu progettato ed è stato realizzato per operare con un reagente in forma gassosa (o anidra).

L’impianto DeNOx dispone di diverse sezioni, le quali assolvono le funzioni di stoccaggio del reagente, miscelazione e trasporto al punto di immissione, adduzione alla corrente dei fumi e regolazione dei parametri di controllo. Nel rispetto dei principi della teoria della riduzione selettiva non-catalitica, l’adduzione di ammoniaca alla corrente gassosa deve avvenire in una zona d’impianto in cui i valori di temperatura sono compresi nell’intervallo della finestra termica tra 850°C e 950°C. Tali temperature

competono ai fumi nella parte alta del primo giro fumi della caldaia, in cui essi, avendo appena lasciato la camera di post combustione principale in cui raggiungevano temperature superiori ai 1000°C, sono parzialmente raffreddati dallo scambio termico con le pareti costituite dai tubi metallici della caldaia.

Tale immissione avviene usualmente nel 1° stadio o nel 2° stadio (il 1° stadio è quello incontrato per primo dai fumi) grazie alla presenza di 8 lance per ogni stadio.

La diffusione è assicurata dall’azione di un certo quantitativo di vapore di trasporto, il quale ha la funzione di offrire alla corrente una miscela omogenea di reagente nebulizzato in particelle fini, e di conferire un certo grado di turbolenza all’immissione, onde favorire la distribuzione del reagente quanto più rapida ed uniforme possibile a tutta la sezione attraversata dai fumi.

Più nello specifico, il sistema di trattamento SNCR dell’impianto analizzato è composto da:

• un serbatoio di accumulo e stoccaggio dell’ammoniaca in forma anidra (per la sperimentazione oggetto di questo studio è stato progettato e realizzato un sistema di dosaggio ed adduzione della forma di soluzione liquida);

• un sistema di tubazioni per la somministrazione e il trasporto del reagente fino al punto di immissione;

• un sistema di tubazioni per l’immissione di vapore di trasporto, proveniente dall sistema di generazione vapore o dallo spillamento della turbina e avente funzione di nebulizzazione e trasporto in forno dell’ammoniaca;

• un sistema di immissione del reagente all’interno della zona di processo, a vari stadi di immissione a diversa altezza della camera di post-combustione, ciascuno equipaggiato con 2 gruppi di 4 lance iniettori disposti l’uno di fronte (per un totale di 24 lance), in grado di operare alternativamente a seconda dell’altezza desiderata;

• un equipaggiamento di regolazione e controllo delle portate e delle quantità immesse;

• un sistema di controllo in remoto e di allarmi per segnalare eventuali anomalie;

• un complesso di misure di sicurezza per gli operatori e per la prevenzione e lo spegnimento di incendi (soprattutto per il sistema anidro).

Allo stato attuale, tale sistema di abbattimento degli NOx è utilizzato quasi

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tale configurazione la prima ad essere stata installata, e potendo contare sia su un apparato tecnologico ampiamente più sviluppato (ivi comprese le misure di regolazione e controllo), sia un livello di conoscenza e confidenza maggiore da parte degli operatori dell’impianto. L’ammoniaca anidra, a temperatura e pressione normale, è presente come gas incolore più leggero dell’aria. Il suo stoccaggio, in ossequio alle prescrizioni di sicurezza di specifiche autorizzazioni, avviene in un serbatoio d’accumulo in acciaio, dalla capacità complessiva di circa 8000 litri, posizionato su ancoraggi in grado di bilanciare le oscillazioni dovute all’azione del vento, e le vibrazioni prodotte da eventuali eventi sismici. Un vaporizzatore di 8 kW di potenza dislocato nelle adiacenze pressurizza il reagente ad un valore minimo di 4 bar, in modo da consentire lo stoccaggio in pressione dell’ammoniaca in forma di liquido, a beneficio di sicurezza, per un volume di riempimento massimo dell’85%. Tale serbatoio è inoltre costituito di materiale flottante, in grado, cioè, di adattarsi alle espansioni termiche a cui sono sottoposti i vapori di ammoniaca in equilibrio dinamico con il liquido, per effetto del riscaldamento atmosferico e dell’irraggiamento solare (soprattutto nei giorni più caldi).

In uscita dal serbatoio, l’ammoniaca anidra allo stato liquido è riportata alla forma gassosa dal vaporizzatore, il quale, attraverso un sistema di riscaldamento costituito da resistenze nelle quali passa olio diatermico, controlla che la temperatura delle tubazioni non scenda eccessivamente per effetto dell’espansione del gas, evitando il congelamento dei materiali e la condensa dell’ammoniaca anche nei giorni di maggiore freddo. Una valvola regolatrice, inoltre, riduce la pressione del vapore di ammoniaca a

1,4 bar, alla quale il reagente è inviato per il suo utilizzo nella sezione di trattamento. Il dosaggio dell’ammoniaca anidra avviene in remoto dalla sala di controllo, tramite una valvola regolatrice del flusso, mossa da un segnale digitale di 4-20 mA, la quale regola a piacimento l’apertura di un orifizio misuratore. Tale orifizio è tarato per consentire uno scarto di dosaggio di ammoniaca corrispondente ad una pressione di 0,125 bar, ed è in grado, tramite un trasmettitore di flusso, di inviare alla sala di controllo, a mezzo di un analogo segnale digitale da 4-20 mA, la misura di portata di ammoniaca che lo attraversa in tempo reale. L’interruzione del flusso di ammoniaca può essere effettuata o chiudendo del tutto l’orifizio misuratore, o attraverso una valvola di arresto, che può essere azionata sia localmente che in remoto, la quale ordina il disinnesco del vaporizzatore. Tanto la valvola regolatrice del flusso quanto quella d’arresto sono dotati di un dispositivo pneumatico di arresto in caso di emergenza. Le tubazioni che ospitano l’ammoniaca, infine, sono costituite in acciaio inossidabile, onde contrastare l’azione corrosiva del reagente.

La miscelazione dell’ammoniaca e del vapore di trasporto avviene in prossimità della camera di post-combustione, dove si intende realizzare il trattamento. Tale vapore è addotto dalla produzione o dallo spillamento della turbina alla pressione di 4 bar circa e 170°C, per un dosaggio massimo di 400 kg/h. L’immissione del vapore di trasporto è regolata secondo le quantità desiderate da una valvola regolatrice di flusso, la quale deve essere manipolata a mano direttamente sul campo, che invia alla sala controllo il solito segnale 4-20 mA per la determinazione della portata. La presenza di una valvola

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di non ritorno impedisce all’ammoniaca di occupare la tubazione adibita al trasporto del solo vapore.

A valle del punto di miscelazione, una seconda tubazione, di lunghezza sufficiente per permettere la corretta miscelazione del vapore con l’ammoniaca, porta il reagente al punto di immissione predisposto (ad uno dei 3 livelli di altezza desiderato), da dove è immesso in camere di post-combustione da un sistema di 2 gruppi di 4 iniettori a lance, i quali aumentano la velocità e la turbolenza della miscela e consentono un maggiore e più uniforme investimento della corrente dei fumi in transito. Tutti i collettori degli stadi e ciascuna lancia d’immissione sono dotati di valvole manuali per la messa in servizio del singolo stadio.

I 3 stadi di immissioni dell’ammoniaca oggetto d’indagine trovano locazione nel primo giro fumi in caldaia (ossia la prima sezione che i fumi attraversano in uscita dalla camera di post-combustione), a breve distanza l’uno dall’altro. Opportuni sensori costituiti da termocoppie (vari per ogni stadio) monitorano in continuo il valore della temperatura in prossimità della zona di trattamento, al fine di assicurare che le reazioni di rimozione non-catalitica avvengano nel corretto range di temperatura.

Figura 6.10: Schematizzazione della camera di post combustione, della caldaia, del flusso dei fumi e del posizionamento dei punti di iniezione ammoniaca

I punti di iniezione 1, 2 e 3 sono stati tutti indagati in questo studio. Il punto di immissione in camera di post combustione fu analizzato già in precedenti studi ed escluso dalla successive sperimentazioni in ragione della bassa efficienza di rimozione già riscontrata. Per analoghe considerazioni fu scartato 4° livello di iniezione più in basso.

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Figura 6.10: Sezione della caldaia con indicazione dei punti di iniezione e delle posizioni delle termocoppie utilizzate per il rilievo delle temperature

La termocoppia T 1.3.13 è di riferimento in post combustione, le termocoppie T1.3.1, T1.3.2 e T1.3.3 sono nel primo giro fumi della caldaia.

Figura 6.11: Andamento nel tempo tipico delle temperature rilevate dalle termocoppie d’impianto (1 div. = 30 minuti)