Appendice F
Metodologie di abbattimento degli inquinanti atmosferici nei turbogas
F.1- Tecnologie per l’abbattimento delle emissioni non Nox
Alla limitazione delle emissioni di polveri si perviene o con l'uso di combustibili a basso contenuto di ceneri e zolfo, come gli idrocarburi liquidi e gassosi, o con rimozione delle particelle solide, mediante appositi filtri.
Per quanto riguarda le emissioni di ossido di carbonio e di idrocarburi incombusti le massime responsabilità gravano sui motori alternativi a combustione interna, consentendo la tecnologia attuale di realizzare nei bruciatori a flusso continuo combustioni praticamente complete. Tali forme di inquinamento peraltro, dovute essenzialmente alla motorizzazione, pur essendo preoccupanti al momento attuale, possono essere combattute efficientemente con strumenti relativamente semplici già messi a punto a livello industriale.
Più complesso ed economicamente oneroso risulto invece il controllo alle emissioni di anidride solforosa e di ossidi di azoto. In seguito vengono discusse in breve le tecnologie di abbattimento degli ossidi di azoto.
F.2- Tecnologie per l’abbattimento delle emissioni NOx
Le tecnologie di abbattimento possono:
- agire direttamente sulla combustione: Le tecniche basate su questa metodologia sono illustrate di seguito e permettono una riduzione massima del 50- 60% di NOx , che non è sufficiente a garantire la riduzione ai livelli stabiliti dalla legge.:
bruciatori con bassa formazione di Nox
ricollocazione prodotti di combustione fule reburning
staged combustion water or steam injection
- oppure, dopo la combustione, sui gas di scarico:Esistono diverse tecnologie per il trattamento gas di scarico:
il metodo SCR è quello che gode di due vantaggi più importanti: selettività e economicità. Il processo di SCR è basata sulla reazione tra NOx e NH3 , che iniettato nel gas di scarico, producono acqua e N2
F.3- Tecnologie per l’abbattimento delle emissioni Nox durante il processo di combustione
F.3.1 – BRUCIATORI A BASSO ECCESSO D'ARIA(LEA)
Questi bruciatori riducono le emissioni di NOX mediante il completamento della combustione con il minor eccesso d'aria possibile, usualmente non più del 5 - 8 %.
Eccessi d'aria maggiori determinano maggior formazione di NOX perché tutto l'ossigeno reagisce con l'azoto (Meccanismo Thermal NOX).
F.3.2 –BRUCIATORI CON ARIA IMMESSA A STADI
Schema di bruciatore con aria immessa a stadi.
In un tipico bruciatore a bassa formazione di NOX con immissione graduale di aria , - l'aria per la combustione all'ingresso è divisa in un flusso primario ed uno
secondario, l'aria primaria che viene immessa in quantità substechiometrica.
Tutto il combustibile viene iniettato nella gola del bruciatore e combinato con l'aria primaria
In questa zona il combustibile (in eccesso) brucia parzialmente e l'azoto contenuto viene convertito in ammoniaca, acido cianidrico e ossido d'azoto, che successivamente vengono trasformati in azoto elementare abbassando in questo modo gli NOx da combustibione.
La temperatura del picco di fiamma si abbassa nella zona di combustione primaria ricca di combustibile perché il calore generato si dissipa
rapidamente nei tubi della caldaia.
Nella zona di combustione secondaria viene aggiunta aria per completare la combustione.
Questi bruciatori sono più opportuni per applicazioni con combustibili liquidi in pressione. L'aria di combustione compressa si presta ad un miglior controllo del flusso
di aria impiegata nella combustione a stadi, poiché viene assicurata una velocità sufficientemente alta per produrre una buona miscelazione tra aria e combustibile e quindi una buona fiamma.
I bruciatori a immissione graduale di aria sono semplici dispositivi di limitazione degli NOx, poco costosi ed efficienti, che sono spesso adatti sia per caldaie e inceneritori nuovi, sia per quelli già esistenti.
Sono state dimostrate diminuzioni del 40-65%.
Lo svantaggio maggiore di questi bruciatori è la formazione di fiamme più lunghe e più larghe di quelle dei bruciatori convenzionali, che possono provocare tensioni termiche e fatica dei metalli, specialmente nel caso delle caldaie ammodernate con un'area di trasferimento limitato. I bruciatori ad aria a stadi si prestano molto bene alla circolazione esterna dei gas di scarico(FGR) introdotti di solito nella zona di
combustione primaria.
F.3.3 –BRUCIATORI FUORI SERVIZIO(BOOS)
É' una tecnica operativa in cui:
si chiude il flusso di combustibile in alcuni bruciatori lasciando aperte le valvole dell'aria.
I bruciatori rimanenti operano in condizione di miscela ricca di combustibile con disponibilità di ossigeno limitata e temperatura massima della fiamma minore rispetto ai bruciatori standard, con conseguente minore formazione degli NOx.
I prodotti non combusti reagiscono con l'aria proveniente dai bruciatori a cui è stata introdotta l'erogazione di combustibile e si completa così la combustione.
Questa tecnica richiede l'uso di più bruciatori.
F.3.4 –BRUCIATORI OFA E LANCER- AIR
Consentono di ottenere una combustione a stadi installando porte laterali per sola aria sopra la zona dei bruciatori e ridirigono una parte dell'aria dai bruciatori alle porte. Una variante di questo concetto consiste nell'installare tubi d'aria sulla periferia di ogni bruciatore(Lance-Air) che svolgono la stessa funzione delle porte laterali dei bruciatori FA.
F.3.4 –BRUCIATORI CON COMBUSTIBILE IMMESSO A STADI
Combustore DLN (Dry Low NOX ) per turbina a N.P/G.E.MS 7001 / 9001
Nei bruciatori ad immissione graduale di combustibile:
una parte del combustibile viene iniettata nell'aria di combustione e brucia in una zona di combustione molto magra, cioè ricca d'aria. (Come nel caso dei bruciatori ad aria graduale questa combustione magra riduce la temperatura di picco, riduce così gli NOx termici.)
Il resto del combustibile viene iniettato in una zona secondaria e viene bruciato.
I prodotti di combustione e gli inerti della zona primaria riducono le temperature di picco e la formazione degli NOx.
I bruciatori a immissione graduale del combustibile possono ridurre le emissioni del 50- 70%; inoltre possono funzionare con una lunghezza di fiamma minore, limitando la fatica dei metalli. Questi bruciatori sono ideali per combustibili naturali in pressione.
F.3.5 – BRUCIATORI CON RICIRCOLAZIONE DEI GAS DI SCARICO(FGR)
Schema di impianto con ricircolazione dei gas di scarico
Nel ricircolo del gas di scarico, il 15-25% di esso, alla temperatura di 300-500 F , viene preso e rimandato nel forno attraverso la gola del bruciatore (FGR esterno) oppure mischiata con l'aria entrante. Questo accorgimento abbassa la temperatura massima della fiamma e di conseguenza riduce la formazione degli NOx termici. L'aggiunta di gas di scarico riduce anche la pressione parziale dell'ossigeno nell'aria di combustione, limitando in questo modo la quantità di ossigeno disponibile per la reazione con l'azoto.
La figura 18 mette in relazione il grado di riduzione di emissione con la quantità di gas di scarico riciclato.
