PROCESSI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE A PEA A1 TERMOVALORIZZAZIONE

PEA A2 TERMOVALORIZZAZIONE INDICE SIGNIFICATO E FINALITÀ DELLA TERMOVALORIZZAZIONE FASI DEL PROCESSO E SCHEMA DIMPIANTO. TIPOLOGIE DI RIFIUTI TRATTABILI: RSU TAL QUALE, BIOESSICCATO, CDR CONFERIMENTO DEL RIFIUTO PRETRATTAMENTI INCENERIMENTO GASSIFICAZIONE E PIROLISI GASSIFICAZIONE AL PLASMA SITUAZIONE IMPIANTISTICA IN ITALIA RECUPERO ENERGETICO LE EMISSIONI ATMOSFERICHE PRODOTTE METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI INQUINANTI POSSIBILI SOLUZIONI IMPIANTISTICHE TERMOVALORIZZATORE ASM DI BRESCIA CONCLUSIONI

PEA A3 TERMOVALORIZZAZIONE SIGNIFICATO E FINALITA' DELLA TERMOVALORIZZAZIONE Trattamento di degradazione termica del rifiuto in condizioni ossidative (ovvero combustione), finalizzato a: Ridurre il peso ( %) 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.combustibilecaloreenergia

PEA A4 TERMOVALORIZZAZIONE SIGNIFICATO E FINALITA' DELLA TERMOVALORIZZAZIONE Fino 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 allincenerimento. Lo scenario sta cambiando in modo da ridurre lo spreco di materiali e di energia: Le strategie messe in atto nei diversi Paesi dellUnione Europea sono già in gran parte orientate verso un approccio integrato, figlio di uno schema di priorità definito da una prima direttiva U.E. del 1991: riduzione dei rifiuti alla fonte; recupero dei materiali che non hanno ancora terminato la propria vita utile e riciclo delle frazioni di materiale ancora impiegabili nei processi produttivi; recupero di energia dalla frazione che rimane; smaltimento finale in discarica controllata dei rifiuti residui, non più convenientemente valorizzabili.

PEA A5 TERMOVALORIZZAZIONE SIGNIFICATO E FINALITA' DELLA TERMOVALORIZZAZIONE Alle 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 dellUnione Europea, sono quindi orientate verso la promozione della termovalorizzazione con recupero di energia, come elemento fondamentale delle strategie integrate. Per rispondere a queste esigenze sono oggi disponibili un gran numero di processi di termovalorizzazione che includono: gassificazione al plasma incenerimento pirolisi e gassificazione convenzionali la combinazione di questi processi nei modi più disparati.

Il processo prevede essenzialmente 3 fasi: conversione termica, recupero energetico e trattamento degli effluenti gassosi rifiuti aria CONVERSIONE TERMICA IN FORNI DEDICATI RECUPERO ENERGETICO IN CALDAIA TRATTAMENTO DEGLI EFFLUENTI GASSOSI scorie energia elettrica e/o termica Residui liquidi e/o solidi fumi depurati fumi reagenti C,H,S,N CO 2,H 2 0,SO 2,NO x Umidità vapor acqueo CO, NO x, polveri Cl,Br,F HCl,HBr,HF Composti organici (PCDD/F) TERMOVALORIZZAZIONE FASI DEL PROCESSO E SCHEMA D'IMPIANTO PEA A6

1)Conferimento del rifiuto 2)Stoccaggio 3)Combustione e recupero energetico 4) Allontanamento scorie 5) Trattamento fumi 6) Emissione gas depurati TERMOVALORIZZAZIONE FASI DEL PROCESSO E SCHEMA D'IMPIANTO PEA A7

TERMOVALORIZZAZIONE FASI DEL PROCESSO E SCHEMA D'IMPIANTO PEA A8 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. Lenergia prodotta può essere utilizzata come: Energia elettrica (autoalimentazione impianto e rete nazionale) Energia termica per teleriscaldamento Sistemi di abbattimento e depurazione dei fumi

TERMOVALORIZZAZIONE TIPOLOGIE DI RIFIUTI TRATTABILI PEA A9 Rifiuto: qualsiasi sostanza o oggetto […] di cui il detentore si disfi o abbia lobbligo 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 demolizione

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 TERMOVALORIZZAZIONE TIPOLOGIE DI RIFIUTI TRATTABILI PEA A10

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. TERMOVALORIZZAZIONE TIPOLOGIE DI RIFIUTI TRATTABILI PEA A11

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 dellintera linea!! TERMOVALORIZZAZIONE TIPOLOGIE DI RIFIUTI TRATTABILI PEA A12

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 sottovaglio ,5 organico domestico 0490,5 metalli 02,596 Vetro e inerti gomma plastica ,4 legno ,5 tessili ,54,7 cartone ,5 carta PCI [kJ / kg]Umidità [%t.q.]Ceneri [%s.s.] Frazioni migliori TERMOVALORIZZAZIONE TIPOLOGIE DI RIFIUTI TRATTABILI PEA A13

RIFIUTI TRATTATI DA TERMOVALORIZZATORI Riassumendo, si possono trattare termicamente: RSU tal quali (a valle della raccolta differenziata RUR) bioessiccato CDR CDR di qualità elevata < 15< ceneri [% s.s.] < 18< umidità [%] > [kJ /kg s.s.]> PCI [kJ / kg] CDR qualità elevataCDRbioessiccatoRUR Configurazione impiantistica è funzione del tipo di materiale! TERMOVALORIZZAZIONE TIPOLOGIE DI RIFIUTI TRATTABILI PEA A14

È necessario prevedere un polmone di accumulo per assicurare il funzionamento dellimpianto anche durante i giorni festivi, nellarco 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 ( m 3 ) AVANFOSSA per ridurre al minimo il rilascio di cattivi odori verso lesterno (obbligatoria per la Regione Lombardia) TERMOVALORIZZAZIONE CONFERIMENTO DEL RIFIUTO PEA A15

Una Fossa più forni SUDDIVISIONE SU PIU LINEE TERMOVALORIZZAZIONE CONFERIMENTO DEL RIFIUTO PEA A16

Suddivisione in linee essenzialmente per 2 motivi: Evitare il blocco dellimpianto ogni qualvolta si presentino problemi o risultino necessarie opere di manutenzione Rendere possibile lincenerimento 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 P max = 50 MW Q tot = 27 ton/h PCI = kJ/kg Esempio numerico: TERMOVALORIZZAZIONE CONFERIMENTO DEL RIFIUTO PEA A17

Classificatore granulometrico Classificatore balistico Classificatore ad aria Classificatore magnetico Operazioni meccaniche: separazione di metalli, vetro, inerti e sottovaglio PRETRATTAMENTI PEA A18 TERMOVALORIZZAZIONE

Operazioni biologiche: riduzione dellumidità e stabilizzazione della frazione organica BIOESSICCAZIONE Consiste nello sfruttare il calore rilasciato da reazioni di degradazione aerobica della sostanza putrescibile bioessiccato VASCA DI BIOESSICCAZIONE Rifiuto H 2 O evaporata C degradato 100%70% - 80% Aria (O 2 ) 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 ;valori più restrittivi dei parametri PCI, umidità, ceneri, metalli) PRETRATTAMENTI PEA A19 TERMOVALORIZZAZIONE

INCENERIMENTO PEA A20 Ossidazione ad alta temperatura di rifiuti e materiali combustibili che produce CO 2 e vapore acqueo ma anche sostanze inquinanti quali: Particolato solido e polveri Gas acidi (HCl, HF, SO 2, ecc.) Ossidi di zolfo e di azoto Metalli pesanti (Pb, Cd, Hg, ecc.) Microinquinanti organo-clorurati (furani, diossine) CO

TERMOVALORIZZAZIONE INCENERIMENTO PEA A21 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 dellaria viene utilizzato per degradare la componente volatile fumi in uscita poveri di O2 Pirolisi ( °C) e gassificazione ( °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 lossidazione vera e propria si inizia a vedere la fiamma Combustione ( °C): sia in fase eterogenea (rifiuti-ossigeno), sia in fase omogenea (fumi ridotti-ossigeno)

Sezioni essenziali dellimpianto 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. Autoconsumi Rete ENEL Turbina a vapore Teleriscaldamento TERMOVALORIZZAZIONE INCENERIMENTO PEA A22

TERMOVALORIZZAZIONE INCENERIMENTO PEA A23 Esistono diversi tipi di forno, ciascuno dei quali possiede caratteristiche particolari che lo rendono applicabile a categorie ben definite di rifiuto: Forni a griglia Forni a letto fluido Forni a tamburo rotante

FORNO A GRIGLIA Ampio campo di potenzialità (10 t/d – 1000 t/d) Termovalorizzazione rifiuti con PCI da 6000kJ/kg a 12000kJ/kg per griglia raffreddata ad aria, valori più alti per griglia raffreddata ad acqua RUR, bioessiccato, CDR (griglia ad acqua) Combustione su griglia di materiale metallico mobile o fissa, orizzontale o inclinata, formata da gradini (barrotti) o da rulli avanzamento materiale e adeguato rivoltamento Aria di combustione: - primaria: insufflata nel forno da sotto la griglia - secondaria: iniettata in camera di combustione Griglia sovrastata da una camera di combustione, ove avviene il completamento della combustione di composti parzialmente ossidati TERMOVALORIZZAZIONE INCENERIMENTO PEA A24

TERMOVALORIZZAZIONE INCENERIMENTO PEA A25 FORNO A GRIGLIA Sulla griglia viene deposto lammasso 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 laria secondaria, assicurando contemporaneamente adeguate condizioni di turbolenza e disponibilità di ossigeno, evitando di creare zone di raffreddamento, che potrebbero portare allo spegnimento delle reazioni.

Spegnimento delle scorie in bagno dacqua Scarico sotto battente idraulico si evitano fuoriuscite di fumi Sistema meccanico per allontanare le ceneri TERMOVALORIZZAZIONE INCENERIMENTO PEA A 26 FORNO A GRIGLIA

Ruolo dellaria di combustione Fornire lossigeno comburente (primaria e secondaria) Raffreddare la griglia (primaria) Garantire buona miscelazione dei fumi e turbolenza (secondaria) Determinazione della portata daria di combustione N + 0,5O 2 NO S + O 2 SO 2 2H + 0,5O 2 H 2 O C + O 2 CO 2 Analisi elementare C,H,S,N Aria stechiometrica Portata daria effettiva [m 3 n /h] + Indice daria (1,5 – 2) + TERMOVALORIZZAZIONE INCENERIMENTO PEA A27 FORNO A GRIGLIA

Bruciatori ausiliari Entrano 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) TERMOVALORIZZAZIONE INCENERIMENTO PEA A28 FORNO A GRIGLIA

È una tecnologia matura, consolidata da anni La griglia si surriscalda facilmente e si presta poco al trattamento di rifiuti ad alto PCI (Potere Calorifico Inferiore). Soluzioni al problema sono basate su: Raffreddamenti della griglia con acqua Layout in equicorrente Raffreddamento delle pareti del forno con tubi dacqua esterni o di aria interni al refrattario Il rendimento del recupero energetico può essere migliorato con limpiego di ossigeno. Gli obiettivi sono: Ridurre il volume dei fumi Diminuire le dimensioni dellimpianto Diminuire lentalpia dei fumi di scarico Aumento della temperatura TERMOVALORIZZAZIONE INCENERIMENTO FORNO A GRIGLIA. VANTAGGI E SVANTAGGI PEA A29

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 linsufflazione 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 lossidazione dei composti parzialmente ossidati 2 tipologie di forno: a letto fluido bollente e a letto fluido circolante TERMOVALORIZZAZIONE INCENERIMENTO FORNO A LETTO FLUIDO PEA A30

Forno a letto fluido bollente velocità daria basse (3 - 5 m/s) fumi trascinano solo polveri fini materiale più pesante ricade prima di raggiungere la sommità del letto (freeboard) TERMOVALORIZZAZIONE INCENERIMENTO FORNO A LETTO FLUIDO PEA A31

Forno a letto fluido circolante Velocità dellaria 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 daria minor produzione di fumi Maggiori difficoltà gestionali, minore continuità desercizio Rispetto al letto fluido bollente TERMOVALORIZZAZIONE INCENERIMENTO FORNO A LETTO FLUIDO PEA A32

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 daria 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) TERMOVALORIZZAZIONE INCENERIMENTO FORNO A LETTO FLUIDO PEA A33

TERMOVALORIZZAZIONE INCENERIMENTO FORNO A LETTO FLUIDO PEA A34 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) allalimentazione 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 dellaria (velocità di fluidizzazione). Essa è data dal rapporto tra portata volumetrica daria 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)

TERMOVALORIZZAZIONE INCENERIMENTO FORNO A LETTO FLUIDO - VANTAGGI PEA A35 Garantisce unottima 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 potenzialità Non ha parti meccaniche in movimento

TERMOVALORIZZAZIONE INCENERIMENTO FORNO A LETTO FLUIDO - SVANTAGGI PEA A36 È abbastanza sensibile alla variazione delle condizioni dellalimentazione Omogeneità del carico Eventuale pretrattamento Possibili formazioni di coaguli ed agglomerati di particelle (defluidizzazione)

Incenerimento di rifiuti eterogenei, sia solidi che liquidi (rifiuti industriali e ospedalieri) Cilindro metallico in rotazione, inclinato sullorizzontale di 5° – 15° per favorire lavanzamento del rifiuto Tamburo rivestito di materiale refrattario per proteggerlo dalle elevate temperature e dallaggressività chimica (alcuni con pareti a tubi dacqua per produzione vapore) Rifiuto alimentato in corrispondenza della testata, equipaggiata di bruciatore per le fasi di accensione / spegnimento Scarico delle ceneri allestremità del tamburo TERMOVALORIZZAZIONE INCENERIMENTO FORNO A TAMBURO ROTANTE PEA A37

suola rifiuto scorie ceneri di caldaia fumi recupero energetico Schema dimpianto con forno rotativo TERMOVALORIZZAZIONE INCENERIMENTO FORNO A TAMBURO ROTANTE PEA A38 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 lavanzamento 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 intermittenza Le scorie vengono scaricate al termine del forno

Flessibilità al carico (tipologia, proprietà termiche, stato fisico, dimensioni e pezzatura, ecc.) ed utilizzo con svariate tipologie di rifiuti TERMOVALORIZZAZIONE INCENERIMENTO FORNO A TAMBURO ROTANTE - VANTAGGI PEA A39

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 TERMOVALORIZZAZIONE INCENERIMENTO FORNO A TAMBURO ROTANTE – VANTAGGI E SVANTAGGI PEA A40

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 calore Combustibili Solidi Liquidi gassosi Degradazione termica Rifiuto organico O 2 difetto Combustibili Solidi Liquidi gassosi Ossidazione parziale PIROLISI GASSIFICAZIONE TERMOVALORIZZAZIONE GASSIFICAZIONE E PIROLISI PEA A41

Linteresse ad unestensione dellutilizzo 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. TERMOVALORIZZAZIONE GASSIFICAZIONE E PIROLISI PEA A42

Un esempio: il processo Thermoselect Il processo comprende una pirolisi condotta in un canale riscaldato dallesterno, in cui il materiale viene compresso sino a densità massime dellordine dei 2000 kg/m 3 (eliminando la necessità di pretrattamento), ed una successiva gassificazione con ossigeno puro della frazione gassosa e del residuo solido (per ottenere un elevato PC). Lapporto 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. TERMOVALORIZZAZIONE GASSIFICAZIONE E PIROLISI PEA A43

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 gas Calore sensibile PC (rimozione TAR) Sviluppo di sistemi di: Depurazione Alta T Conversione del TAR per cracking termico o catalitico TERMOVALORIZZAZIONE GASSIFICAZIONE E PIROLISI PEA A44

TERMOVALORIZZAZIONE GASSIFICAZIONE E PIROLISI PEA A45 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

TERMOVALORIZZAZIONE GASSIFICAZIONE E PIROLISI PEA A46 VANTAGGI E SVANTAGGI I gas prodotti hanno un impiego energetico fortemente legato a: PCI TAR (residui di catrame derivanti dalla combustione) Impiego energetico difficoltoso Difficoltà di trasporto Obbligo di depurazioni spinte e complesse Sistemi ad alta temperatura Conversione dei TAR mediante cracking

Le torce ad arco plasma sono dei riscaldatori elettrici che utilizzano la resistenza di gas altamente ionizzati (plasma) per flusso di corrente elettrica, generato da due elettrodi, per convertire lenergia 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 TERMOVALORIZZAZIONE GASSIFICAZIONE AL PLASMA PEA A47

Elettrodo che crea la scarica elettrica Gas ionizzato dalla corrente elettrica Temperature dellarco elettrico Temperature di uscita dei gas TERMOVALORIZZAZIONE GASSIFICAZIONE AL PLASMA PEA A48

TERMOVALORIZZAZIONE GASSIFICAZIONE AL PLASMA PEA A49 Forma cilindrica, alto m e con diametro di 3 m; è rivestito di materiale refrattario Il rifiuto, pretrattato meccanicamente per essere ridotto in pellets omogenei, viene caricato dallalto 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 + H 2 O CO + H 2 I gas di sintesi escono a °C. Vengono raffreddati, puliti, ed impiegati per la generazione di energia (turbogas a ciclo combinato)

Reattore di gassificazione. 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 ( %) 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 TERMOVALORIZZAZIONE GASSIFICAZIONE AL PLASMA PEA A50

Panoramica sulla situazione impiantistica italiana: Dati desunti dal Rapporto rifiuti 2003 (APAT) 47TOT 2Forni a tamburo rotante 5Forni a letto fluido 38Forni a griglia N° Forni a griglia: utilizzano RUR e bioessiccato Forni a tamburo rotante: tecnologia in via di abbandono Forni a letto fluido: utilizzano CDR; costituiscono il futuro della termovalorizzazione TERMOVALORIZZAZIONE SITUAZIONE IMPIANTISTICA IN ITALIA PEA A51

Il 71% di questi impianti attua incenerimento impiegando forni a griglia mobile Il recupero di energia elettrica è pari a 0,30 MWh e per tonn. di rifiuti Il recupero di energia termica è pari a 1,01 MWh t per tonn. di rifiuti TERMOVALORIZZAZIONE SITUAZIONE IMPIANTISTICA IN ITALIA PEA A52

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 TERMOVALORIZZAZIONE SITUAZIONE IMPIANTISTICA IN ITALIA PEA A53

I rifiuti urbani sono equiparabili ai combustibili fossili, ovvero a materiale contenente elementi ossidabili in grado di liberare lenergia 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). TERMOVALORIZZAZIONE RECUPERO ENERGETICO PEA A54

Si beneficia della maggiore efficienza dei motori a combustione interna. Daltro canto, il processo subisce lonere energetico della produzione del combustibile intermedio, in quanto solo una frazione dellenergia dei rifiuti viene trasferita al CDR; a tale perdita occorre poi aggiungere il consumo del pretrattamento per produzione di CDR poiché luso 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 indirettaConversione diretta TERMOVALORIZZAZIONE RECUPERO ENERGETICO PEA A55

La configurazione permette di conseguire un duplice obiettivo: eliminare quasi totalmente i problemi di corrosione, effettuando il riscaldamento dellacqua 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 dellenergia, sia grazie al miglioramento delle condizioni di immissione nella turbina a vapore (45-60 bar, °C) sia, soprattutto, grazie alla realizzazione di un ciclo gas-vapore termodinamicamente più efficiente. Una variante: impianti ibridi rifiuti urbani/gas naturale TERMOVALORIZZAZIONE RECUPERO ENERGETICO PEA A56

Recupero energia termica (MWh t /a) Recupero energia elettrica (MWh e ) 39+1 *Numero di impianti Operativi 62+1 *Numero di impianti QuantitA trattate nel 1999 (t/a) Capacità impianti operativi (t/a) Capacità (t/a) Parco nazionale impianti Parametro Stato dellarte degli impianti di termoutilizzazione RU in Italia nel 1999 TERMOVALORIZZAZIONE RECUPERO ENERGETICO PEA A57

TERMOVALORIZZAZIONE RECUPERO ENERGETICO PEA A58 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 lEmilia 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 lEmilia Romagna. Dal rapporto energia ottenuta/rifiuti trattati, è stato possibile risalire alla quantità di energia recuperata da una tonnellata di RU ed effettuare dei confronti: il recupero di energia elettrica è in continuo incremento e si è stimato un recupero di 0,30 Mwhe per tonnellata di rifiuto mentre si è stimato un recupero di energia termica pari a 1,01 Mwht per tonnellata di rifiuto.

Finalità: Modalità di lavoro: recupero dellelevato 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 TERMOVALORIZZAZIONE RECUPERO ENERGETICO PEA A59

Caldaia T ̃ A C Fumi Acqua Vapore Surriscaldato Energia Elettrica TIPOLOGIE DI IMPIANTO: PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA TERMOVALORIZZAZIONE RECUPERO ENERGETICO PEA A60

TIPOLOGIE DI IMPIANTO: COGENERAZIONE Caldaia T1T1 ̃ A C Fumi Acqua Vapore Surriscaldato T2T2 Calore Energia Elettrica Impianti industriali Teleriscaldamento TERMOVALORIZZAZIONE RECUPERO ENERGETICO PEA A61

Bassi rendimenti 0.17 – 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 Buoni rendimenti 0.3 – 0.33 N.B: Esiste un limite inferiore al rendimento pari a 0.18 (D.M. Ambiente 05/02/98) TERMOVALORIZZAZIONE RECUPERO ENERGETICO PEA A62 PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA

COGENERAZIONE Derivazione del vapore durante lespansione 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 TERMOVALORIZZAZIONE RECUPERO ENERGETICO PEA A63

Cogenerazione: bilancio termico TERMOVALORIZZAZIONE RECUPERO ENERGETICO PEA A64

TERMOVALORIZZAZIONE RECUPERO ENERGETICO PEA A65

1. Conferimento rifiuti 2. Incenerimento 3. Recupero calore 5. Abbattimento inquinanti 4. Produzione energia el. TERMOVALORIZZAZIONE RECUPERO ENERGETICO PEA A66

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: TERMOVALORIZZAZIONE LE EMISSIONI ATMOSFERICHE PRODOTTE PEA A67

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 nellambito 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 dellinertizzazione dei residui con tecniche di pirolisi e di gassificazione. TERMOVALORIZZAZIONE LE EMISSIONI ATMOSFERICHE PRODOTTE PEA A68

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 dinteresse ambientale in rifiuti solidi urbani europei Gli inquinanti prodotti possono essere suddivisi in due categorie: Macroinquinanti: presenti in concentrazioni elevate, dellordine di [g/m 3 ] o [mg/m 3 ]. Microinquinanti: presenti in concentrazioni elevate, dellordine di [μg/m 3 ] o [ng/m 3 ] TERMOVALORIZZAZIONE LE EMISSIONI ATMOSFERICHE PRODOTTE PEA A69

I MECCANISMI DI PRODUZIONE DEGLI INQUINANTI: Azoto Lazoto, presente nei rifiuti in varie forme contribuisce alla formazione degli NO x provenienti anche dallossidazione dellazoto molecolare dellaria. Normalmente, però la gran parte degli NO x provengono dallazoto organico presente nei rifiuti, in quanto il legame N-C è più disponibile del forte legame N-N dellazoto 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. TERMOVALORIZZAZIONE LE EMISSIONI ATMOSFERICHE PRODOTTE PEA A70

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. TERMOVALORIZZAZIONE LE EMISSIONI ATMOSFERICHE PRODOTTE PEA A71

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 2,3,7,8-tetraclorodibenzodiossina (TCDD) In prevalenza si osservano percentuali del % emesse in fase vapore ed il restante % adsorbito sulle ceneri volanti, di cui risultano particolarmente arricchite le granulometria più fini, per leffetto della condensazione dei vapori sovrassaturi sulle elevate superfici specifiche di questultime. TERMOVALORIZZAZIONE LE EMISSIONI ATMOSFERICHE PRODOTTE PEA A72

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. I valori riportati sono i valori massimi di concentrazione in mg/Nm 3 di gas secco con 11% O 2 nellimpianto di termodistruzione di Trezzo sullAdda. TERMOVALORIZZAZIONE LE EMISSIONI ATMOSFERICHE PRODOTTE PEA A73

I FATTORI DI EMISSIONE: I fattori delle principali fonti riconosciute di diossine in atmosfera sono: I fattori delle principali fonti di emissione cadmio e mercurio in atmosfera sono: TERMOVALORIZZAZIONE LE EMISSIONI ATMOSFERICHE PRODOTTE PEA A74

CONTROLLO EMISSIONI: MISURE PRIMARIE Ottimizzazione della combustione: controllo delle 3T T > 850°C in camera di combustione; t contatto > 2 tenore di O 2 : 6 – 7% aria primaria/secondaria fluidodinamica camera combustione Riduzione formazione microinquinanti organici Accorgimenti impiantistici e criteri di gestione volti a limitare lincidenza dei percorsi di formazione primaria e secondaria TERMOVALORIZZAZIONE LE EMISSIONI ATMOSFERICHE PRODOTTE PEA A75

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 TERMOVALORIZZAZIONE LE EMISSIONI ATMOSFERICHE PRODOTTE PEA A76

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 unazione 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 A77

Proprietà: Composizione: inerti, ossidi metallici, sostanze organiche parzialmente incombuste, anche policicliche (IPA). Tende ad adsorbire metalli come rame (che esercita unazione catalitica nella riformazione delle diossine a partire da precursori clorurati), il mercurio, larsenico, il cadmio, il cromo ed il piombo, che sono tossici. La dimensione e la quantità delle particelle emesse durante la combustione dipende da diversi fattori quali il tempo di permanenza, la temperatura, le condizioni ossidanti o riducenti, la turbolenza. Al crescere del tempo di residenza, le dimensioni e la massa delle particelle tendono a diminuire. Separatori di particelle: Sistemi meccanici: sfruttano forze di natura gravitazionale, inerziale o centrifuga: Camere di sedimentazione Separatori inerziali Cicloni e multicicloni Basso costo Intasamenti frequenti Rendimenti modesti IN DISUSO MATERIALE PARTICOLATO: METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI TERMOVALORIZZAZIONE PEA A78

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 lassorbimento 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 sullelettrodo, 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 vetro Nomex Teflon Kevlar Elevatissima efficienza (trattengono particelle di diametro inferiore alla maglia, grazie allocclusione 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 A79

Sistemi a secco: Filtri elettrostatici: separano le particelle solide e liquide dal flusso gassoso convogliato mediante lutilizzo di forze elettriche Buoni rendimenti di rimozione (circa 90%), elevata flessibilità, assenza di scorie liquide Elevati costi di installazione, variabilità dellefficienza(T e Q), ingombri elevati, manodopera specializzata Filtri a tessuto: realizzano il blocco delle particelle per cattura delle stesse su tessuti e mezzi porosi Rappresentano al momento la miglior tecnologia disponibile (BAT) Elevata efficienza (>99%), indipendente da variazioni di Q o da perdite di carico, spazi ridotti T elevate possono ridurre vita utile -> impianti di controllo, rischio intasamento, pericolo incendi Sistemi a umido: Scarsamente utilizzati elevate perdite di carico e spurghi da trattare e smaltire. Di interesse operativo la soluzione Venturi atomizzazione flusso buone efficienze MATERIALE PARTICOLATO: METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI TERMOVALORIZZAZIONE PEA A80

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 dellapparecchiatura 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. SO 2 : presenta solubilità in acqua molto scarse, per questo si ricorre ad un assorbimento di tipo chimico con soluzioni di soda in apparecchiature che consentano un tempo di contatto adeguato affinché avvengano le reazioni di neutralizzazione. PEA A81 METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI TERMOVALORIZZAZIONE

I processi a secco presentano un vantaggio, dal punto di vista della semplicità di gestione, rispetto ai processi a umido grazie allassenza 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 -> CaCl 2 + 2H 2 O Ca(OH) 2 + 2HF -> CaF 2 + 2H 2 O Ca(OH) 2 + SO 2 -> CaSO 3 + H 2 O GAS ACIDI: PEA A82 METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI TERMOVALORIZZAZIONE

Modalità di processo: aggiunta del reagente allo stato secco od in soluzione produzione di residui allo stato secco (polveri smaltite come scorie) depolverazione a valle per rimuove i residui iniezione di CA opzionale per la rimozione dei microinquinanti Agenti additivi: Sistema a secco: calce Ca(OH)2 + 2HCl -> CaCl2 + 2H2O Ca(OH)2 + 2HF -> CaF2 + 2H2O Ca(OH)2 + SO2 -> CaSO3+ H2O bicarbonato di sodio 2NaHCO3 -> Na2CO3 + CO2 + H2O Na2CO3 + 2HCl -> 2NaCl + CO2 + H2O Na2CO3 + 2HF -> 2NaF + CO2 + H2O Na2CO3 + SO2 +½O2 -> Na2SO4 + CO2 Sistemi a semisecco: latte di calce: sospensione di calce in acqua Reazione limitante Processi di neutralizzazione chimica mediante reagenti alcalini dei gas acidi (HCl, HF, SO2),derivanti dalla combustione dei rifiuti GAS ACIDI: PROCESSI A SECCO / SEMISECCO METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI TERMOVALORIZZAZIONE PEA A83

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 A84 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 t residenza : H2O evapora

Sistema ad umido Sistema a secco GAS ACIDI PEA A85 METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI TERMOVALORIZZAZIONE

OSSIDI DI AZOTO I processi utilizzati per labbattimento degli NO x sono di due tipi: SNCR: selective non catalytic reduction e SCR: selective catalytic reduction. SNCR la trasformazione degli NO x 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:NH 3 + NO + ¼ O 2 -> N 2 + 3/2 H 2 O Urea:CON 2 H 4 + 2NO + ½ O 2 -> CO 2 + 2N 2 + 2H 2 O Rispetto allammoniaca lurea offre numerosi vantaggi in termini di facilità di manipolazione, stoccaggio e proprietà fluidodinamiche delle soluzioni acquose che ne migliorano lutilizzo. La presenza di ammoniaca in camera di combustione crea un effetto inibitore sullattività catalitica delle ceneri volanti che catalizzano la sintesi delle diossine. Questo determina quindi una diminuzione delle emissioni di diossine. PEA A86 METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI TERMOVALORIZZAZIONE Tossica Gestione difficile Atossica Stoccabile come solido

Caratteristiche del processo: efficienza: 50 – 70% T: 900 – 1050°C T<900°C: limiti cinetici: calo efficienza, fughe NH3 T>1050°C: reazioni competizione (NO da ossidazione NH3) garantire miscelazione e tempi di contatto adeguati tra fumi e reagenti nel range di T emissioni di N2O (in particolare con urea e T elevate) SNCR (Selective non catalytic reduction): trattamento di rimozione degli NOx a T elevate in presenza di additivi OSSIDI DI AZOTO: SNCR METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI TERMOVALORIZZAZIONE

SCR la conversione degli NO x avviene a temperature più basse, dellorine 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: 4NH 3 + 4NO + ½ O 2 -> 4N H 2 O 4NH 3 + 2NO 2 + ½ O 2 -> 3N H 2 O La presenza del catalizzatore consente di raggiungere efficienze molto superiori rispetto ai processi SNCR. La conversione degli NO x può raggiungere anche il 90 % con fughe di ammoniaca di 5 mg/m 3. A fronte di tali vantaggi però, questi processi presentano il problema della possibile disattivazione del substrato catalitico che deve essere utilizzato a valle dei sistemi di depolverazione e rimozione dei gas acidi. Ciò determina elevati costi di esercizio. PEA A88 TERMOVALORIZZAZIONE OSSIDI DI AZOTO: SCR METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI

Additivi e reazioni di processo: Ammoniaca: 4NO + 4NH3 + O2 4N2 + 6H2O Proprietà del processo: efficienza: >80% T: 250 – 350°C Caratteristiche catalizzatore: struttura a nido dape o a piastre supporto in titanio materiali attivi: vanadio, tungsteno, platino elevate velocità spaziali costi elevati SCR (Selective catalytic reduction): trattamento di rimozione degli NO x a T moderate in presenza di supporto catalitico TERMOVALORIZZAZIONE OSSIDI DI AZOTO: SCR METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI PEA A89

High dust: a monte dei depolveratori Tail end: a valle dei depolveratori assenza di preriscaldamento no impiantistica ausiliaria sporcamento catalizzatori minor superficie specifica Riduzione vita media catalizzatore aumento dei costi preriscaldamento necessario bruciatore ausiliario impianto complesso minor sporcamento catalizzatore maggior superficie specifica Aumento vita media catalizzatore riduzione dei costi TERMOVALORIZZAZIONE OSSIDI DI AZOTO: SCR METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI PEA A90

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. Lutilizzo di additivi adsorbenti costituisce lalternativa più efficace per i microinquinanti volatili, viene largamente utilizzato per il controllo di mercurio e di diossine. PEA A91 METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI TERMOVALORIZZAZIONE

Meccanismi di controllo: efficace captazione particolato ultrafine (filtri a tessuto) sviluppo di effetti di captazione (trasferimento di fase) utilizzo supporto adsorbente (carboni attivi) conversione catalitica Rimozione su carboni attivi: controllo Hg e PCDD/F ampio spettro dazione elevato potere adsorbente costi limitati Efficienza legata alla T Rischio incendi T T rugiada MICROINQUINANTI: METODI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI TERMOVALORIZZAZIONE PEA A92

Rimozione su supporto catalitico: Si realizza su supporti uguali allSCR (supporto Ti, materiale attivo Pt) Condizioni operative: T: 210 – 350°C Elevata efficienza di conversione (90-98%) C out 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 A93

LINEA DI TRATTAMENTO A SECCO: Forno e caldaia FF Reattore a secco NH 3 Assorbente secco C.A. ScoriePolveri Configurazione minima; assenza di acque reflue, rispetto dei limiti Adottato dal termovalorizzatore di Brescia POSSIBILI SOLUZIONI IMPIANTISTICHE TERMOVALORIZZAZIONE PEA A94

Configurazione ottima: doppia filtrazione e catalisi; necessita un bruciatore ausiliriario a valle del FF, soluzione costosa NaHCO 3 C.A. ScoriePSR ESP SCR NH 3 Polveri acide Forno e caldaia Reattore a secco FF LINEA DI TRATTAMENTO A SECCO: POSSIBILI SOLUZIONI IMPIANTISTICHE TERMOVALORIZZAZIONE PEA A95

Soluzione complessa necessita impianto TAR nelle vicinanze gestione ammoniaca Colonna di lavaggio NH 3 C.A. ScoriePolveri Impianto di depurazione Spurghi Acqua depurata NaOH Fanghi FF Forno e caldaia LINEA DI TRATTAMENTO A UMIDO: POSSIBILI SOLUZIONI IMPIANTISTICHE TERMOVALORIZZAZIONE PEA A96

Gestione difficile impianto complesso Rischio accumulo di Hg NH 3 C.A. Scorie Polveri Colonna di lavaggio Spurghi Ca(OH) 2 Stripaggio di ammoniaca NaOH Forno e caldaia Reattore a secco FF LINEA DI TRATTAMENTO MISTA POSSIBILI SOLUZIONI IMPIANTISTICHE TERMOVALORIZZAZIONE PEA A97

Solidi: scorie di fondo (dal forno): kg/tRSU ceneri volanti (caldaia e filtri): kg/tRSU Residui di depurazione Sali di reazione: kg/tRSU Fanghi: kg/tRSU Liquidi: Acque di lavaggio nei processi ad umido Fumi: Nm³/tRSU RESIDUI DI PROCESSO POSSIBILI SOLUZIONI IMPIANTISTICHE TERMOVALORIZZAZIONE PEA A98

ESEMPIO DIMENSIONAMENTO LINEA FUMI Occorre definire i consumi specifici di additivi per una corretta scelta degli impianti 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 A99

Calcolo portata inquinanti nei fumi: Reazioni di formazione: C + O 2 CO 2 2H + ½O 2 H 2 O S + O 2 SO 2 N + ½O 2 NO 2Cl + H 2 O 2HCl + ½O 2 Portate specifiche di inquinanti: HCl = 12.0kg/t CDR SO 2 = 1.8kg/t CDR NO = 3.2kg/t CDR 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 A100

Dimensionamento del reattore di contatto e del C.A consumato: Dati di partenza: t contatto = 2sec Q HCl = 12.0kg/t CDR Q SO 2 = 1.8kg/t CDR T = 150°C Q f = 54.27Nmc/s Q = 84.1m³/s eccesso stechiometrico = 1.7 dose C.A. = 400mg/Nm³ Volume del reattore:Q * t contatto = 168m³ Consumo effettivo di calce:Calce da SO 2 + Calce da HCl = 652.4kg/h Residui solidi:Sali prodotti + Eccesso di calce = 850kg/h Consumo di C.A.:Dose * Q f = 78.1kg/h POSSIBILI SOLUZIONI IMPIANTISTICHE TERMOVALORIZZAZIONE ESEMPIO DIMENSIONAMENTO LINEA FUMI PEA A101

Calcolo del consumo di NH 3 nel reattore SCR: Dati di partenza: Q NO = 3.2kg/t CDR Q oraria = 26.9t/h 4NO + 4NH 3 + O 2 4N 2 + 6H 2 O Dosaggio di NH 3 :49.1kg/h Residui prodotti:Azoto + Acqua = 158.7kg/h POSSIBILI SOLUZIONI IMPIANTISTICHE TERMOVALORIZZAZIONE ESEMPIO DIMENSIONAMENTO LINEA FUMI PEA A102

Case history: Il termovalorizzatore ASM di Brescia PEA A103

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 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 A104

Storia 1972: 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. TERMOVALORIZZAZIONE IL TERMOVALORIZZATORE ASM DI BRESCIA PEA A105

Ciclo di trattamento rifiuti TERMOVALORIZZAZIONE IL TERMOVALORIZZATORE ASM DI BRESCIA PEA A106

1. Conferimento rifiuti Giornalmente la città di Brescia ed i suoi 206 comuni producono 1600 tonnellate di RSU. La media pro capite è di 1.5 kg/giorno con una raccolta differenziata che si attesta sul 39% dei rifiuti prodotti. Contestualmente il Termovalorizzatore brucia 400 ton/giorno di biomasse provenienti da varie realtà industriali del Nord-Italia. TERMOVALORIZZAZIONE IL TERMOVALORIZZATORE ASM DI BRESCIA PEA A107

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. TERMOVALORIZZAZIONE IL TERMOVALORIZZATORE ASM DI BRESCIA PEA A108

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 A109

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. TERMOVALORIZZAZIONE IL TERMOVALORIZZATORE ASM DI BRESCIA PEA A110

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 A111

3b. Caratteristiche forno Pot. Termica: 88 MWt Sup. griglia: 109 mq Settori: 30 Platea: 15 gradini Aria primaria: 150 °C (reagolazione automatizzata con controllo ad infrarossi) Tratt. Ceneri: quenching in acqua TERMOVALORIZZAZIONE IL TERMOVALORIZZATORE ASM DI BRESCIA PEA A112

4. Scarico ceneri Le 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. TERMOVALORIZZAZIONE IL TERMOVALORIZZATORE ASM DI BRESCIA PEA A113

5. Ceneri volanti Le 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. TERMOVALORIZZAZIONE IL TERMOVALORIZZATORE ASM DI BRESCIA PEA A114

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. TERMOVALORIZZAZIONE IL TERMOVALORIZZATORE ASM DI BRESCIA PEA A115

6. Caldaia a recupero I tubi di acqua per la produzione di vapore sono immersi nel refrattario del forno. Essi producono vapore surriscaldato: Temperatura: 450°C Pressione: 70 bar Il vapore viene poi utilizzato nella rete di teleriscaldamento e quindi condensato in 3 torri evaporative. PEA A116

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 TERMOVALORIZZAZIONE IL TERMOVALORIZZATORE ASM DI BRESCIA PEA A117

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 edifici allacciati 641 MWt TERMOVALORIZZAZIONE IL TERMOVALORIZZATORE ASM DI BRESCIA PEA A118

9. Abbattimento NOx Per labbattimento 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. TERMOVALORIZZAZIONE IL TERMOVALORIZZATORE ASM DI BRESCIA PEA A119

9. Abbattimento NO x Per labbattimento degli ossidi di azoto è presente un sistema SNCR (Selective Non Cathalitic Reaction) nel tratto di uscita dei fumi dal forno. In questo punto i fumi si trovano tra 950°C e 850°C che è la temperatura di funzionamento del succitato sistema. Si utilizza come additivo una soluzione ammoniacale. Inoltre per abassare le temperature di fiamma è presente un ricircolo di aria impoverita di ossigeno. PEA A120

10. Abbattimento SOx/microinquinanti I due inquinanti vengono abbattuti nella stessa apparecchiatura dove avviene liniezione di calce spenta (alcalina, abbattimento SO x ) allinterno di uno scrubber a secco. Per abbattere i microinquinanti viene fatto un passaggio su un letto di carboni attivi (assorbimento metalli pesanti e TOC). TERMOVALORIZZAZIONE IL TERMOVALORIZZATORE ASM DI BRESCIA PEA A121

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. TERMOVALORIZZAZIONE IL TERMOVALORIZZATORE ASM DI BRESCIA PEA A122

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 H 2 O Sezioni: 6 (indipendenti in parallelo) TERMOVALORIZZAZIONE IL TERMOVALORIZZATORE ASM DI BRESCIA PEA A123

Curiosità: limpatto visivo. I colori con cui è stata dipinto il termovalorizzatore sono frutto di studi cromatici atti a ridurre limpatto 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 dellora del giorno in cui la si guarda. TERMOVALORIZZAZIONE IL TERMOVALORIZZATORE ASM DI BRESCIA PEA A124

Curiosità: limpatto visivo. I colori con cui è stata dipinto il termovalorizzatore sono frutto di studi cromatici atti a ridurre limpatto 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 dellora del giorno in cui la si guarda. PEA A125

EMISSIONI TERMOVALORIZZAZIONE IL TERMOVALORIZZATORE ASM DI BRESCIA PEA A126PEA A126

È una forma redditizia di recupero energetico da materiali che rimarrebbero altrimenti inutilizzati. Gli effluenti gassosi ad alta temperatura prodotti dallincenerimento 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 TERMOVALORIZZAZIONE CONCLUSIONI PEA A127

Vantaggi Riduce il volume dei rifiuti, risolvendo il problema della necessità di ampie aree da destinare alle discariche. TERMOVALORIZZAZIONE CONCLUSIONI PEA A128

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? TERMOVALORIZZAZIONE CONCLUSIONI PEA A129