ASSORBIMENTO DEI GAS ACIDI AD ALTA TEMPERATURA:
VALUTAZIONI SPERIMENTALI SU TRE IMPIANTI DI
INCENERIMENTO L. Biganzoli*, M. Grosso*, R. Marras**
*Politecnico di Milano DIIAR-Sezione ambientale
**Gruppo Unicalce
Nome relatore
2
Indice
Introduzione alla ricerca:
•Produzione di rifiuti ed incenerimento in Italia
•Assorbimento dei gas acidi ad alta temperatura
Prove sperimentali con dosaggio di sorbente ad alta
temperatura
Risultati delle prove sperimentali
Conclusione
Laura Biganzoli
Nome relatore
3
Incenerimento dei rifiuti urbani in Italia
0
1
2
3
4
5
6
2008 2009 2010
%
Milano-Silla2
0
5
10
15
20
2008 2009 2010
%
Valmadrera
00.5
11.5
22.5
33.5
44.5
2008 2009 2010
%
Piacenza
% non-urban waste on the total
incinerated waste
Laura Biganzoli
Nome relatore
4
Rifiuti urbani vs rifiuti speciali
Composition (%) Sewage
sludgea ASRb Hospital
wastec MSWd
Cl 0.002-0.16 0.05-3.5 6.3 0.3-2
S 0.15-1.71 0.2-6 n.d. 0.08-0.42
F n.d. 0.017-0.75 n.d. n.d.
a: Corella e Toledo, 2000; Amand e Leckner, 2004; Fernandes et al., 2005; Pinto et al., 2007; Pinto et al., 2008; Chin et al., 2008; Stelmach e
Wasielewki, 2008; Fraissler et al., 2009.
b: Cossu et al., 2012
c: Llewellyn, 2006
d: Watanabe et al., 2004; Lu et al., 2007; Hansen et al., 2007; Choi et al., 2008; Krammart e Tangtermsirikul, 2004; Chin et al., 2008; He et al.,
2009.
Possibili problemi nella depurazione dei fumi in presenza di
un singolo stadio di abbattimento dei gas acidi a secco
Linee fumi ridondanti
Laura Biganzoli
Nome relatore
5
Assorbimento dei gas acidi ad alta temperatura
Immissione di un sorbente alcalino direttamente nella sezione
forno-caldaia dell’impianto come pre-trattamento. Pratica
sviluppata sulle centrali a carbone.
Peculiarità del processo:
Prima rimozione grossolana dei gas acidi
Non richiede modifiche significative all’impianto
Attenuazione delle punte di concentrazione
Riduzione dei consumi di calce o bicarbonato in linea fumi
Migliore pulizia della caldaia
Effetti benefici sul ciclo termico
OBIETTIVO
DELLO
STUDIO
Laura Biganzoli
Nome relatore
7
Prove sperimentali
L’analisi è stata condotta su tre impianti di termovalorizzazione:
MILANO SILLA2
VALMADRERA
PIACENZA
PIACENZA
ANALISI AMBIENTALE: analisi delle concentrazioni di HCl-
SO2-HF uscita caldaia
risparmio bicarbonato di sodio in linea
fumi
ANALISI ENERGETICA: Disponibilità dell’impianto
Produzione di vapore surriscaldato
Produzione energia elettrica
Rendimento termico alle condizioni
operative
Laura Biganzoli
Nome relatore
8
Prove sperimentali
Piacenza
2 linee x 7.5 t/h ciascuna
RUR+RSA+ROT+ fanghi
SNCR+SCR+ESP+CA e
bicarbonato di sodio +FF
58.4 t/h vapore @39bar e
390°C
Laura Biganzoli
Nome relatore
9
Prove sperimentali
Valmadrera 2 linee (6 t/h e 9.5 t/h)
RUR+RSA+ROT
CA e bicarbonato di sodio + FF+SCR+WS
54.5 t/h vapore @40bar e 400°C
Laura Biganzoli
Nome relatore
10
Prove sperimentali
Milano Silla2
3 linee x 24.17 t/h ciascuna
RUR + RSA
ESP+CA e bicarbonato di sodio
+ FF + SCR
225t/h vapore @ 52bar e 425°C
Laura Biganzoli
Nome relatore
11
Analisi dei dati
Plant Type of Analysis Scenario 0 Scenario 1 Dosage of the high
temperature sorbent
Milano
Analysis 1 Line 3
12-14 October2011
Line 3 1-11 October 2011
15-31 Octtober 2011
Fixed step increase 70;
100; 150 kg/h
Analysis 2 Line 2
1-11 October 2011 15-31 October2011
Line 3 1-11 October 2011
15-31 October 2011
Fixed step increase 70;
100; 150 kg/h
Valmadrera
Analysis1 Line 3
1 April 2010- 31
August 2010
Line 3 1 September 2010-15
November 2010 Constant dosage 55 kg/h
Analysis 2 Line 3
1 April 2010- 31
August 2010
Line 3 15 November 2010 -31
January 2011
Automatic dosage with
reference value for HCl
in the raw gas fixed at
800-850 mg/m3
(minimum dosage of 40
kg/h)
Piacenza
Environmental
analysis
Line 1 February, March,
May 2010
Line 2 February, March, May
2010 About 33 kg/h
Energetic analysis
Line 1 and line 2
1 January 2009 -31
December 2009
Line 1 and line 2 1 January 2011-31
December 2011 About 33 kg/h
NO Depurcal SI Depurcal
Waste feed?
Line answer?
Laura Biganzoli
Nome relatore
12
Analisi dei dati
Laura Biganzoli
Plant Type of Analysis Scenario 0 Scenario 1 Dosage of the high
temperature sorbent
Milano
Analysis 1 Line 3
12-14 October2011
Line 3 1-11 October 2011
15-31 Octtober 2011
Fixed step increase 70;
100; 150 kg/h
Analysis 2 Line 2
1-11 October 2011 15-31 October2011
Line 3 1-11 October 2011
15-31 October 2011
Fixed step increase 70;
100; 150 kg/h
Valmadrera
Analysis1 Line 3
1 April 2010- 31
August 2010
Line 3 1 September 2010-15
November 2010 Constant dosage 55 kg/h
Analysis 2 Line 3
1 April 2010- 31
August 2010
Line 3 15 November 2010 -31
January 2011
Automatic dosage with
reference value for HCl
in the raw gas fixed at
800-850 mg/m3
(minimum dosage of 40
kg/h)
Piacenza
Environmental
analysis
Line 1 February, March,
May 2010
Line 2 February, March, May
2010 About 33 kg/h
Energetic analysis
Line 1 and line 2
1 January 2009 -31
December 2009
Line 1 and line 2 1 January 2011-31
December 2011 About 33 kg/h
Nome relatore
13
Analisi dei dati
I dati (concentrazione dei gas acidi a valle caldaia,
dosaggio di DepurcalMG, dosaggio di bicarbonato,
dati energetici) sono stati elaborati statisticamente al
fine di eliminare eventuali outliers (es: errori di
acquisizione dei misuratori) e le medie relative agli
scenari 0 ed 1 sono state confrontate statisticamente.
Sui dati depurati, sono state valutate le efficienze di
abbattimento; il risparmio di bicarbonato di sodio e la
variazione dei principali parametri energetici a seguito
dell’utilizzo di DepurcalMG
Laura Biganzoli
Nome relatore
14
Risultati: ANALISI AMBIENTALE
Media= 25%
Laura Biganzoli
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 2 4 6 8 10
%
kgDepurcal/twaste
HCl removal efficiency
Milano- Analysisi 1
Milano- analysis 2
Valmadrera- analysis 1
Valmadrera- analysis 2
Piacenza
Nome relatore
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 2 4 6 8 10
%
kgDepurcal/twaste
HCl removal efficiency
Milano- Analysisi 1
Milano- analysis 2
Valmadrera- analysis 1
Valmadrera- analysis 2
Piacenza
15
Risultati: ANALISI AMBIENTALE
Laura Biganzoli
Nome relatore
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 2 4 6 8 10
%
kgDepurcal/twaste
HCl removal efficiency
Milano- Analysisi 1
Milano- analysis 2
Valmadrera- analysis 1
Valmadrera- analysis 2
Piacenza
16
Risultati: ANALISI AMBIENTALE
Average= 25%
Urban like waste: + 52%
Hospital waste: + 23%
Laura Biganzoli
Nome relatore
17
Risultati: ANALISI AMBIENTALE
Average= 64%
Laura Biganzoli
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 2 4 6 8 10
%
kgDepurcal/twaste
SO2 removal efficiency
Milano- Anaysisi 1
Milano- analysis 2
Valmadrera- analysis 1
Valmadrera- analysis 2
Piacenza
Nome relatore
18
Risultati: ANALISI AMBIENTALE
Laura Biganzoli
y = 11.199xR² = 0.416
0
20
40
60
80
100
120
0 2 4 6 8 10
%
kgDepurcal/twaste
SO2 removal efficiency
Milano- Anaysisi 1
Milano- analysis 2
Valmadrera- analysis 1
Valmadrera- analysis 2
Piacenza
linear
Nome relatore
19
Risultati: ANALISI AMBIENTALE
L’HF è monitorato solamente sull’impianto di Valmadrera.
Efficienza di abbattimento = 80% per un dosaggio di DepurcalMG® pari al
8-9 kg/t rifiuto
Risultato molto interessante perché l’HF non viene rimosso dal
bicarbonato di sodio.
Laura Biganzoli
Nome relatore
0
10
20
30
40
50
60
0 2 4 6 8 10
%
kgDepurcal/twaste
Reduction of sodium bicarbonate consumption
Milano- Analysis 1
Milano- analysis 2
Valmadrera- analysis 1
Valmadrera- analysis 2
Piacenza
20
Risultati: ANALISI AMBIENTALE
Average= 31%
Laura Biganzoli
Nome relatore
0
10
20
30
40
50
60
0 2 4 6 8 10
%
kgDepurcal/twaste
Riduction of sodium bicarbonate consumption
Milano- analysis 2
Valmadrera- analysis 1
Valmadrera- analysis 2
Piacenza
21
Risultati: ANALISI AMBIENTALE
Dosage
algorithm
Laura Biganzoli
Nome relatore
22
Risultati: ANALISI AMBIENTALE
Risposta ai picchi di acidità – Milano Silla 2
WITH depurcal WITHOUT
Depurcal
Laura Biganzoli
day
Sodium
bicarbonate
(kg/h)
Nome relatore
23
Risultati: ANALISI ENERGETICA
Parametri analizzati Linea 1 Linea 2
Disponibilità dell’impianto (in termini di ore/anno) +8,2 -0,6
Produzione di vapore +7,2 +2,3
Rendimento termico alle condizioni correnti +2,2 +2,6
Rendimento termico alle condizioni normalizzate +1,3 -0,4
Potenza elettrica del gruppo turbo alternatore ai
morsetti del generatore +6,5
Produzione totale di energia elettrica -2,9
Produzione specifica di energia elettrica -4,1
Laura Biganzoli
Nome relatore
24
Risultati: ANALISI ENERGETICA
Rendimento termico alle condizioni correnti:
Rendimento termico alle condizioni normalizzate:
Laura Biganzoli
Nome relatore
25
Risultati: ANALISI ENERGETICA
Parametri analizzati Linea 1 Linea 2
Disponibilità dell’impianto (in termini di ore/anno) +8,2 -0,6
Produzione di vapore +7,2 +2,3
Rendimento termico alle condizioni correnti +2,2 +2,6
Rendimento termico alle condizioni normalizzate +1,3 -0,4
Potenza elettrica del gruppo turbo alternatore ai
morsetti del generatore +6,5
Produzione totale di energia elettrica -2,9
Produzione specifica di energia elettrica -4,1
Scenario 0 e scenario 1 non confrontabili
per l’introduzione del catalizzatore high
dust in sostituzione del terzo banco
dell’economizzatore
Laura Biganzoli
Nome relatore
26
Risultati: ANALISI ENERGETICA
Parametri analizzati Linea 1 Linea 2
Disponibilità dell’impianto (in termini di ore/anno) +8,2 -0,6
Produzione di vapore +7,2 +2,3
Rendimento termico alle condizioni correnti +2,2 +2,6
Rendimento termico alle condizioni normalizzate +1,3 -0,4
Potenza elettrica del gruppo turbo alternatore ai
morsetti del generatore +6,5
Produzione totale di energia elettrica -2,9
Produzione specifica di energia elettrica -4,1
Migliore pulizia della caldaia e migliore scambio termico.
L’analisi delle ceneri mostra un incremento della T di
rammollimento di 50°C. Le ceneri sono più friabili.
Laura Biganzoli
Nome relatore
27
Risultati: ANALISI ENERGETICA
Parametri analizzati Linea 1 Linea 2
Disponibilità dell’impianto (in termini di ore/anno) +8,2 -0,6
Produzione di vapore +7,2 +2,3
Rendimento termico alle condizioni correnti +2,2 +2,6
Rendimento termico alle condizioni normalizzate +1,3 -0,4
Potenza elettrica del gruppo turbo alternatore ai
morsetti del generatore +6,5
Produzione totale di energia elettrica -2,9
Produzione specifica di energia elettrica -4,1
La turbina è in comune alle due linee
Durante la sperimentazione con DepurcalMG la turbina ha
subito un fermo per manutenzione che ne ha determinato un
calo della disponibilità del 7%.
Laura Biganzoli
Nome relatore
28
Conclusioni
L’adozione di uno stadio di assorbimento ad alta temperatura ha
mostrato:
riduzione del carico di gas acidi alla linea fumi:
HCl: - 15-30%
SO2: - 50-90%
HF: - 80%
smorzamento dei picchi di emissione
Migliore pulizia delle superfici di scambio termico benefici
energetici
disponibilità impianto: +8%
produzione di vapore: +7%
rendimento termico: +1-2%
Per dosaggi di sorbente
di 3-9 kg/t rifiuto Possibilità di
smaltire più
rifiuti speciali
Laura Biganzoli