Incenerimento RSU con
recupero di energia
Impianti WtE come parte di un sistema
integrato per la gestione di RSU
Agenda
•
•
•
•
•
•
Trattamento termico con recupero energetico: obiettivi e vincoli
Impianti WtE come parte di un sistema integrato per la gestione RSU
Bilanci di massa e recupero energetico
Tecnologie
Impatto ambientale
WTE per clienti del settore “Energia da rifiuti”
Sezione 1
1. Trattamento termico
Impianti WtE come elemento di un
sistema integrato per la gestione RSU
Trattamento termico: obiettivi
•
Riduzione volume rifiuti
– L’incenerimento riduce il volume dei rifiuti sino al 5-10% del valore iniziale
•
Riduzione massa/peso
– L’incenerimento riduce il peso dei rifiuti sino al 10-25% del valore iniziale
•
Inertizzazione, immobilizzazione, igienizzazione del rifiuto
– Inertizzazione: il rifiuto non reagisce chimicamente o biologicamente, e non si
decompone
– Igienizzazione: Il rifiuto è libero da germi patogeni
– Iimmobilizzazione previene la diffusione dei contaminanti nel rifiuto
•
•
•
Distruzione di sostanze organiche pericolose (come gli idrocarburi alogenati)
Uso del calore per la produzione di enbergia elettrica e/o termica
Drastica riduzione delle emissioni di sostanze pericolose (metalli pesanti,
composti organici) attraverso l’impiego di sistemi per la purificazione delle
emissioni
Trattamento termico: obiettivi e vincoli
Gli impianti di incenerimento sono a tutti gli effetti impianti dell’industria di
processo
Opportunità
Vincoli
•
•
•
•
•
•
Inertizzazione, igienizzazione,
immobilizzazione prima del
conferimento in discarica
Efficace eliminazione delle sostanze
pericolose
Distruzione di tutti i composti organici
tossici
Riduzione di volume pari a circa l’ 80%
Significativo miglioramento nella
gestione del rifiuto (soprattutto in
confronto alla semplice messa in
discarica)
•
•
•
Richiede un minimo quantitativo di
approvvigionamento
Richiede un minimo contenuto
energetico (potere calorifico) del
rifiuto
Costo dell’investimento relativamente
alto – da recuperare con gate fee,
tasse, tariffe
Necessità di tenere sotto stretto
controllo l’impatto ambientale delle
operazioni
Sistemi integrati di gestione rifiuti
Le quattro R: riduci – riusa – ricicla - recupera
Note
•
Generale contrarietà verso le discariche:
–
–
–
Le emissioni di metano dalle discariche
contribuiscono al riscaldamento globale
più delle emissioni di CO2 da altre fonti
Aumento dei costi per le discariche
Bandi alla messa in discarica sono stati
già introdotti:
•
•
•
•
•
•
Danimarca 1997
Svizzera, Austria 2000
Svezia 2002, 2005
Germania 2005
Pressione per aumentare le percentuali
di raccolta differenziata e riciclo
Ma cosa altro si può fare con i materiali
che non è possibile riciclare?
La posizione del German UmweltBundesAmt
Incenerimento e prevenzione dei rifiuti NON sono in contraddizione tra loro
Background paper, UmweltBundesAmt (Agenzia Federale per l’Ambiente), 2008
•
•
•
•
•
Evitare la produzione di rifiuti (intervenendo su progettazione, fabbricazione e imballo
dei prodotti) è di primaria importanza
E’ necessario un cambiamento nella mentalità dei consumatori, per un utilizzo più
intensivo dei beni e quindi una riduzione dei rifiuti
La termovalorizzazione di rifiuti che non sono altrimenti recuperabili e riciclabili
continuerà ad essere necessaria ed utile
L’energia generata dai termovalorizzatori potrebbe sostituire quella generata utilizzando
carbone o petrolio, con una riduzione delle emissioni di CO2 pari a circa 9.75 milioni di
tonnellate anno nella sola Germania
I paesi con un sistema di gestione rifiuti avanzato (Olanda, Danimarca) hanno sia alte
percentuali di rifiuti inviati all’incenerimento che alte percentuali di rifiuti raccolti in modo
differenziato e riciclati
La posizione dell’Environment Protection Agency (E.P.A.)
La gerarchia EPA per la gestione rifiuti
•
•
•
•
…”EPA raccomanda che, dopo aver compiuto tutti gli sforzi del caso per ridurre, riusare,
riciclare i rifiuti, questi siano inviati a impianti di termovalorizzazione dove il volume del
rifiuto sarà ridotto del 90%, il contenuto in energia dei rifiuti sarà recuperato, e energia
elettrica pulita e rinnovabile sarà generata”…
…”Il RSU deve essere gestito con un sistema integrato. ISWA incoraggia e sostiene
programmi delle comunità locali per ridurre, riutilizzare. Riciclare i inviare a
compostaggio il rifiuto ”…
…”Le comunità che dispongono di impianti WtE riciclano circa il 20% in più delle
comunità che non sono dotate di impianti WtE. Inoltre, gli impianti WtE degli Stati Uniti
riciclano più di 700.000 tonnellate di materiali ferrosi all’anno – un quantitativo
sufficiente per costruire più di mezzo milione di nuove automobili”…
…”La gerarchia EPA dà preferenza agli impianti WtE rispetto alle discariche, perché
l’incenerimento riduce il volume dei rifiuti, distrugge batteri e composti, previene la
creazione di metano in discarica, risparmia l’utilizzo del territorio per discariche, recupera
energia dal rifiuto, contribuisce a creare sistemi più sostenibili per la gestione dei rifiuti
municipali “…
Percentuali di riciclaggio e incenerimento in Europa
I più alti tassi di riciclaggio si ottengono dove è maggiore il ricorso alla termovalorizzazione!!!
Source: EEA-ETC/RWM calculation based on data from Eurostat, 2007d
Impianti Waste-to-Energy in Europa
Impianti WtE operativi in Europa, 2006
Legenda
•
•
•
Numero di impianti
Quantitativo di rifiuti inviati a
incenerimento (milioni di
tonnellate/anno)
* Stime basate su Eurostat (il dato
include i cementifici)
Evoluzione delle caratteristiche tecniche
Parametro
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
Dimensione tipica (MWel)
4-7
4-11
5-18
10-27
11-29
15-30
15-30
Disponibilità (%)
80
80
85
85
91
92
93
Efficienza (%)
14
16
18
23
27
28
28
Tasso di autoconsumo
(% output)
10
10
12
12
15
15
15
Tempo di costruzione
(anni)
2
2
2
2-3
2-3
2-3
2-3
Periodo di
ammortamento (anni)
20
20
20
20
20
20
20
Fonte: European Network of Energy Agencies (EnR)
Sezione 2
2. Aspetti economici
Bilanciamento dei costi di investimento
e operativi con le entrate (gate fee,
vendita energia, sussidi, tasse)
Costi e ricavi
•
•
•
Costo del terreno
Costo dell’investimento – proporzionale alla capacità produttiva, con importanti
economie di scala
Requisiti sulla disponibilità dell’impianto
–
•
•
•
•
Necessità di sviluppo infrastrutturale delle aree circostanti l’impianto (strade, acqua,
energia, gas)
Requisiti architettonici
Requisiti per il trattamento fumi (limiti di legge alle emissioni)
Trattamento/messa in discarica delle ceneri (pesanti e leggere)
–
–
•
•
•
•
•
Necessità di sistemi di backup per evitare fermate
Possibilità di riutilizzare le ceneri pesanti nelle costruzioni, evitando costi di discarica
Necessità di pretrattamento delle ceneri leggere (volanti): costo per recupero/smaltimento
Efficienza del recupero energetico e proventi dalla vendita di energia
Recupero metalli
Tasse o sussidi ricevuto per l’incenerimento o dovuti per le emissioni
Costi finanziari
Costo del lavoro
Ricavi WtE
“Gate fees” in Europa (2006) e vendita di energia
Note
250 €/MT
•
•
200 €/MT
Copertura costi o profitto?
Fonti di entrate:
–
150 €/MT
–
100 €/MT
•
50 €/MT
•
D
ds
ny
nd
a
n
a
l
m
rla
er
z
e
er
it
h
G
et
Sw
N
U
K
Source: RENOSAM, DK, 2006
Energia elettrica: normalmente ceduta al
gestore a prezzi di mercato
Metodi per la determinazione del prezzo
dell’energia termica:
–
–
–
0 €/MT
k
al
en
g
ar
d
u
e
m
rt
o
en
Sw
P
Strumenti fiscali (tasse sui rifiuti, sussidi
alla produzione di energia)
Ricavi da vendita di energia elettrica e
termica
–
In base al costo di produzione
Prezzo di sostituzione
Limiti di prezzo fissati da regolamentazioni
statali
Gate fees (prezzo riconosciuto per il
trattamento di una tonnellata di rifiuti)
Sezione 3
3. Panoramica sulle
tecnologie
Un colpo d’occhio sulle tecnologie per
l’incenerimento rifiuti
Waste characteristics influencing system design
•
•
•
•
•
•
Variability and extremes of physical size, shape, bulk density, angle of repose
Calorific value (Low Heating value – LHV)
Moisture content
Proportion of non-combustibles
Presence of components (heavy metals, chlorine, sulphur, nitrogen)
influencing the need for flue gas cleanup
Waste homogeneity:
– Homogeneity related to the physical properties of the waste influences its
combustion characteristics
– Homogeneity related to hazardous substances will have consequential effects on
emissions.
Tecnologie: possibili configurazioni d’impianto
Bilancio di Massa
Bilancio di massa (sistema trattamento aria tipo “semi-secco”)
Classificazione inceneritori – per tipo di forno
I tipi più comuni di forno: a griglia mobile, rotativo e a letto fluido
•
•
•
•
•
•
Non richiede il pretrattamento del rifiuto (selezione, triturazione)
Ampiamente utilizzato, tecnologia consolidata
Elevata capacità produttiva (sino a 1200 tonnellate/giorno)
Può gestire variazioni importanti nella composizione del rifiuto e del carico termico
Efficienza termica: sino all’85%
Alto costo d’investimento e di manutenzione
•
•
•
•
•
•
Non richiede il pretrattamento del rifiuto (selezione, triturazione)
Efficienza termica: sino all’85%
Può gestire variazioni importanti nella composizione del rifiuto e del carico termico
Soluzione meno diffusa, impiegata principalmente per rifiuti speciali e tossico-nocivi
Alto costo d’investimento e di manutenzione
Capacità produttiva sino a 480 tonnellate/giorno (20 tonnellate/ora)
•
•
•
•
•
Costo d’investimento e manutenzione più basso (macchina più semplice)
Efficienza termica: sino al 90%
Adatto per un’ampia gamma di rifiuti (anche miscelati fra loro)
Tecnologia non molto diffusa e testata
Necessità di pretrattamento del rifiuto: macchina progettata per trattare combustibile con
determinate dimensioni e composizione
Inceneritore a griglia mobile, tipo “pareti a tubi d’acqua”
Inceneritore del tipo a forno rotativo
Inceneritore a letto fluido
Griglia di combustione: tipologie più diffuse
Le griglie sono uno degli elementi più critici del sistema
Funzioni della griglia
•
•
•
•
•
•
•
Passaggio dell’aria attraverso griglia e
rifiuti
Agitazione/miscelazione rifiuto
Trasporto del rifiuto attraverso il forno
“Sifting” – Rimozione dei solidi fini
(sabbia, vetro, cenere)
Necessità resistenza al calore
Resistenza a corrosione, abrasione,
intasamento, impatto, carico termico
Il movimento delle sezioni della griglia è
regolabile  utile ausilio al controllo di
processo
La scelta di una griglia nei sistemi progettati da WTE
•
•
WTE può includere nei sistemi progettati griglie fornite dai principali
costruttori, in ragione di considerazioni sia tecniche che economiche
WTE sta sviluppando un nuovo tipo di griglia, per cui è stata presentata
domanda di brevetto europeo (Ufficio Europeo Brevetti). La griglia è stata
progettata per:
–
–
–
–
Ottimizzare il raffreddamento dei suoi elementi
Consentire differenti salti di pressione aria nelle diverse sezioni della griglia
Assicurare un miglior controllo dei salti di pressione aria attraverso la griglia
Consentire di operare con aria primaria ad elevata temperatura, per poter trattare
rifiuti con basso potere calorifico/elevata umidità
– Semplificare considerevolmente il sistema di raffreddamento della griglia (qui del
tipo aria/acqua) rispetto a quelli oggi utilizzati, consentendo così risparmi nella
fabbricazione, nel montaggio, nella manutenzione
Flusso dell’aria
La scelta di instradamento del flusso aria influenza flessibilità e controllo processo
Flusso “contro corrente”
Flusso “in corrente”
Flusso misto
•
•
•
•
•
•
•
Consigliabile per rifiuti molto
umidi/a basso potere calorifico
Buona efficienza
nell’essiccazione
Buon trasferimento di calore tra
rifiuti e gas
Basse temperature nella
sezione finale della griglia
Possibile insufficiente
combustione residui gassosi
•
•
•
Consigliabile per rifiuti ad
elevato potere calorifico
Basso trasferimento di calore
tra rifiuto e aria
La minor temperatura media dei
gas di combustione riduce la
formazione di NOx
Completa combustone del
rifiuto (temperature elevate
anche nella sezione finale della
griglia)
Combinazione degli effetti
positivi di entrambe le
configurazioni precedenti
Tecnologie: il processo adiabatico
•
•
Processo adiabatico un processo in cui il calore non entra e non esce dal
sistema. Un processo adiabatico è usualmente caratterizzato da un
aumento/diminuzione della temperatura accompagnato dall’estrazione di
lavoro
Grado di adiabaticità (y): un coefficiente che rappresenta il rapporto tra il
calore scambiato attraverso le pareti del forno e il calore complessivamente
entrante nel sistema (energia nel rifiuto, aria di combustione preriscaldata,
ricircolo fumi, ecc.).
– Per un forno completamente refrattariato: non si ha scambio di calore attraverso le
pareti,
y ≅ 0.95 (vanno comunque considerate alcune perdite per dissipazione)
– Forno con “pareti a tubi d’acqua”: scambio termico attraverso le pareti, il
coefficiente y può raggiungere valori sino a 0.65
Confronto tra sistemi adiabatici e non adiabatici
Sistemi diversi possono trattare rifiuti con caratteristiche diverse
Sistema adiabatico (y = 0.95)
Sistema non adiabatico (y = 0.65)
•
•
•
•
•
•
•
•
Pareti rivestite in refrattario
Trattamento rifiuti con basso potere
calorifico
Maggior produzione di fumi – poiché il
controllo della temperatura del forno
avviene immettendo aria in eccesso
Minori prestazioni energetiche
Maggior flessibilità rispetto a
cambiamenti nelle caratteristiche del
rifiuti (potere calorifico)
Maggior flessibilità rispetto a variazioni
del carico termico
•
•
•
•
Pareti a tubi d’acqua
Progettato specificamente per trattare
rifiuti ad alto potere calorifico
Minor produzione di fumi
Prestazioni energetiche superiori
Scarsa flessibilità rispetto a
cambiamenti nelle caratteristiche del
rifiuti (potere calorifico)
Scarsa flessibilità rispetto a variazioni
del carico termico
La filosofia di progettazione WTE
•
•
•
WTE progetta il sistema forno-caldaia in funzione del potere calorifico del
rifiuto, adottando diverse opzioni di progetto per raggiungere il valore
ottimale del grado di adiabaticità.
Questa filosofia di progettazione supera quella secondo cui si dà solo
un’alternativa: quella tra un forno completamente refrattariato e un forno con
pareti a tubi d’acqua
Un sistema adiabatico (y = 0.95) progettato correttamente può trattare anche
rifiuti con potere calorifico molto basso (6000-6500 kJoule/kg, ovvero 14331522 kCal/kg)
– Valori così bassi caratterizzano il rifiuto solido urbano di paesi di recente
industrializzazione, laddove la frazione organica è maggiore al 50%
•
Un forno adiabatico dotato di un buon sistema di ricircolo fumi può trattare
rifiuti con elevato potere calorifico e avere le stesse performance - in termini
di recupero energia - di un forno con pareti a tubi d’acqua
Esempi di configurazione d’impianto (I)
Forno completamente refrattariato
Caratteristiche tecniche
•
Processo adiabatico (y = 0.95)
•
Spesso l’unica opzione praticabile per
trattare rifiuti molto umidi/dal basso
contenuto energetico
Controllo della temperatura – essenziale
per proteggere i refrattari - attraverso
l’immissione di aria in eccesso
Bassa efficienza energetica, perché
l’impiego di aria in eccesso genera
maggiori quantità di fumi
•
•
Esempi di configurazione d’impianto (II)
Forno rivestito di refrattari, post-combustione a tubi d’acqua
Caratteristiche tecniche
•
•
•
•
Grado di adiabaticità y = 0.85. Lo
scambio di calore attraverso le pareti
aumenta (rispetto all’esempio
precedente)
Forno completamente refrattariato
Post-combustione a tubi d’acqua –
rivestiti di refrattari per protezione
Tubi d’acqua in prossimità della griglia –
per controllare la formazione delle scorie
Esempi di configurazione d’impianto (III)
Soluzione intermedia
Caratteristiche tecniche
•
Ulteriore aumento di scambio termico
attraverso le pareti: y = 0.75
•
Forno e post-combustione: pareti a tubi
d’acqua
–
–
•
•
Rivestiti con refrattario – per protezione
– in camera di combustione e nella parte
bassa della post-combustione
Tubi “nudi” nella parte alta della postcombustione
La parte finale della camera di
combustione è però in refrattario
Tubi d’acqua in prossimità della griglia –
per controllare la formazione delle scorie
Esempi di configurazione d’impianto (IV)
Forno con pareti a tubi d’acqua
Caratteristiche tecniche
•
Processo non adiabatico (y = 0.7)
•
Indicata per trattare rifiuti ad elevato
potere calorifico
Tubi d’acqua “nudi” in post-combustione
Tubi d’acqua ricoperti da un sottile
strato di refrattario nel resto del forno
Temperature controllate dall’acqua dei
tubi
Utilizzo ridotto di aria in eccesso
Maggior efficienza energetica
Minor flessibilità rispetto a cambiamenti
nelle caratteristiche energetiche del
rifiuto
•
•
•
•
•
•
Sistemi realizzati da WTE
Sezione 4
4. Recupero di energia
Cicli termici e reucpero energetico
Recupero energetico: generazione di vapore
•
Steam Drum
Combustion gases
Superheater
Boiler Feedwater
Convection Pass
Water walll
Evaporator
Superheated Steam
to Turbine
Economizer
Air from Forced
Draft Fan
Air Heater
Gas Duct to
Air Pollution
Control
system
Water
Drum
Fuel
Furnace
Overfire
Ait
Underfire
Air
Bottom
Ash
Slag
•
Vapore generato a 400 °C
40 bars – per evitare
problemi di corrosione
La caldaia tipicamente
comprende uno o più
banchi:
–
–
–
–
Evaporatori
Super heaters
Economizzatori
Per il riscaldamento
dell’aria
Il circuito del vapore
Recupero energetico attraverso la produzione di vapore
Incenerimento rifiuti: requisiti
•
•
•
Requisito di base: il rifiuto ha almeno un contenuto energetico sufficiente per
assicurare l’autosostentamento della combustione in ogni momento. Il
contenuto energetico può essere recuperato
L’autocombustione deve essere assicurata in ogni momento – per assicurarsi
della distruzione di tutte le sostanze organiche pericolose
In avviamento e in spegnimento dell’impianto, o nel caso nel sistema entrino
rifiuti non omogenei e dal contenuto energetico insufficiente deve essere
possibile affidarsi a bruciatori – per assicurare la completa combustione del
rifiuto
Recupero energetico
•
Ipotesi di partenza:
– Potere calorifico inferiore del rifiuto: 2200 kCal/kg (valore tipico per il rifiuto solido
urbano nei paesi europei
– Rendimento nella conversione di energia termica in energia elettrica: 30%
•
In questo caso il trattamento di una tonnellata di rifiuti consente di generare
800 kWh di energia elettrica, come mostrato qui:
2200 kCal/kg * 1000 kg/tonn * 0,3 kCalth/kCalel) / 860 kCal/kWh = 800 kWhel
Sezione 5
5. Emissioni in atmosfera
Tecnologie e sistemi per il controllo
delle emissioni in aria
Emissioni in atmosfera: contaminanti
Le emissioni devono essere trattare – per abbattere macro e micro contaminanti
Macro inquinanti
Micro inquinanti
•
•
Concentrazioni nell’ordine delle p.p.b.
(parti per bilione, mg/Nm3 or ng/Nm3)
•
Contaminanti principali :
•
Concentrazioni nell’ordine delle p.p.m.
(parti per milione, o mg/Nm3)
Origine:
–
•
Trasformazioni chimiche di componenti
(ceneri, Cl, S, N, P), reazioni
secondarie indesiderate, incompleta
ossidazione del carbonio organico
Contaminanti principali:
–
–
–
–
–
–
Ossidi di zolfo (SOx)
Acidi alogenati (HCl, HBr, HF)
CO
Composti organici volatili (VOC)
Polveri (TSD)
Polveri sottili (PM10, PM2.5, PM1)
–
–
Inorganici: metalli pesanti (Pb, Cd,
Hg, Zn, Cu, Mn, Ti, Cr, etc.)
Organici:
•
•
•
Idrocarburi aromatici (benzene,
toluene, xilene)
Composti policiclici aromatici
Composti organici clorurati, come
polychloro dibenzo-diossine (PCDD) e
polychloro dibenzo-furani (PCDF)
Limiti alle emissioni – Direttiva incenerimento rifiuti (I)
Valori medi giornalieri
Polveri totali
10 mg/m
3
Sostanze organiche sotto forma di gas e vapori, espresse come
carbonio organico totale
10 mg/m
3
Acido cloridrico (HCl)
10 mg/m
3
Acido fluoridrico (HF)
1 mg/m
3
50 mg/m
3
Ossido (NO) e biossido (NO2) d’azoto, per nuovi impianti
d’incenerimento o per impianti già esistenti con capacità nominali >
6 tonnellate/ora
200 mg/m
3
Ossido (NO) e biossido (NO2) d’azoto, per impianti già esistenti con
capacità nominali ≤ 6 tonnellate/ora
400 mg/m
3
Anidride solforosa(SO2)
Condizioni di riferimento: T 273 °K, pressione 101.3 kPa, 11% ossigeno, gas secco
Limiti alle emissioni – Direttiva incenerimento rifiuti (II)
Valori medi semiorari
100% (A)
97% (B)
Polveri totali
30 mg/m
3
10 mg/m
3
Sostanze organiche sotto forma di gas e vapori, espresse
come carbonio organico totale
20 mg/m
3
10 mg/m
3
Acido cloridrico (HCl)
60 mg/m
3
10 mg/m
3
Acido fluoridrico (HF)
4 mg/m
3
2 mg/m
3
Anidride solforosa (SO2)
200 mg/m
3
50 mg/m
3
Ossido (NO) e biossido d’azoto (NO2) – espresse come
biossido d’azoto- per nuovi impianti d’incenerimento o per
impianti esistenti con capacità nominale > 6 tonnellate/ore
400 mg/m
3
200 mg/m
3
Limiti alle emissioni – Direttiva incenerimento rifiuti (III)
Metalli pesanti
Cadmio Cd
Tallio Tl
Mercurio Hg
30 minuti
8 ore
Totale 0.05 mg/m3
Totale 0.1 mg/m3
0.05 mg/m3
0.1 mg/m3
Totale 0.5 mg/m3
Totale 1 mg/m3
Antimonio Sb
Arsenico As
Cromo Cr
Cobalto Co
Rame Cu
Manganese Mn
Nickel Ni
Vanadio V
Limiti alle emissioni – Direttiva incenerimento rifiuti (IV)
•
Diossine e furani: 0.1 ng/m3
– I valori medi devono essere misurati durante un periodo di campionamento di 6-8
ore. Il valori limite fa riferimento alla concentrazione totale delle diossine e furani –
da calcolarsi utilizzando il concetto di “equivalenza tossica”
•
Monossido di carbonio (CO) i seguenti valori non devono essere superati
nella fase di combustione (sono esclusi avviamento e spegnimento
dell’impianto):
– 50 milligrammi/m3 come valore medio giornaliero;
– 150 milligrammi/m3 per almeno il 95% per il valor medio di tutte le misure (valore
medio) determinate nell’arco di ogni 10 minuti; oppure 100 mg/m3 per il valor
medio di tutte le misure determinate nell’arco di mezz’ora, in un periodo di 24 ore
Impatto globale delle emissioni da impianti WtE
Studio CAST: contributo impianti WtE alle emissioni di contaminanti – rilevazioni dello studio
nel 2006 e ipotesi 100% di rifiuti avviati a termovalorizzazione
Risultati dello studio CAST
•
100,00%
10,00%
3,63%
•
1,10% 1,18%
0,66%
1,00%
0,40%
0,21% 0,19%
0,11%
0,10%
•
0,07%
0,04%
0,03%
0,009%
0,01%
•
0,00%
PC
D
D
C
/P
CAST = “Comparison of Relevant Air
Emissions from Selected Combustion
Technologies”, TU Wien, 2006
Analisi delle emissioni da 50 inceneritori
WtE (CZ, F, D, I, NL, SWE)
Confronto con le emissioni da
cementifici altri impianti (centrali a
carbone, lignite, olio, gas, biomasse)
Risultati dello studio:
–
D
F
N
ox
SO
x
C
d
H
g
st
u
d
2006
100% MSW incinerated
–
Le emissioni da impianti WtE sono molto
inferiori rispetto a quelle da altre industrie
Il contributo degli impianti WtE più moderni alle
emissioni di contaminanti nei paesi analizzati è
minimo – in genere < 1.5%, al massimo < 4%
(nel caso del Mercurio)
Sistemi di trattamento aria: depolverazione
Tecnologia
Livelli di concentrazione
Cicloni e Multi-cicloni
Cicloni: 200-300 mg/Nm3
Multi cicloni: 100-150
mg/Nm3
Vantaggi
•Semplice e affidabile
•Impiego consolidato nella
depolverazione
A secco: < 10 mg/Nm3
Precipitatore
Elettrostatico (ESP)
Filtro a maniche
A umido: < 5 mg/Nm3
< 5 mg/Nm3
•Ridotto consumo di energia
•Opera in ampio intervallo di
temperature (150-350 °C)
•Numero significativo di
istallazioni nell’incenerimento
rifiuti e negli impianti a biomasse
•Basso livello di concentrazione
polveri in uscita
•Ampiamente utilizzato come
elemento sistemi trattamento
aria per inceneritori
•Bassi livelli concentrazione
polveri in uscita
•Deve essere utilizzato per il
controllo di inquinanti acidi come
parte dei sistemi a secco e a
semi-secco
Svantaggi
•Indicato solo come
componente primario
•Alti consumi di energia
•Non sempre sufficiente
a garantire il rispetto dei
limiti alle emissioni
•ESP a umido impiegato
raramente
nell’incenerimento RSU
•ESP a umido richiede il
trattamento di effluenti
liquidi
•Consumo di energia
molto elevato
(soprattutto in confronto
a ESP)
•Soffre le temperature
elevate (>250 °C), la
corrosione e la condensa
Abbattimento fumi acidi
•
•
•
Inquinanti principali: anidride solforosa (SO2), acido cloridrico (HCl), acido
fosforico (HF)
Diverse configurazioni possibili (sistema con assorbimento a“umido, “a secco”
e “semi-secco”)
La rimozione dei gas acidi deve essere preceduta da una rimozione delle
polveri:
– per ridurre il quantitativo totale di polveri in ingresso
– per consentire la separazione delle polveri originate dal processo di combustione
rispetto a quelle risultanti dall’abbattimento dei gas acidi: infatti queste polveri sono
trattate/smaltite/recuperate in modi diversi
Abbattimento gas acidi
Processo
Vantaggi
Idrossido di
Calcio
Ca(OH)2
•Semplicità impiantistica
•Basso costo di investimento
•Assenza residui liquidi
•Limitato intervento operatori (basso costo del
lavoro)
•Facile inertizzazione dei residui
•Scarsa flessibilità
•Iniezione calce: operazione delicata
•Difficile regolazione
•I fumi devono rimanere entro un range ben preciso di
temperature
•Consumi reagente in forte eccesso rispetto a
stechiometrico (k=5 or 6)
•Necessità di ricircolare i residui solidi in polvere, vista la
bassa reattività al singolo passaggio
•Grande quantità di residui solidi da smaltire
•Sistema semplice e facile da gestire
•Basso costo d’investimento e di gestione
•Limitato intervento operatori
•Assenza residui liquidi
•Possibilità di recuperare i residui sodici
•Opera entro un ampio range di temperature
• Impiego di quantità elevate di reagente, anche se
l’eccesso rispetto allo stechiometrico non è alto (k=1.2)
•Costo elevato dei reagenti
•Solubilità dei residui  necessità stabilizzazione
•Costo dell’investimento medio
•Assenza residui liquidi
•Elevati consumi di acqua ed energia termica/elettrica
•Intasamento del reattore
•Importante quantità di residui solidi da smaltire
•Consumo significativo di reagente
•Preparazione del reagente: operazione delicata
•Basso consumo di reagente (NaOH)
•Limitata generazione di residui solidi (ceneri
volanti, torte, ecc.)
•Liscivazione dei metalli pesanti
•Possibilità di recuperare i residui solidi o
l’acido cloridrico
•Modulare e flessibile
•Necessità di un sistema trattamento acque reflue
•Ampia quantità di residui liquidi
•Elevato costo d’investimento
•Alto consumo di energia e acqua
•Necessità di supervisione da parte dell’operatore 
costo del lavoro
A secco
Bicarbonat
o di Sodio
NaHCO3
Semisecco
A umido
Svantaggi
Abbattimento delle NOx
•
•
Misura primaria: prevenzione della formazione di NOx attraverso il controllo
dei parametri di processo (distribuzione dell’aria, fluidodinamica nella camera
di post-combustione, ricircolo fumi, impiego di bruciatori tipo “low NOx”
Misure secondarie: abbattimento chimico delle NOx
– Selective Catalytic Reduction, SCR
– Selective Non Catalytic Reduction, SNCR
•
Reagenti: ammoniaca, urea
Processo SNCR
Iniezione diretta di ammoniaca o urea in camera di combustione
Vantaggi e svantaggi
•
•
•
•
Semplicità impiantistica, bassi costi
d’investimento e operativi
Efficace su fumi con temperature
comprese nell’intervallo 850-1050 °C
Abbattimento nell’ordine del 60%
Possibilità di fughe di ammoniaca
Processo SCR
NOx convertita in N2 e acqua con l’aiuto di un catalizzatore
Caratteristiche tecniche
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Catalizzatori: metallici (Vanadium,
Tungsten), zeoliti
Reagenti: urea, ammoniaca
Intervallo di temperature: 200-380 °C
Alta efficienza (80%), in funzione del
numero di letti filtranti
Basso rischio di fuga dei reagenti
Efficace anche nell’abbattimento delle
diossine
Elevati costi d’investimento e operazioni
Complessità impiantistica
Necessità di rigenerazione/smaltimento
del catalizzatore
Polveri sottili PM10, PM5, PM 2.5
•
•
•
•
Crescente preoccupazione per l’impatto delle PM 2.5 sull’ambiente e sulla
salute pubblica
I prossimi cambiamenti nella legislazione – sia in Europa che negli USA –
imporranno stretti limiti alle emissioni di PM 2.5
L’industria ha già sviluppato tecnologie di filtrazione
Lo sforzo dell’ US Environmental Protection Agency:
– Focalizzato su sistemi di per filtri a maniche
– Sviluppo di un protocollo di prove adottato come standard dall’ASTM e proposto per
l’adozione da parte dell’ISO
– Sono già state testate 16 tecnologie che utilizzano filtri a maniche per la rimozione
di polveri sottili da fonti stazionarie di emissioni (PM)
– Risultati molto significativi. Data una concentrazione in ingresso di 18.4 ± 3.6
g/dscm, le tecnologie testate hanno consentito di portare le emissioni in uscita su
valori tra 380x10-6 e 2x10-6 g/dscm
– E’ possibile scaricare risultati dettagliati delle prove dal sito
http://www.epa.gov/nrmrl/std/etv/vt-apc.html
g/dscm = grams/dry standard cubic meter
La filosofia WTE per il trattamento delle emissioni in aria
•
•
•
•
•
WTE può progettare e fornire tutte le configurazioni di sistemi APC (Air
Pollution Control). Le configurazioni variano a seconda di considerazioni
tecniche (limiti alle emissioni) ed economiche (costi per l’investimento, costi
operativi)
Le opzioni suggerite da WTE per l’abbattimento di gas acidi: sistema a secco
con Bicarbonato di Sodio (preferibile) o Idrossido di Calcio (seconda opzione),
con filtri a maniche per la depolverazione e l’abbattimento ei contaminanti
L’opzione suggerita da WTE per l’abbattimento dei microinquinanti: iniezione
di carbone attivo a monte di un filtro a maniche
DeNOx: SNCR per abbattimento sino a 150 mg/Nm3. Per raggiungere
concentrazioni più basse ( < 100 mg/Nm3) è necessario un modulo SCR
Tecnologie per un effettivo abbattimento dei microinquinanti e delle polveri
sottili (PM10, PM5, PM2.5) – già disponibili per rispondere alla futura modifica
dei limiti di legge:
– Sistemi di filtrazione su letti di carbone attivo
– Sistemi di filtrazione su materiali laminati speciali di recente ingegnerizzazione (filtri
a maniche)
Air Pollution Control (II)
NH3
50
40
5
10
5
10
10
5
10
5
4
10
Dry Separation
Ca(OH)2 or NaHCO3
50
10
5
Ca(OH)2 or NaHCO3
NH3
40
4
Ca(OH)2 or NaHCO3
40
Air pollution control (III)
40
10
4
Ca(OH)2 or NaHCO3
5
10
NaHCO3
10
5
4
10
How to contact us
WTE – Waste to Energy s.r.l.
Via San Michele, 15
21052 Busto Arsizio (Varese)
Italy
Tel.: +39 – 0331 - 67 00 66
Fax: +39 – 0331 - 32 02 96
E-Mail: [email protected]
Thanks for your attention
Do You Have
Any Questions?
We would be happy to help!