Il termovalorizzatore di San Vittore del Lazio: tra sviluppo del
territorio e tutela ambientale
Il ruolo dell’Università di Cassino nel
monitoraggio ambientale di
termovalorizzatori/inceneritori
Giorgio Buonanno – Prof. Associato di Fisica Tecnica Ambientale, Università di Cassino
1
Laboratorio LAMI – DiMSAT – Università di Cassino
•
Centro
SIT
per:
umidità,
pressione,
temperatura,
massa
(PalMer),
lunghezze
(PalMer),
acustica
(PalMer),
grandezze
elettriche e misuratori di velocità
(autovelox)
•
Laboratorio
accreditato
SINAL per CDR, prove meccaniche su
metalli e compositi, collettori solari e
proprietà termofisiche, certificazione
di prodotto su segnali stradali
•
Laboratorio riconosciuto ai
sensi del Dl 182/2000 per
l’effettuazione
di
verifiche
metrico-legali (funzione di ispettore
metrico – bilance, contatori acqua,
gas e energia elettrica, contatori
energia termica, tassametri)
•
Collaborazioni di ricerca
ventennali con INRIM, Torino
2
Il ruolo dell’Università di Cassino
ƒ Dal 2003 assume la responsabilità nel controllo del
sistema di monitoraggio dell’impianto di San Vittore del
Lazio (FR);
ƒ nel corso dei successivi 4 anni stipula diversi convenzioni
di ricerca con la società E.A.L.L., proprietaria dell’impianto;
ƒ nel luglio 2006
dell’impianto;
ACEA
spa
diventa
proprietaria
ƒ da fine 2006 ACEA spa ha coinvolto l’Università di
Cassino nelle fasi di progettazione del potenziamento
dell’impianto previsto (applicazione migliori tecnologie
possibili - BAT)
ƒ nel 2006 coinvolgimento da parte delle Pubbliche
Amministrazioni su impianti della Piana Fiorentina (FI),
Pozzilli (IS) e Ottana (NU)
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L’inceneritore di San Vittore del Lazio (FR)
CARATTERISTICHE PRINCIPALI
| Potenza termica nominale forno circa 52 MWt
| Potenza elettrica nominale 10 MWe (cessione rete GRTN): 80.000
MWh/y per complessive 8.000 h di esercizio
| Produzione nominale 54 t/h di vapore SH a temperatura di
415°C, e pressione di 42 bar in ingresso turbina
| Combustibile termovalorizzato:
y
|
CDR: circa 90.000 t/y
Rifiuti di combustione prodotti (% in peso combustibile
conferito)
Ceneri leggere: circa 6 %
y Ceneri Pesanti: circa 14 %
y
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Caratterizzazione camera di combustione
(convenzione di ricerca con Univ. Cassino)
Decreto Legislativo 11 maggio 2005, n. 133
Attuazione della direttiva 2000/76/CE, in materia di incenerimento dei rifiuti.
Art. 8.
Condizioni
di
esercizio
degli
impianti
di
incenerimento
e
di
coincenerimento
OMISSIS
3. Gli impianti di incenerimento devono essere progettati, costruiti, equipaggiati e gestiti in modo
tale che, dopo l'ultima immissione di aria di combustione, i gas prodotti dal processo di
incenerimento siano portati, in modo controllato ed omogeneo, anche nelle condizioni piu'
sfavorevoli, ad una temperatura di almeno 850 °C per almeno due secondi. Tale temperatura e'
misurata in prossimita' della parete interna della camera di combustione, o in un altro punto
rappresentativo della camera di combustione indicato dall'autorita' competente.
…una misura impossibile…
5
Caratterizzazione camera di combustione
(convenzione di ricerca con Univ. Cassino)
chamber walls
v=0, TH2O, heq
I valori numerici sottostimano i dati sperimentali
T
(FLUENT®)
S
second measurement plane
P
M
L
N
first measurement plane
H
F
E
venturi plane
Modello di
combustione nella
fase solida
outflow
Modello di
combustione nella
fase gassosa
G
secondary flow
v, T∞
D
B
A
C
secondary air flow
v, T∞
ashes exit
(FLIC)
waste bed
primary air flow
.
V, T∞
6/19
6
Caratterizzazione camera di combustione
(convenzione di ricerca con Univ. Cassino)
1600
1200
Case 1 - forced
Case 2 - forced
Case 3 - forced
Case 1 - mixed
Case 2 - mixed
Case 3 - mixed
Experimental
900
T (°C)
T (°C)
1200
Case 1 - forced
Case 2 - forced
Case 3 - forced
Case 1 - mixed
Case 2 - mixed
Case 3 - mixed
Experimental
800
400
600
Second measurement plane
0
1
2
L (m)
3
4
300
Ceiling of the chamber
0
2
4
6
L (m)
7
Caratterizzazione camera di combustione
(convenzione di ricerca con Univ. Cassino)
|
Velocity vectors:
Forced convection
Mixed convection
8
Caratterizzazione camera di combustione
(convenzione di ricerca con Univ. Cassino)
|
Temperature contours:
Forced convection
Mixed convection
15
9
Caratterizzazione camera di combustione
(convenzione di ricerca con Univ. Cassino)
10
Caratterizzazione camera di combustione
(convenzione di ricerca con Univ. Cassino)
|
Particles’ position and temperature after 2 seconds:
Forced convection
Mixed convection
Monodimensional
model
11
Caratterizzazione camera di combustione
(convenzione di ricerca con Univ. Cassino)
Installazione
di
un
termometro ad infrarossi
monocromatico (C02)
Land
CD1
thermometer
Incinerator
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Caratterizzazione delle polveri emesse dall’impianto in termini di
composizione (metalli pesanti – SEM + campionatori gravimetrici)
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Monitoraggio polveri ultrafini e nanopolveri
(convenzione di ricerca con Univ. Cassino)
1 nm = 10-3 μm = 10-9 m
• polveri grossolane (PM10) – Deq<10 μm
• polveri fini (PM2.5) – Deq<2.5 μm
• Polveri ultrafini - Deq< 0.1 μm
• Nanoparticelle – Deq< 0.050 μm (50 nm)
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Monitoraggio polveri ultrafini e nanopolveri
(convenzione di ricerca con Univ. Cassino)
Parametri fisici
Parametri chimici
Parametri biologici
Dimensione
Composizione
Organo o tessuto coinvolto
Forma
Corrodibilità
Condizioni di salute
Area superficie
esterna
Variabilità individuale
Concentrazione
Velocità assunzione
Radioattività
• Primary atmospheric particles: particelle emesse direttamente da una sorgente antropica (combustione,
cave, mietitura) o naturale (erosione del terreno da parte del vento e aerosol marino generato da bolle d’aria
presenti nelle onde).
• Secondary atmospheric particles: particelle che si formano in atmosfera (a partire da NOx, SO2 e composti
organici) come risultato di reazioni chimiche che portano alla formazioni di sostanze non-volatili con
conseguente condensazione nella fase solida, o liquida e, quindi, formazione di particelle.
15
Monitoraggio polveri ultrafini e nanopolveri
(convenzione di ricerca con Univ. Cassino)
• L’aerosol atmosferico è caratterizzato da una
distribuzione
particelle.
delle
dimensioni
delle
• Number
distribution,
surface
area
distribution, mass distribution vs. dimensione
• Nelle diverse rappresentazioni uno o più picchi
(mode) possono essere osservati.
• Passando dalla number alla surface area alla
mass distribution si osservano mode spostate
verso dimensioni maggiori.
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Misure gravimetriche (PM10, PM2.5, PM1)
Monitoraggio polveri ultrafini e nanopolveri
(convenzione di ricerca con Univ. Cassino)
L’aerosol atmosferico tipicamente evolve nel seguente modo:
1.
le particelle sono generate, in aggiunta a quelle direttamente emesse, per nucleazione di vapori supersaturi;
2.
le piccole particelle crescono per coagulazione e/o condensazione in particelle più grandi;
3.
le particelle si depositano su superfici (anche di particelle più grandi) per diffusione;
4.
le particelle più grandi si depositano per sedimentazione o sono semplicemente “lavate” dall’atmosfera per
precipitazione.
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Numero di particelle in atmosfera
• Un adulto inala circa 100.000.000.000 di particelle in città al giorno, 100 volte
di più che in zone “incontaminate”
• 100 – 1000 part./cm3 nelle remote zone continentali e aree marine
• 10.000 part./cm3 nelle aree urbane
• 100.000 part./cm3 lungo le strade e durante la formazione di nuove
nanoparticelle, generalmente durante periodi di elevata radiazione solare
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Nonostante la massa emessa di particelle dei motori diesel sia molto maggiore dei
motori alimentati a benzina, durante percorsi autostradali i due tipi di motore
presentano emissioni in numero simili.
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The concentration of fine and ultrafine particles decay to about half of the maximum at a
distance of 100-150 m at Brisbane
20
Shi et al. observed a faster decline of particle number concentration than mass
concentration in Birmingham
21
Scanning Mobility Particle Spectrometer
(CPC + DMA)
Il classificatore elettrostatico (DMA) effettua
l’estrazione di una definita frazione dimensionale delle
particelle
Condensation Particle Counter (CPC) effettua il
conteggio. In alternativa è possibile utilizzare un
Water-based CPC
Collaborazione con laboratorio
cogestito
da
Università
Maryland e NIST
del
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Modeling (Capaldo and Pandis, 2002, Kittelson, 2004) indicates that for typical urban conditions
characteristic times and transit distances for 90% reduction of total number (mainly ultrafine)
concentrations are on the order of a few minutes and 100-1000 m, respectively.
Thus high ultrafine and nanoparticle concentrations from engines are expected to be found mainly on
and near roadways – a hotspot problem
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Municipal waste incineration plant (23 MW)
2000
EMISSIONI MOTORI (3.1 1014 part/km/veh)
Kittelson et al., 2004
Gramotnev et al., 2003
Jamriska and Morawska, 2001
Farnlund et al., 2001
Corsmeier et al., 2005
DATI FLUSSO VEICOLARE
Volume del traffico sui tratti elementari della
rete autostrade per l’Italia. Anni 2003-2004
(edizione Luglio 2005):
2500-3000 veicoli ogni ora sull’A1
EMISSIONI
CONTATTO RUOTESTRADA
Dahl et al., 2006
1 ora di emissione di nanoparticelle
dell’inceneritore corrisponde al passaggio di
circa 4000 veicoli per un tratto di 10 km (ESP
on e soglia di rilevabilità > 15 nm)
1600
1400
n. auto equiv.
EMISSIONI INCENERITORI
Zimmermann et al., 2003 (1.1 1017 part/h)
1800
1200
1000
ESP off
800
600
400
ESP on
200
0
0
1
2
3
4
5
km
6
7
8
9
10
24
Supporto dell’Università di Cassino nella progettazione
nuovo impianto
Ricircolo fumi
(O2<10%) a camera di
combustione
caldaia
220 °C
elettrofiltro
215 °C
H2O al
degasatore
Bicarbonato di
sodio
Econom.
Ammoniaca
/Urea+idroli
si (per
sicurezza
operatori)
Carboni attivi vapore saturo
da corpo
cilindrico /
spillamento
turbina
Reattore
170°C
F.M.
168°C
Preriscaldo
condensato
DeNOX
SCR
166°C 190°C
140°C
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Caratterizzazione acustica dell’impianto
(convenzione di ricerca con Univ. Cassino)
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Progettazione, realizzazione e supervisione scientifica di un
laboratorio per la caratterizzazione chimico-fisica del CDR
•
Data inizio attivita’: 2 agosto 2006 (febbraio 2007)
•
Analisi chimico-fisica e merceologica
•
Un responsabile e un operatore
•
Accreditamento SINAL entro due anni
•
Inizio monitoraggio nanopolveri: novembre 2007
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Conclusioni
ƒ Complessità nelle attività di monitoraggio
(coordinamento monitoraggio macro e
microinquinanti, caratterizzazione camera di
combustione,
laboratorio
CDR,
polveri,
caratterizzazione acustica)
ƒ Necessità di una
“competente”
gestione
impiantistica
ƒ Sistema di monitoraggio “sinergico”
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“Sono solito dire che, quando si è in grado di
misurare ciò di cui si sta parlando ed
esprimerlo
in
numeri,
allora
si
sa
effettivamente qualcosa di esso ma quando
non si è in grado di fare ciò allora la
conoscenza a riguardo è scarsa e
insoddisfacente”.
Lord Kelvin (William Thomson), 1824–1907
29