Riduzione degli NOx tramite applicazione di membrane catalitiche su filtri a maniche del Termovalorizzatore. Cristiano PICCININ WTE Padova

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Gaetana Vitale
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1 Riduzione degli NOx tramite applicazione di membrane catalitiche su filtri a maniche del Termovalorizzatore Cristiano PICCININ WTE Padova

2 INTRODUZIONE Nel 2007 venne deliberato il rifacimento delle linee di depurazione fumi delle linee 1 e 2 per il miglioramento delle performances ambientali Per la linea 2 fu previsto un sistema SCR tail end per la riduzione degli ossidi d azoto (in analogia alla costruenda linea 3) Per la linea 1, in attesa della definizione delle strategie aziendali e del chiarimento del quadro politico, non fu previsto alcun sistema alternativo al tradizionale SNCR 2

degli ossidi d azoto (in analogia alla costruenda linea 3) Per la linea 1, in attesa della definizione delle

3 PROGETTO INIZIALE Sistema di monitoraggio SME 180 C 190 C 175 C 165 C 160 C Il progetto prevedeva la depurazione con doppio stadio di filtrazione su filtri a maniche, il trattamento misto con calce (+PAC) e bicarbonato (+PAC), torre-filtro statico a carbone attivo 3

di filtrazione su filtri a maniche, il trattamento misto con calce

4 Quadro autorizzativo Con il rilascio del parere di compatibilità ambientale, l Ente autorizzante (Regione Veneto) ha imposto per la linea 1 il raggiungimento dei limiti indicati dalle BAT-AEL (Bref Waste Incineration, 2006) al pari delle linee 2 e 3. La complessità realizzativa ed i tempi connessi non permettevano lo sviluppo immediato di un sistema SCR tradizionale. Gli oneri connessi sarebbero inoltre stati decisamente ingenti. Si è quindi ritenuto di valutare soluzioni alternative che permettessero di contenere le emissioni di NOx. Per quanto riguarda microinquinanti PCDD/PCDF, la linea 1 era già in grado di rispettare abbondantemente i limiti di emissione (fissati in 0,5 ng/nm 2 ) 4

La complessità realizzativa ed i tempi connessi non permettevano lo sviluppo immediato di un sistema SCR tradizionale.

5 È stato quindi ritenuta interessante la tecnologia proposta da Gore. Combinzione in un unica apparecchiatura due tecnologie di depurazione: filtrazioni dei fumi per la rimozione del particolato e la neutralizzazione degli acidi, riduzione catalitica degli NOx e disgregazione di PCDD/PCDF. Il risultato sarebbe stato ottenuto senza ulteriori modifiche impiantistiche dato che prevedeva unicamente inserzione di speciali maniche filtranti. 5

del particolato e la neutralizzazione degli acidi, riduzione catalitica degli NOx e disgregazione di

6 Collaborazione con GORE I termini dell accordo di collaborazione con GORE prevedevano due fasi temporali: FASE 1 (approssimativamente 1 anno) -Osservazione dei parametri di processo, con variazioni dei set-point di conduzione per osservare i comportamenti -Controllo frequente dell attività degli inserti catalitici attraverso la rimozione di maniche e l analisi di laboratorio (1 volta a settimana) -Rigenerazione delle maniche, se necessario -Analisi delle ceneri per il controllo del contenuto di NH 3 FASE 2 (approssimativamente 1 anno) -Ottimizzazione delle condizioni operative -Rimozione degli inserti catalitici per il controllo dell attività ogni 6 mesi 6

attraverso la rimozione di maniche e l analisi di laboratorio (1 volta a settimana) -Rigenerazione delle maniche, se necessario -Analisi delle ceneri per il

7 CONDIZIONI DI PROCESSO E DI GARANZIA -Temperatura uscita filtro > 200 C -Sufficiente presenza di NH 3 (come slip dall SNCR o per iniezione ad hoc) -Concentrazione SO 2 a camino < 4 mg/nm 3 < 10 mg/nm 3 media giornaliera picchi -Concentrazione NOx ingresso filtro < 120 mg/nm 3 < 200 mg/nm 3 media giornaliera media 30 min - portata fumi < Nm 3 /h PRESTAZIONI GARANTITE -Concentrazione NOx uscita filtro < 60 mg/nm 3 < 120 mg/nm 3 media giornaliera media 30 min -Concentrazione NH 3 uscita filtro < 10 mg/nm 3 -Polveri < 2 mg/nm 3 -Funzionamento per 1 anno senza rigenerazioni (con rendimento > 90%) Tutte le concentrazioni sono riferite alle condizioni standard, sui fumi secchi e normalizzate al 11% di O2 7

PRESTAZIONI GARANTITE -Concentrazione NOx uscita filtro < 60 mg/nm 3 < 120 mg/nm 3 media giornaliera media 30 min -Concentrazione NH 3 uscita filtro < 10 mg/nm 3 -Polveri < 2

8 Principio di funzionamento del sistema DeNOx Gore NOx N 2 NH 3 I fumi di combustione vengono prima depolverati, attraverso la membrana microporosa, poi depurati dagli NOx attraverso il feltro catalitico 8

depolverati, attraverso la membrana microporosa,

9 Principio di funzionamento del sistema DeNOx Gore Bag filter Membrana eptfe 2 Maniche separate Nuovoconcettodi manichefiltrantimulti-stratocon una manica catalitica ed un non-catalitica. Le funzioni vengono calibrate su: - carico catalitico - tipo ti supporto filtranttte usato - caratteristiche del filtro a maniche 9

10 1. manica-membrana filtrante 2. Inserto catalitico 3. cestello 10

11 SITUAZIONE ATTUALE Filtro dotato di maniche con feltro catalitico DeNOx 210 C 220 C NH3 Condense 43 C 85 C 205 C 195 C 130 C 11

12 STADIO FILTRANTE-CATALITICO SU LINEA 1 GORE DeNOx System NH 4 OH (25%) 12

13 SISTEMA DI INIEZIONE SOLUZIONE AMMONIACALE DEDICATO 13

14 Studio fluodinamico CFD 14

15 I assetto testato NH 3 slip Ingresso filtro Uscita filtro NOx (come NO 2 ) mg/nm³, dry, 11%O NH 3 mg/nm³, dry, 11%O2 - <5 SO 2 mg/nm³, dry, 11%O2 - <5 Temperatura C

11%O2 100-300 30 80 NH 3 mg/nm³, dry, 11%O2 -

16 Minori concentrazioni di NOx ed NH 3 ottenibili al camino 16

17 II assetto testato X Ingresso filtro Uscita filtro NOx (come NO 2 ) mg/nm³, dry, 11%O NH 3 mg/nm³, dry, 11%O2 - <5 SO 2 mg/nm³, dry, 11%O2 - <5 Temperatura C

150-300 30 80 NH 3 mg/nm³, dry, 11%O2 - <5 SO

18 Minori consumi di NH 4 OH ottenibili 18

19 III assetto testato (situazione attuale) NH 3 slip Per problemi di natura tecnica il ricircolo dei fumi non è al momento in servizio 19

20 NOx Concentration / mg/nm³,dry,11%o2 200,00 180,00 160,00 140,00 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 0, Time / hrs 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 Ammonia / mg/nm³,dry,11%o2 NOx FTIR#1 NOx FTIR#2 NH3 FTIR#1 NH3 FTIR#2 L assenza di ricircolo fumi incrementa notevolmente la concentrazione di NOx in uscita dalla camera di combustione e costringe ad aumentare gli agenti riducenti iniettati (urea, soluzione ammoniacale). Si ottengono in ogni caso prestazioni accettabili al camino. 20

assenza di ricircolo fumi incrementa notevolmente la concentrazione di NOx in uscita dalla camera di combustione e costringe ad

21 L attuale assetto risulta non ottimizzato sia per l assenza del ricircolo dei fumi si combustione, sia per lo sbilanciamento delle portate nel filtro a maniche catalitico Ceneri accumulate sporcamenti In questa situazione la superficie catalitica utile si riduce aumentando la velocità specifica di permeazione e diminuendo il tempo di contatto 21

22 L incremento della velocità di filtrazione (Air-to-Cloth Ratio ACR) riduce l efficienza di abbattimento degli NOx Andamento qualitativo della riduzione degli NOx Efficienza riduzione NOx 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Temperatura C Incremento ACR 22

23 NOx Situazione attuale (aprile 2013) Concentrazioni mg/m NOx outlet NH3 outlet tempo ore NOx inlet NH3 riduzione NOx 80% 70% riduzione NOx NH4OH injected % % 12 40% 10 30% 8 20% % 2 0% tempo ore portata NH3 iniettata l/h 23

24 Concentrazioni medie giornaliere al punto di emissione Concentrazioni a Camino dal al Concentrazione NOx mg/nm3, dry@11%o2 200,0 180,0 160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 NOx NH3 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 Concentrazione NH3 mg/nm3, dry@11%o2 23/12/ /02/ /04/ /05/ /07/ /08/ /10/ /12/ /01/ /03/ /05/

25 Concentrazioni medie Diossine al punto di emissione 2012 (Teq ng/nmcs) Limite 0, (Teq ng/nmcs) Limite 0,05 Linea 1 Linea 2 Linea 3 0, , , , , ,00017 (*) analisi condotta su matrice prelevata con campionatore in continuo con prelievo > 168 ore 25

26 CONCLUSIONI Dopo 18 mesi di sperimentazione, non ancora conclusa, si ritiene che il sistema DeNOx su membrane catalitiche possa fornire le prestazioni necessarie ed attese in partenza: Riduzione NOx del 50% Concentrazione in uscita < 60 mg/nm 3 (secco@11%o 2 ) Anche i microinquinanti organici (PCDD/PCDF) vengono sensibilmente ridotti dai sistemi catalitici arrivando a valori, prossimi al limite di rilevabilità, al pari dei già collaudati sistemi SCR 26

27 Durante il periodo di sperimentazione non si è mai reso necessario rigenerare gli inserti catalitici, che mantengono ancora inalterata la loro efficienza (test di laboratorio GORE). Il rapporto stechiometrico (NH 3 /NOx ridotto) è risultato essere pari a 1,15 valore molto prossimo a quanto riscontrato sugli SCR tail-end 27

28 ULTERIORI SVILUPPI Come ulteriore sviluppo, per aumentare l efficienza e l affidabilità, si considerano i seguenti passi: Potenziamento recupero termico in caldaia, per aumentare l efficienza energetica ed ottimizzare le temperature operative per i reagenti Preriscaldo dei fumi di combustione a monte del filtro catalitico, per aumentare l efficienza di abbattimento e garantire il regolare funzionamento anche durante gli avviamenti ed i transitori 28

29 Potenziamento recupero termico in caldaia Preriscaldo fumi a monte stadio catalitico 180 C 190 C 175 C Condense 43 C 85 C 195 C 130 C 205 C 29

30 GRAZIE DELL ATTENZIONE 30

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