Riduzione degli NOx tramite applicazione di membrane catalitiche su filtri a maniche del Termovalorizzatore Cristiano PICCININ WTE Padova
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
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
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 3 @11%O 2 ) 4
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
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
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 < 36000 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
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
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
1. manica-membrana filtrante 2. Inserto catalitico 3. cestello 10
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
STADIO FILTRANTE-CATALITICO SU LINEA 1 GORE DeNOx System NH 4 OH (25%) 12
SISTEMA DI INIEZIONE SOLUZIONE AMMONIACALE DEDICATO 13
Studio fluodinamico CFD 14
I assetto testato NH 3 slip Ingresso filtro Uscita filtro NOx (come NO 2 ) mg/nm³, dry, 11%O2 100-300 30 80 NH 3 mg/nm³, dry, 11%O2 - <5 SO 2 mg/nm³, dry, 11%O2 - <5 Temperatura C 175 200 15
Minori concentrazioni di NOx ed NH 3 ottenibili al camino 16
II assetto testato X Ingresso filtro Uscita filtro NOx (come NO 2 ) mg/nm³, dry, 11%O2 150-300 30 80 NH 3 mg/nm³, dry, 11%O2 - <5 SO 2 mg/nm³, dry, 11%O2 - <5 Temperatura C 175 200 17
Minori consumi di NH 4 OH ottenibili 18
III assetto testato (situazione attuale) NH 3 slip Per problemi di natura tecnica il ricircolo dei fumi non è al momento in servizio 19
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 0,00 0 50 100 150 200 250 300 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
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
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% 160 170 180 190 200 210 220 Temperatura C Incremento ACR 22
NOx Situazione attuale (aprile 2013) Concentrazioni mg/m 3 300 NOx outlet 20 250 NH3 outlet 18 16 200 14 12 150 10 8 100 6 50 4 2 0 0 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 tempo ore NOx inlet NH3 riduzione NOx 80% 70% riduzione NOx NH4OH injected 20 18 60% 16 14 50% 12 40% 10 30% 8 20% 6 4 10% 2 0% 0 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 tempo ore portata NH3 iniettata l/h 23
Concentrazioni medie giornaliere al punto di emissione Concentrazioni a Camino dal 1-1-12 al 30-4-13 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 23/12/2011 11/02/2012 01/04/2012 21/05/2012 10/07/2012 29/08/2012 18/10/2012 07/12/2012 26/01/2013 17/03/2013 06/05/2013 24
Concentrazioni medie Diossine al punto di emissione 2012 (Teq ng/nmcs) Limite 0,05 2013 (Teq ng/nmcs) Limite 0,05 Linea 1 Linea 2 Linea 3 0,00044 0,00039 0,00013 0,00043 0,00027 0,00017 (*) analisi condotta su matrice prelevata con campionatore in continuo con prelievo > 168 ore 25
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
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
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
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
GRAZIE DELL ATTENZIONE 30