Prosegue l’analisi dei sistemi di trattamento delle emissioni gassose negli impianti termoelettrici, dopo avere trattato gli ossidi di zolfo e gli ossidi di azoto , è ora il turno del particolato.
Il particolato rappresenta (insieme alla CO2) uno dei componenti più dibattuti dall’opinione pubblica e dagli ecologisti sul piano delle emissioni inquinanti, andiamo dunque ad analizzare come si forma durante la combustione, ma soprattutto quali sono le tecnologie impiegate per la sua rimozione dai gas combusti.
IL PARTICOLATO – INTRODUZIONE
Il particolato si forma prevalentemente negli impianti a vapore (come descritto in un precedente post) alimentati a combustibili solidi (carbone, RSU, biomasse) o liquidi pesanti (olio combustibile ed orimulsion) in quanto l’elevata presenza di composti minerali porta alla formazione di ceneri (il particolato appunto) in parte raccolte nel fondo della caldaia (definite anche “bottom ash”) ed in parte disperse nei fumi (“fly ash”).
La percentuale sul totale delle ceneri delle “bottom ash” e delle “fly ash” dipende fortemente dal tipo di combustibile utilizzato e dalla modalità di combustione dello stesso (a griglia, con bruciatori frontali, tangenziali “a ciclone”, a letto fluido), oltre che dal contenuto in ceneri inizialmente presente nel combustibile.
A titolo indicativo si può ritenere che il carbone porti ad una produzione di ceneri con percentuali dell’ordine del 20-40% di “bottom ash” e del restante 60-80% di “fly ash”.
Per quanto riguarda le dimensioni del particolato si deve tenere in considerazione anche in questo caso il tipo di combustibile ed il tipo di combustione, essendo la granulometria del particolato fortemente influenzata da questi parametri.
Nel seguente diagramma si può vedere come si dispongano qualitativamente le percentuali di particolato di tipo “fly ash” riferite alle dimensioni dello stesso per vari sistemi di combustione:
Dal diagramma è evidente come le dimensioni del particolato siano, per bruciatori tangenziali, nell’ordine del 75% al di sotto dei 10µm (definito anche PM10) di diametro.
L’impiego di bruciatori frontali riduce questa percentuale a circa il 35%, mentre l’impiego della combustione a griglia porta alla produzione di particolato quasi esclusivamente con diametro superiore a 10µm (circa 10% di PM10).
La soluzione mediante il letto fluido (che consiste nel tenere in sospensione con dei getti orientati di aria il polverino di carbone unitamente ad un inerte, solitamente sabbia) porta ad una produzione di ceneri quasi esclusivamente di tipo “fly ash”, con una percentuale di PM10 nell’ordine dell’80%.
E’ importante sottolineare che, mediante l’impiego di bruciatori tangenziali, il polverino di carbone subisce un forte moto rotatorio tangenzialmente all’asse del generatore di vapore (la “caldaia”) che, unitamente alle elevatissime temperature di combustione che si sviluppano, porta alla fusione di circa il 70% delle ceneri totali e portando ad avere solo un 30% circa di ceneri volanti (superando così i valori di 20-40% indicati all’inizio del post), mentre l’impiego di bruciatori frontali porta ad avere circa il 70-80% di ceneri volanti.
L’uso della griglia prevede l’alimentazione con carbone non polverizzato, pertanto le ceneri risultano in gran parte di dimensione abbastanza grande ed in forte percentuale sotto forma di “bottom ash”.
La scelta del tipo di combustione influenza non soltanto la produzione di particolato, ma anche il rendimento di combustione e quello dell’intero impianto, ed oggi la soluzione a griglia viene utilizzata esclusivamente in vecchi impianti od in impianti alimentati con combustibili solidi non polverizzati (RSU, biomasse) essendo dal punto di vista dell’efficienza la meno valida.
PARTICOLATO – TECNICHE DI RIMOZIONE
Risulta evidente come, a parità di produzione di ceneri prodotte, risulti preferibile una soluzione che intrinsecamente presenti una percentuale inferiore di ceneri volanti sul totale, essendo queste disperdibili nell’ambiente se non opportunamente estratte dai fumi, mentre le “bottom ash” risultano di facile estrazione dal generatore di vapore depositandosi nel fondo dello stesso e quindi recuperabili con semplici mezzi meccanici.
La percentuale di ceneri volanti deve venire quindi asportata dai fumi per rispettare le normative vigenti in materia di emissioni, e per fare ciò esistono diverse soluzioni, ognuna con un suo campo di applicazione specifico:
- Precipitatori Elettrostatici (ESP)
- Filtri a Manica
- Cicloni e Multicicloni
- Precipitatori ad Umido e Scrubber Venturi
L’efficienza di rimozione di ciascuno di questi sistemi si può valutare in due modi:
- Rendimento Globale di Rimozione
- Rendimento Frazionato di Rimozione
Il Rendimento Globale di Rimozione rappresenta la “percentuale assoluta” di particolato rimossa sul totale del particolato presente nei fumi, senza distinzione sulle dimensioni dello stesso, mentre il Rendimento Frazionato di Rimozione rappresenta il rendimento riferito ad ogni classe granulometrica analizzata(e pertanto e noto anche come “Rendimento di Rango” o “di Classe“), cioè alla percentuale di particolato di diametro prefissato rimossa sul totale dello stesso presente nei fumi.
Un andamento indicativo del rendimento frazionato è rappresentato nel seguente diagramma:
Si può notare come al diminuire del diametro medio del particolato, il rendimento frazionato tenda a diminuire, e questo vale (anche se con curve e limiti differenti) per tutti i sistemi di rimozione che verranno esaminati.
Questi sistemi verranno affrontati in dettaglio nel prossimo post, necessitando di uno spazio sufficientemente ampio per una loro esaustiva presentazione.
