Ossidazione Termica
Che cos'è?
L'ossidazione termica (spesso indicata anche come "incenerimento", "incenerimento termico" o "combustione ossidativa") è il processo di ossidazione di gas combustibili e odori in un flusso di gas di scarico riscaldando una miscela di contaminanti con aria o ossigeno al di sopra della sua autoaccensione punto in una camera di combustione e mantenendola ad alta temperatura per un tempo sufficiente a completare la combustione ad anidride carbonica e acqua.
Dopo l'ossidazione termica, i principali costituenti dei gas di scarico trattati sono vapore acqueo, azoto, anidride carbonica e ossigeno. A seconda del contenuto di inquinanti del gas di scarico grezzo da incenerire e delle condizioni operative dell'ossidatore termico, nel gas di scarico trattato possono essere presenti altri inquinanti come CO, HCl, HF, HBr, HI, NOX, SO2, COV, PCDD/PCDF, PCB e composti di metalli pesanti (tra gli altri). Può richiedere un trattamento a monte a seconda della composizione del gas di scarico grezzo o un trattamento aggiuntivo a valle del gas di scarico trattato.
A seconda delle temperature di combustione durante le fasi principali dell'incenerimento, i metalli pesanti volatili ei composti inorganici (es. sali) vengono totalmente o parzialmente evaporati. Queste sostanze vengono trasferite dai rifiuti in ingresso sia al gas di scarico trattato che alle ceneri volanti in esso contenute. Vengono creati un residuo minerale di ceneri volanti (polvere) e ceneri solide più pesanti (ceneri pesanti).
Figura 1. Schema di un ossidatore termico rigenerativo
Figura 2. Schema di un ossidatore termico recuperativo
Il tempo, la temperatura (circa 200-400 °C al di sopra dell'autoaccensione), la turbolenza (per la miscelazione) e la disponibilità di ossigeno influiscono tutti sulla velocità e sull'efficienza del processo di combustione. Questi fattori forniscono i parametri di progettazione di base per i sistemi di ossidazione VOC/odore.
Vengono azionati diversi tipi di ossidatori termici:
Vengono azionati diversi tipi di ossidatori termici:
- L'ossidante termico dritto, costituito da una camera di combustione e non comprendente alcun recupero di calore dei fumi.
- L'ossidante termico rigenerativo(Figura 1), utilizzando i seguenti passaggi:
- flusso di gas di scarico che entra nell'ossidatore attraverso l'ingresso comune e passa in una camera rigenerativa attraverso una valvola a farfalla;
- passando poi attraverso una matrice ceramica di scambio termico, che eleva la temperatura del gas quasi alla temperatura di ossidazione;
- entrando poi nella camera di combustione, che viene mantenuta a 800–1000°C dai bruciatori, il calore ceduto diminuendo il consumo di combustibile dei bruciatori;
- quindi uscire dalla camera di combustione attraverso una seconda matrice di scambiatore di calore ceramico, cedendo la sua energia termica per essere riutilizzata per il preriscaldamento del ciclo successivo;
- rilasciando il flusso di gas pulito attraverso una valvola di scarico per lo scarico.
- L'ossidante termico recuperativo (Figura 2), comprendeva una camera di combustione, il preriscaldatore dei gas di scarico e, se del caso, uno scambiatore di calore secondario a recupero di energia, il calore trasferito continuamente al preriscaldatore. Questo sistema è particolarmente adatto per portate del flusso di gas di scarico nell'intervallo 1000-50000 Nm3/h. In genere si ottiene un recupero di calore del 50–80%.
- Motori a gas e/o caldaie a vapore, con un recupero energetico del 57–67%. Il gas di scarico viene bruciato nel motore. La concentrazione del gas in ingresso deve essere controllata per garantire che venga bruciata in modo efficiente nel motore. Se necessario, è possibile aggiungere gas naturale come combustibile di supporto o potrebbe essere necessario diluire il flusso di rifiuti. I generatori a valle producono elettricità. Il motore contiene un convertitore catalitico, principalmente per ossidare il monossido di carbonio nel flusso di gas. Il motore è accoppiato ad una caldaia a vapore per utilizzare il calore residuo dei fumi per la produzione di vapore. L'acqua di alimentazione della caldaia viene preriscaldata dall'acqua di raffreddamento del motore. Con basse temperature di combustione, la formazione di NOX è bassa. I fumi in uscita dal motore a gas vengono condotti su catalizzatori di ossidazione per ridurre il contenuto di monossido di carbonio.
Questo sistema è particolarmente adatto per flussi di gas di scarico con portate comprese tra 5,000 e 10,000 Nm3/h. In genere si ottiene un recupero di calore del 90–97% (preriscaldamento dei gas di scarico).
Design, manutenzione ed efficienza
I criteri di progettazione per un sistema di ossidazione termica dipendono principalmente dalla natura del flusso di gas di scarico (cioè caratteristiche chimiche e fisiche come dimensione delle particelle, composizione e anche caratteristiche termiche come potere calorifico e livello di umidità), che determina le condizioni di combustione.
Gli ossidatori termici devono essere ispezionati regolarmente e, se necessario, puliti per mantenere buone prestazioni ed efficienza. Quando si verificano depositi in eccesso, è necessario intraprendere azioni preventive pulendo il gas in ingresso prima che entri nell'ossidatore.
I parametri monitorati che dovrebbero attivare un allarme quando i valori impostati vengono superati includono:
Gli ossidatori termici devono essere ispezionati regolarmente e, se necessario, puliti per mantenere buone prestazioni ed efficienza. Quando si verificano depositi in eccesso, è necessario intraprendere azioni preventive pulendo il gas in ingresso prima che entri nell'ossidatore.
I parametri monitorati che dovrebbero attivare un allarme quando i valori impostati vengono superati includono:
- temperatura di combustione;
- concentrazione di COV;
- concentrazione di monossido di carbonio;
- pressione;
- alimentazione di gas liquefatto;
- alimentazione di aria compressa.
applicabilità
Tabella 1 mostra i limiti applicativi e le restrizioni associate all'ossidazione termica (adattato da EIPPCB, 2016, Tabella 3.204).
Tabella 1. Limiti applicativi e restrizioni legate all'ossidazione termica.
Tabella 1. Limiti applicativi e restrizioni legate all'ossidazione termica.
| Problema | Limiti/Restrizioni |
|---|---|
| Flusso di gas (Nm3/ H) | 90-86000 (ossidante diritto e rigenerativo) 90-86000 (ossidante termico recuperativo) |
| Temperatura (° C) | 900-1200 |
| Pressione (MPa) | atmosferico |
| Caduta di pressione (mbar) | 10 - 50 |
| Contenuto di particolato (Nm3/ H) | <3 |
| Tempo(i) di residenza | 0.5-2 |
| Umidità relativa del gas di scarico | massimo 70% |
