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Miglioramento delle prestazioni dei sistemi di trattamento fumi di Centrali a carbone

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Miglioramento delle prestazioni dei sistemi di trattamento fumi di Centrali a carbone

Il presente rapporto descrive le attività di Ricerca di Sistema svolte nel periodo gennaio 2008 – febbraio 2009 nell’ambito dell’Area PRODUZIONE E FONTI ENERGETICHE, una delle quattro Aree di ricerca definite nell’accordo di programma triennale tra il Ministero per lo Sviluppo Economico e CESI RICERCA S.p.A. stipulato il 21 giugno 2007, relativamente al Progetto 3: “Tecnologie per il carbone pulito”. Gli obiettivi e l’articolazione del progetto sono descritti nel documento “Piano Annuale di realizzazione 2008 ” Prot. CESI RICERCA 08002569 (Aprile 2008). L’attività 2008 descritta nel presente rapporto è la continuazione di una parte del lavoro svolto nel Progetto 3: “Fattibilità e applicazione ad impianti a carbone di tecnologie innovative per il miglioramento dell’impatto ambientale” (Allegato accordo di programma: WP 2.2) descritto nel “Piano annuale di realizzazione 2007”. Nelle precedenti attività di ricerca è stato realizzato un modello matematico che fornisce la soluzione del problema del corretto appostamento delle valvole di iniezione dell’ammoniaca nei reattori DeNO x -SCR, mediante una ottimizzazione non lineare, allo scopo di ottenere e mantenere una distribuzione di NO x in uscita al reattore la più uniforme possibile. Ciò consentirebbe da un lato la riduzione del fenomeno di slip di NH 3 e le sue dannose conseguenze ed inoltre di migliorare l’efficienza di abbattimento degli NO x . Nel periodo 2008 è stata progettata e realizzata l’interfaccia utente del modello che consente un utilizzo user- friendly del programma. Permette di visualizzare i dati di input ed output in forma grafica e di eseguire confronti e correlazioni immediate delle diverse configurazioni con un sensibile risparmio di tempo. Negli ultimi mesi di attività è stato possibile eseguire una prova in campo del programma su un impianto SCR di una centrale termoelettrica a carbone di una primaria società di produzione nazionale per verificare la validità del modello. I risultati hanno dimostrato in modo evidente l’efficacia del modello. Il programma quindi si presta come un efficace strumento di supporto agli operatori preposti al bilanciamento dei reattori SCR. In considerazione del continuo inasprimento della legislazione ambientale sui limiti delle emissioni e del fatto che gli impianti di precipitazione elettrostatica (ESP) delle polveri contenute nei fumi di combustione hanno efficienze ridotte sul particolato più fine, nel 2007 è stato realizzato un circuito pilota di simulazione della precipitazione elettrostatica di polveri (denominato CIRAC). I dati preliminari ottenuti dalle esperienze eseguite alla fine 2007 hanno mostrato una buona conformità delle prestazioni con quelle reali di impianti ESP funzionanti nelle centrali termoelettriche a carbone. Nel 2008 sono stati effettuati i test necessari per stabilire, a diverse condizioni operative di tensione e portata dei gas, le relazioni tra la resistività della cenere, la velocità di drift, la temperatura e l’umidità. Particolare attenzione è stata dedicata al miglioramento dell’efficienza dell’abbattimento del particolato. A tale scopo sono stati verificati gli effetti dell’additivazione di acqua demineralizzata nebulizzata nei fumi additivata o meno con prodotti sintetici finalizzati al miglioramento dell’efficienza di cattura. Lo strumento di rilevazione del particolato EMMIS ha consentito l’analisi granulometrica del particolato per le diverse condizioni operative. La sperimentazione su impianto pilota ha dimostrato l’efficacia dell’umidificazione dei fumi in termini di efficienza di abbattimento del particolato, in particolare per le classi inferiori a 10 µm. Complessivamente l’efficienza di abbattimento del particolato è risultata, a seconda delle condizioni operative, incrementata tra il 2% ed il 50%. Una delle positive ricadute dei risultati sul sistema di precipitazione elettrostatica è la possibilità di progettare filtri di dimensioni ridotte per la capacità di funzionare a velocità dei fumi più alte delle attuali, grazie proprio all’umidificazione. Ciò comporterebbe una riduzione di circa il 30% dei costi di investimento, ma una trascurabile riduzione dei costi operativi. La tecnologia a filtri a maniche si sta imponendo nel campo della filtrazione dei gas di combustione di grandi centrali termoelettriche a carbone, grazie allo sviluppo di nuovi materiali filtranti resistenti all’usura e alla

corrosione chimica per tempi sufficientemente lunghi. Il decadimento delle prestazioni delle maniche utilizzate nei filtri installati nelle centrali termoelettriche è il risultato combinato di più fattori: effetto termico, stress meccanico, attacco chimico ed erosione. I test che normalmente si eseguono sui tessuti delle maniche non forniscono informazioni sui fattori responsabili del degrado, ovvero dell’invecchiamento subito dai tessuti delle maniche. Con l’attività svolta, è stato possibile esaminare gli effetti di ognuno dei quattro parametri responsabili del decadimento delle prestazioni delle maniche, sia singolarmente sia in combinazione tra loro e valutarne le entità e i trend temporali. I test hanno consentito di definire il parametro di vita utile di questi componenti di impianto. I risultati ottenuti consentono di individuare alcuni criteri per indirizzare la scelta delle maniche da utilizzare nei filtri a maniche delle centrali a carbone. Dai risultati ottenuti si evince come prima indicazione che sono da privilegiare le maniche che resistono meglio all’effetto corrosivo dei gas acidi di combustione. In riferimento all’abbattimento del mercurio, l’attività è stata incentrata su test di catalizzatori SCR commerciali per la verifica e l’ottimizzazione dell’ossidazione del mercurio metallico a ionico unitamente all’abbattimento degli NO x . L’ossidazione catalitica del mercurio da elementare (Hg 0 ) a ionico (Hg 2+ ) facilita l’abbattimento di quest’ultimo nei precipitatori elettrostatici (PES) e/o attraverso la sua dissoluzione nell’acqua di processo del trattamento DeSO x ed è quindi suscettibile di ridurne significativamente la quantità emessa al camino. L’attività svolta nel periodo di riferimento è partita dal reperimento di una serie di catalizzatori SCR-DeNO x commerciali, in forma di monoliti del tipo honeycomb e a piastre, su cui effettuare prove di ossidazione del mercurio. I catalizzatori del tipo honeycomb sono stati modificati con ossido di manganese (MnO 2 ) al fine di valutare l’efficacia di tale composto nel migliorare le prestazioni dei catalizzatori nei confronti dell’ossidazione del mercurio. I risultati dei test hanno indicato, per tutti i monoliti vergini indagati, un’efficienza di conversione per la reazione Hg 0 →Hg 2- pari a circa il 50%, indipendentemente dalla tipologia (piastre o honeycomb) e dall’anno di fornitura. L‘ossido di Mn si è rivelato un efficace promotore in grado di aumentare l’ossidazione del mercurio da elementare a ionico di oltre trenta punti percentuali. Parallelamente ai test di ossidazione catalitica sui differenti catalizzatori è stata anche verificata la possibilità di misurare la concentrazione del mercurio nei fumi e determinarne la sua speciazione (in elementare e ossidato) attraverso un analizzatore in continuo commerciale. La valutazione dell’efficienza di conversione dei catalizzatori rispetto alla reazione Hg 0 →Hg 2+ mediante l’analizzatore in continuo si è rivelata appropriata fornendo valori in buon accordo con quelli ottenuti attraverso il più complesso e laborioso metodo Ontario Hydro raccomandato dalle normative di riferimento.

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