Il presente documento è stato redatto nell’ambito del progetto “Studi sull’utilizzo pulito dei combustibili fossili e cattura e sequestro della CO2- Impiego sostenibile dei combustibili fossili” definito nell’Accordo Triennale tra il Ministero dello Sviluppo Economico e E.R.S.E. S.p.A. firmato il 29 Luglio 2009. L’impiego sostenibile dei combustibili fossili coinvolge diverse tematiche tra loro complementari. La prima riguarda l’incremento di efficienza degli impianti termoelettrici, la seconda il miglioramento delle tecnologie d’abbattimento. Nel primo caso, la riduzione delle emissioni si ottiene migliorando l’efficienza complessiva, a parità di energia prodotta; nel secondo caso invece per minimizzare l’impatto ambientale dei combustibili fossili s’interviene direttamente sui sistemi di abbattimento degli inquinanti presenti nei fumi di combustione. In questo rapporto sono sintetizzati i principali risultati di attività che hanno riguardato quattro argomenti su queste due tematiche: – miglioramento efficienza preriscaldatori d’aria degli impianti termoelettrici; – messa a punto di una tecnica non-intrusiva per la misura della temperatura assoluta dei gas in ingresso alla turbina; – Integrazione del catalizzatore SCR per l’abbattimento degli NOx sui fasci tubieri in centrali a combustibili fossili; – miglioramento delle prestazioni dei precipitatori elettrostatici con particolare riferimento alle particelle micrometriche e sub-micrometriche. Miglioramento efficienza preriscaldatori d’aria degli impianti termoelettrici I preriscaldatori dell’aria comburente installati nelle centrali termoelettriche, hanno il compito di riscaldare l’aria immessa nella camera di combustione con il calore sottratto ai fumi in uscita della caldaia. La principale causa di diminuzione delle prestazioni di questi componenti è la rientrata d’aria nel condotto fumi attraverso le tenute. L’entità di questi trafilamenti d’aria tende a crescere significativamente nel corso dell’esercizio, comportando riduzioni del rendimento della centrale termoelettrica che possono arrivare fino a valori del 3%. Nell’ottica di minimizzare l’incidenza di questi trafilamenti, nel periodo di riferimento è stato costruito un modello agli elementi finiti in grado di rappresentare in modo sufficientemente fedele la termo- fluidodinamica dei preriscaldatori degli impianti termoelettrici, con particolare riferimento ai fenomeni di trafilamento dell’aria fredda nei fumi caldi di combustione. Successivamente è stato individuato un profilo di un deviatore di flusso da porsi in prossimità della tenuta inferiore in grado di ridurre l’entità di questi trafilamenti. L’effettiva efficacia della soluzione proposta è stata verifica inserendo nel modello agli elementi finiti il profilo fluidodinamico di questo deviatore. Messa a punto della misura della temperatura assoluta dei gas in ingresso alla turbina La disponibilità di una misura accurata ed affidabile della temperatura dei gas caldi in ingresso alla turbina consentirebbe di ottimizzare le diverse fasi di sviluppo, messa a punto e esercizio di una turbina a gas, senza raggiungere il limite di stress termico dei materiali e dei rivestimenti. Ciò porterebbe ad ottimizzare l’efficienza del ciclo. E’ da ricordare inoltre che nell’ambito delle tecnologie di generazione che prevedono la cattura della CO 2 prima della combustione (pre-combustion), la tecnologia IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) è considerata tra le più promettenti e un elemento chiave per il miglioramento delle prestazioni degli impianti IGCC è proprio la turbina a gas. A causa delle condizioni operative particolarmente ostili non è utilizzabile un approccio tradizionale alla misura. In tale ottica, negli anni scorsi è stata avviata un’attività finalizzata allo sviluppo di una tecnica innovativa per la misura in linea della temperatura media su una sezione della macchina trasversale al flusso dei gas, basata su misure fotometriche dell’emissione infrarossa dei gas di combustione. Nel periodo di riferimento è proseguita la verifica sperimentale della tecnica di determinazione della temperatura assoluta di un gas basata sulla misura dell’emissione infrarossa a due diverse lunghezze d’onda. Prove preliminari condotte sul test rig HPMC di Siemens nell’ambito del progetto europeo HEATTOP hanno, infatti, consentito di verificare che l’andamento del segnale misurato è ben correlato con la temperatura adiabatica calcolata in base ai parametri di processo. L’attività svolta ha pertanto riguardato sia la realizzazione di ulteriori modifiche all’apparecchiatura di laboratorio precedentemente utilizzata, in modo da migliorarne le prestazioni e consentire l’esecuzione di misure sistematiche con diversi profili di temperatura, sia l’implementazione di un software per la modellizzazione dell’andamento della temperatura e dell’emissione del gas lungo la cella di prova da utilizzare per la determinazione della temperatura assoluta. Integrazione del catalizzatore SCR per l’abbattimento degli NOx sui fasci tubieri in centrali a combustibili fossili. La più efficiente tecnologia di denitrificazione dei fumi di combustione prevede l’impiego del processo di reazione catalitica selettiva (SCR). In previsione di una restrizione delle normative di legge, i più recenti impianti a ciclo combinato (attualmente privi dell’impianto di denitrificazione) sono predisposti per l’installazione di un sistema di abbattimento DeNO x -SCR all’interno della caldaia a recupero in una regione ove la temperatura dei fumi sia compresa all’interno dell’intervallo ottimale della reazione SCR. La possibilità di supportare il catalizzatore SCR sulla superficie dei fasci tubieri di scambio termico consentirebbe di installare in retrofit la tecnologia SCR anche agli impianti esistenti non predisposti minimizzando in tutti i casi, le perdite di carico caratteristiche dei catalizzatori monolitici, con il conseguente incremento del rendimento dell’impianto. Sulla base di risultati preliminari conseguiti nel precedente triennio, nel periodo di riferimento è stato avviata la messa a punto del processo di deposizione di rivestimenti catalitici mediante tecnica plasma spray in aria, partendo da una miscela di polveri reperibili sul mercato. In queste fasi di sviluppo i rivestimenti realizzati sono stati caratterizzati dal punto di vista micro strutturale. Miglioramento delle prestazioni dei precipitatori elettrostatici con particolare riferimento alle particelle micrometriche e sub-micrometriche. Le prestazioni dei filtri elettrostatici decadono significativamente in presenza di ceneri di dimensioni inferiori ai 10 µm. Sono riportate in letteratura esperienze positive circa il condizionamento dei fumi per il miglioramento delle prestazioni dei precipitatore elettrostatici mediante il dosaggio di acqua, di alcuni prodotti commerciali e di alcuni composti chimici nei fumi per incrementare la coesività e l’agglomerazione delle particelle di cenere. Tutti questi obiettivi concorrono di fatto a fornire elementi utili per progettare e/o esercire i precipitatori elettrostatici in modo da massimizzarne l’efficienza, consentendo nel contempo una riduzione dei costi d’investimento. Infatti, qualora fosse confermata la possibilità, grazie all’umidificazione, di far funzionare i precipitatori elettrostatici a velocità dei fumi più alte delle attuali, sarebbe possibile realizzare impianti di dimensioni ridotte con una conseguente riduzione di circa il 30% dei costi d’investimento senza variazioni significative dei costi d’esercizio. In ogni caso, considerando gli attuali limiti di emissione del particolato solido per grandi impianti di potenza, questa tecnologia consentirebbe il funzionamento degli attuali precipitatori elettrostatici nel rispetto della legge e con margini operativi di sicurezza evitando i costi per implementare i filtri a maniche in sostituzione degli attuali precipitatori. In quest’ottica, nel periodo di riferimento sono state effettuate delle campagne sperimentali finalizzate a valutare la reale efficacia di additivi industriali e di alcune sostanze chimiche addizionate ad acqua iniettata nei fumi al fine di ridurre la resistività della frazione fine delle ceneri leggere e aumentarne quindi l’abbattimento. In tale contesto, è stato valutato anche l’effetto del dosaggio di questi additivi sull’incremento dell’efficacia d’abbattimento delle polveri fini, per diversi valori dei principali parametri di funzionamento dell’elettrofiltro.