Impianti di produzione di potenza e sostenibilità

EMISSIONI

Con emissioni si intendono i rilasci in fase gassosa. Il carbone è quello che ne contiene di più in percentuale.

In generale i parametri che influenzano le emissioni sono la temperatura di combustione, la tipologia di combustibile, il

rapporto stechiometrico (aria/combustibile) di combustione e di conseguenza l’eccesso/difetto di aria. Dipendono

inoltre dalle condizioni di esercizio e dalla fase di avviamento.

Si può effettuare una stima delle emissioni annuali: ovvero emissione annua dell'inquinante = fattore di

emissione EF (che dipende dal contenuto dell'inquinante nel combustibile, dai rendimenti dei sistemi di abbattimento

primari e secondari, e dal potere calorifico) per l'attività annua A.

Le operazioni per ridurre le emissioni possono essere di 2 tipi:

Misure primarie, intervengono direttamente sul processo di combustione in cc, ottimizzando i bruciatori, i campi di

- temperatura (diminuendo la temperatura di fiamma tramite ricircolazione dei fumi o combustione a stadi, limitando

la formazione di NOx termici), i tempi di residenza o ancora il rapporto tra combustibile e comburente;

Misure secondarie, agiscono sui prodotti di combustione lungo il loro percorso per trasformarli in prodotti non

- inquinanti o rimuovendone il rilascio in atmosfera, in questo caso sono disponibili diversi processi di abbattimento

delle emissioni, come il SNCR (selective non catalytic reduction) e il SCR (selective catalytic reduction). In entrambi i

casi il punto di partenza è l’iniezione di prodotti ammoniacali (urea e ammoniaca). Vengono inoltre utilizzati

catalizzatori e filtri per la cattura delle polveri. Tra le altre tipologie di filtri troviamo quelli a maniche, realizzati da

sacche di tessuto, ed elettrostatori.

I principali inquinanti atmosferici sono:

- Il particolato atmosferico, largamente presente nelle aree urbane, formato da polveri di varia dimensione originate da

azioni antropiche (primarie) o atmosferiche (secondarie). Queste ultime sono più sottili e dannose per l’uomo e

l’ambiente, e possono portare nel primo problemi polmonari molto gravi e in natura uniscono le piccole gocce d’acqua in

sospensione nelle nuvole creando talvolta piogge acide. I problemi sono anche di visibilità e di fotosintesi delle piante.

Riassunto Pagina 1

- i metalli pesanti

- l’ossido di zolfo (SOx), spesso presente come biossido o triossido, è un gas incolore non infiammabile ma altamente

irritante (per l’uomo anche in basse concentrazioni può provocare bronchiti e infezioni delle vie respiratorie). È il

responsabile delle piogge acide nel momento in cui si lega con l’acqua, che causa la morte delle piante. Le emissioni

derivano dal contributo di zolfo del combustibile utilizzato. Il carbone è quello che ne contiene la % maggiore.

I sistemi di abbattimento sono principalmente misure secondari:

Wet scrubbing: l'efficienza di questo processo è >90% e consiste nel far passare i prodotti di combustione

- attraverso uno scrubber dove una sospensione alcalina di carbonato di calcio permette l'assorbimento

dell'anidride solforosa con formazione di zolfo di calcio.

Spray dryer absorption: sistema di assorbimento a secco in cui si inietta dell'idrossido di calcio e di produce del

- solfito di calcio idratato, efficienza>90%

Wellam lord: si tratta di un processo rigenerativo con efficienza >97% in cui si utilizza solfito o bisolfito di sodio

- che rimuove la SO2. (è molto usato in Germania)

Processo walther: si utilizza una soluzione di ammoniaca per rimuovere l'anidride solforosa. Come sottoprodotto

- si ottiene del solfato di ammonio

Ci sono molti altri accorgimenti ora utilizzati.

- gli ossidi di azoto (NOx): (monossido di azoto (NO): incolore e inodore, non ha grandi effetti sull’uomo mentre può

provocare l’acidificazione del terreno e l’invecchiamento di edifici; biossido di azoto (NO2): colore giallognolo, reattivo

ed altamente corrosivo, può provocare malattie polmonari).

Possono seguire 3 percorsi: NO termici causati dell'aria comburente in eccesso ad alte T; Fuel NO da combustibile ;

Prompt NO ("istantanei") causati delle basse T quando il campo di T in camera di combustione non è omogeneo.

I sistemi di abbattimento sono sia

primari : combustione con bassi eccessi d'aria, riduzione della T di combustione (ricircolazione fumi o combustione

- a stadi con bruciatori a bassa produzione di NOx (LNB)).

che secondari : denitrificatori (catalitici SCR /non catalitici NSCR) a monte dei preriscaldatori d'aria, iniezione di

- vapore nella camera di combustione.

Ci sono infine i metodi Desonox che abbattono sia SOx che NOx (efficienza >95%).

- Il monossido di carbonio (CO) è un gas infiammabile e altamente tossico, che è presente negli scarichi urbani

(fortunatamente sempre in minor quantità) e nel caso di stanze poco areate con una stufa funzionante la morte delle

persone in essa presenti avviene per asfissia, mentre sull’ambiente non ha un significativo impatto. In natura viene

prodotto il CO in caso di eruzione di vulcani e incendi.

Per la cattura della CO2, si può ricorrere a:

• CCU (carbon capture and utilization)

L'IPCC (International Palnel on Climate Change) valuta gli articoli scientifici per informare i responsabili politici sullo stato

attuale dei cambiamenti climatici. Nell'UNFCCC (United Nations Framework Convention on Climate Change) le 195 'parti

della convenzione' si riuniscono ogni anno alla COP (Conferenza Delle Parti) per stabilire le concentrazioni di GHG

(GreenHouse Gases). Dopo il protocollo di Kyoto (2008-2012), l'UNFCCC ha avuto il compito di definire un nuovo

accordo mondiale. Lo ha raggiunto a Parigi nel 2015 durante la COP21, definendo per ogni paese le sue INDC (Intended

Nationally Determined Contribution), tra questi contributi uno dei più importanti è il CCS:

• CCS (carbon capture and storage)

E’ stato calcolato dall’IEA (International Energy Agency) che possa contribuire alla riduzione del 13% della quantità totale

di CO2, azzerando le emissioni dei grandi emettitori (raffinerie di idrocarburi fossili, centrali elettriche a combustibili

fossili, grandi industrie come acciaierie e cementifici).

Fasi : cattura (separazione CO2 da altri gas di scarto prodotti da impianti industriali), trasporto (compressa e trasportata

in siti per stoccaggio geologico), storage (iniettata in profonde formazioni rocciose sotterranee dette serbatoi). Nel

tempo la CO2 si discioglie nelle acque e precipita sotto forma di carbonati.

La cattura della CO2 direttamente dall'aria è un metodo promettente, ma anche l'impianti più grande del mondo

(Mammoth in Islanda) riuscirà ad estrarre solo lo 0,0001% del necessario.

Il fattore di emissione di CO2 è molto alto per la lignite (110), e va riducendosi con carbon fossile (95), olio combustibile

pesante (80), olio combustibile leggero (77), gas naturale (55). In generale diminuisce molto passando ad impianti con

cogenerazione. Riassunto Pagina 2

CENTRALI TERMOELETTRICHE A VAPORE ( /a turbogas / a ciclo combinato)

SH : Super Heater (surriscaldatore)

RH : Re Heater (risurriscaldatore)

ECON : economizer (economizzatore)

AH : Air Heater (preriscaldatore d'aria)

Ciclo Hirn

COMPONENTI

IMPIANTO

In figura è rappresentata una parte di centrale termoelettrica, in particolare sono visualizzati il percorso dell'aria

comburente e il percorso dei fumi di combustione.

L'aria comburente, tramite ventilatori viene aspirata e immessa in un condotto. Essa passerà in un 'preriscaldatore'

(statico o rigenerativo, con rotore) che ha lo scopo di riscaldarla a spese del calore contenuto nei fumi all'uscita della

caldaia; questo passaggio migliora sostanzialmente il processo di combustione e diminuisce le perdite per incombusti. Il

condotto porta l'aria calda alla cassa dei bruciatori. Nella 'camera di combustione' l'aria si miscela con il combustibile, gas

in questo caso, provocando una reazione chimica di ossidazione, innescata dai bruciatori che forniscono l'energia

necessaria. In essa le fiamme scambiano calore per irraggiamento con le pareti, costituite da tubi bollitori; in tale zona vi

è la più alta temperatura e lo scambio termico è pi intenso ed è qui che si verifica totalmente o in parte il cambiamento di

stato dell'acqua di alimento. I fumi derivanti dalla combustione, che possiedono una temperatura molto elevata,

risalgono la camera di combustione e incontrano una rientranza detta 'naso', che scherma dall'irraggiamento le tubazioni

del surriscaldatore. Il naso ha anche lo scopo di incrementare la velocità e la turbolenza del gas migliorando la

trasmissione del calore per convezione. Dopo il naso i gas entrano nel condotto orizzontale, cedendo calore ai

'surriscaldatori', sistemi costituiti da fasci tubieri che hanno lo scopo di innalzare la temperatura del vapore, in modo da

garantire un maggiore salto entalpico in turbina.

All'uscita del condotto orizzontale deviano scendendo attraverso il condotto verticale, dove è posizionato

l''economizzatore', che costituisce la prima sezione attraversata dall'acqua di alimento. Infine escono dalla caldaia e

attraversano i preriscaldatori descritti inizialmente, cedendo calore all'aria comburente.

A questo punto i fumi hanno esaurito il loro compito di trasferimento di calore. Il vapore surriscaldato viene inviato nelle

turbine a vapore per la conversione di energia termica in energia elettrica.

I fumi trasportano in sospensione una certa quantità di particelle solide (incombusti e residui della combustione); quindi,

prima di essere inviati alla ciminiera ed essere dispersi nell'atmosfera, subiscono una depurazione ad opera dei

precipitatori elettrostatici, i quali trattengono gran parte delle polveri presenti grazie all'attrazione tra particelle di carica

opposta, che vengono raccolte in tramogge ed in seguito evacuate. La ciminiera o camino rappresenta il tratto finale del

percorso dei prodotti della combustione. La sua funzione è quella di innalzare il pennacchio dei fumi ad una quota tale da

assicurarne una buona dispersione nell'atmosfera.

Per limitare l'inquinamento dell'atmosfera, in prevalenza dovuto alle polveri, all'anidride solforosa e agli ossidi di azoto

contenuti nei fumi emessi, possono essere utilizzati ulteriori accorgimenti. L'anidride solforosa viene contenuta

utilizzando combustibili a basse percentuali di zolfo o predisponendo impianti di desolforazione. Gli ossidi di azoto

vengono ridotti mediante appropriate tecniche di combustione o istallando impianti di denitrificazione.

Riassunto Pagina 3

Centrale termoelettrica a gas vs Centrale termoelettrica a carbone SCR

Riassunto Pagina 4

GENERATORE DI VAPORE

Il GDV è un organo molto importante delle centrali termoelettriche in grado di effettuare