INTRODUZIONE

Il sempre maggiore fabbisogno energetico richiesto dalle attività umane e la crescente cultura e sensibilità dell’opinione pubblica nei confronti delle tematiche ambientali, hanno reso indiscutibile l’adozione da parte dell’industria di misure di protezione ambientali, in particolare per la riduzione delle emissioni.

I limiti sempre più stringenti imposti dalla legislazione europea sulle emissioni gassose di SO2, Nox e particolato solido devono essere accompagnati da opportuni accorgimenti di tipo tecnico ed economico che consentano l’impiego di tecnologie sempre più avanzate per la riduzione degli inquinanti.

In quest’ottica, lo scopo di questo lavoro è quello di mettere in evidenza un sistema di trattamento dei fumi di combustione di una centrale termoelettrica di potenza media (320 MWe) e una tecnologia innovativa per l’abbattimento simultaneo ad umido di polveri ed SO2.

Tale sistema antinquinamento, risultato dell’insieme di singole tecnologie già sperimentate, è stato concepito per ridurre il più possibile le emissioni inquinanti rimanendo molto al di sotto dei limiti oggigiorno imposti, in vista di normative sempre più stringenti riguardanti le emissioni gassose.

La tecnologia proposta che verrà indicata come Processo B, viene messa a confronto, non solo da un punto di vista tecnico, ma anche economico, con un sistema di abbattimento tradizionale degli inquinanti di centrali di potenza, ovvero un sistema di desolforazione ad umido calcare/gesso, il quale si affida ad un precipitatore elettrostatico per l’abbattimento delle polveri. Quest’ultimo tipo di tecnologia, che verrà indicato come Processo A, è quello verso cui si è orientato l’ENEL per adeguarsi alle normative europee.

Il recente accordo preso dall’ENEL con la società venezuelana Bitor per l’acquisto a fini sperimentali di Orimulsion, un combustibile relativamente nuovo adatto per essere utilizzato in centrali termoelettriche, ci ha dato motivo di prenderne in considerazione i fumi di combustione. Orimulsion è un’emulsione bituminosa contenente il 30% di acqua. L’elevato potenziale inquinante di questo combustibile è rappresentato da una percentuale relativamente alta di Zolfo (2.7%) e da quantità importanti di alcuni metalli pesanti come Vanadio e Nichel.

L’utilizzo nelle centrali termoelettriche di un combustibile con tali caratteristiche non può essere preso in considerazione senza l’adozione di adeguati sistemi di desolforazione e depolverazione che limitino lo scarico all’atmosfera di grosse quantità di SO2 e di metalli pesanti insieme alle polveri. Tuttavia le caratteristiche inquinanti di Orimulsion, che di primo acchito presentano il combustibile come altamente dannoso, con un sistema di depurazione adeguato possono risultare vantaggiose: 1) l’elevata quantità di acqua presente migliora la combustione grazie al formarsi di goccioline che in camera di combustione scoppiano per evaporazione rapida. Di conseguenza si abbassa notevolmente il tenore di incombusti nei fumi. Si ha così la possibilità di recuperare come sottoprodotto della desolforazione un gesso bianco. 2) È possibile ridurre il reintegro di acqua dell’impianto di depurazione recuperando quella già presente nel combustibile. 3) Si ha la possibilità di recuperare i metalli pesanti (Ni e V) presenti nell’Orimulsion, i quali, inoltre, se non vengono precedentemente separati in precipitatori elettrostatici, fungono da catalizzatori per la reazione di ossidazione dei solfiti a solfati contribuendo alla produzione di un gesso puro valorizzabile commercialmente.

Di seguito verranno descritti i due processi di abbattimento delle emissioni inquinanti presi in considerazione per i fumi di combustione dell’Orimulsion. In modo particolare verrà delineata la tecnologia innovativa meno consolidata, mettendo in luce le caratteristiche di adeguamento ambientale che si adattano particolarmente alle caratteristiche dei fumi di combustione di Orimulsion.

In conclusione, attraverso un’analisi economica dei due sistemi di depurazione dei fumi esausti dalla centrale, osserveremo il diverso impatto che le due tecnologie hanno sull’economia della centrale quando ad essa vengono affiancate. Osserveremo come varia il costo del kWh prodotto dalla centrale nel momento in cui essa viene sottoposta ad adeguamento ambientale con l’una o l’altra tecnologia.

 

SISTEMA DI TRATTAMENTO FUMI CON PROCESSO DI DESOLFORAZIONE AD UMIDO CALCARE/GESSO (Processo A)

Il sistema di desolforazione ad umido calcare/gesso in due stadi di lavaggio è la tecnologia che maggiormente è stata presa in considerazione dall’ENEL per impianti di abbattimento di SO2 dai fumi esausti delle centrali termoelettriche italiane, e per la quale l’esperienza a livello internazionale è ormai consolidata.

L’impianto è in grado di trattare l’intera portata quantitativa dei fumi di combustione prodotti da una centrale da 320 MWe, che rappresenta la potenza media alla quale facciamo riferimento.

Il combustibile utilizzato è Orimulsion, le cui specifiche sono riportate in tabella a.

 

Tabella A Specifiche dell’Orimulsion

 

valore tipico

valore massimo

umidità, % w/w

29.0

32.0

densità(15°C), Kg/m3

1010

1013

viscosità apparente, mPas    
30°C, 20s-1

400

900

30°C, 100s-1

350

700

70°C, 20s-1

150

300

70°C, 100s-1

100

250

p.c.i. Kj/Kg

27200

25500 MIN

flash point, °C

130

122 MIN

pour point, °C

0

5

vanadio, ppm

300

360

nichel, ppm

70

90

sodio, ppm

70

80

magnesio, ppm

350

500

analisi elementare, % w/w    
carbonio

60.0

62.0

idrogeno

7.5

7.7

zolfo

2.7

3.0

azoto

0.5

0.6

ossigeno

0.2

0.6

ceneri

0.25

0.3

 

 

Il prelavatore-saturatore

La linea di trattamento del gas da depurare è dotata di un prelavatore. I fumi provenienti dall’elettrofiltro e dallo scambiatore rigenerativo vengono mandati a tale prelavatore, il quale ha il duplice scopo di saturare i gas e di operare un primo lavaggio degli stessi. Il prescrubber si incarica di abbattere alcuni inquinanti quali le ceneri volanti penetrate attraverso il precipitatore elettrostatico posto a monte dell’intero sistema di depurazione e i cloruri solubili. Questi ultimi, oltre a creare problemi di corrosione nelle apparecchiature, fanno diminuire la solubilità dell’ossigeno necessario per ossidare i solfiti e per aiutare la formazione del gesso.

 

La torre di assorbimento

All’uscita dal prelavatore, mentre le acque reflue vengono convogliate verso l’unità che provvede al loro trattamento, i gas saturi passano attraverso un separatore di gocce (demister) per ridurre al minimo i trascinamenti di liquido e con loro i cloruri in ingresso all’assorbitore. I demister sono inseriti nel tratto orizzontale del condotto fumi e vengono lavati con acqua di mare per il reintegro del prescrubber.

I fumi proseguono verso la torre di assorbimento, che normalmente è una torre a spruzzo. Nella torre di assorbimento avviene l’abbattimento della SO2, la quale viene catturata dal liquido di lavaggio alcalino (sospensione di CaCO3) andando a formare solfiti e solfati di calcio. La portata di calcare additiva nella torre viene regolata in funzione del carico di SO2 presente nei fumi in entrata al desolforatore e dall’efficienza desiderata. Tale regolazione è controllata dal pH della sospensione ricircolante: al diminuire del pH viene incrementata la portata del calcare e viceversa per garantire il desiderato grado di abbattimento di anidride solforosa.

Dalla parte inferiore della torre viene insufflata aria allo scopo di ossidare i solfiti e poter ottenere solfati e quindi gesso caratterizzato da una certa purezza commerciale. Dalla sentina della torre viene estratta una sospensione ricca di cristalli di solfato di calcio in via di formazione (CaSO2H2O) che viene mandata alla sezione di filtrazione dei solidi, della quale l’acqua di recupero viene mandata al lavaggio dei demister posti a valle della torre di assorbimento eventualmente miscelata con acqua industriale di reintegro. L’efficienza di abbattimento della SO2 che normalmente è possibile raggiungere è del 95%. I fumi depurati proseguono verso uno scambiatore rigenerativo dove vengono portati alla temperatura ottimale per poter essere immessi nell’atmosfera (vedi figura a).

 

Figura A Impianto di depurazione fumi (Processo A)

 

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SISTEMA DI TRATTAMENTO FUMI CON processo DI ABBATTIMENTO SIMULTANEO DI POLVERI E so2 IN TRE STADI DI LAVAGGIO (Processo B)

Il processo B risulta efficiente per portate non troppo elevate dei fumi da trattare; perciò la portata degli stessi esausti dall’unità di produzione di potenza, che è dell’ordine di un milione di Nm3/h per un’unità da 320 Mwe, viene divisa quantitativamente in due linee di trattamento poste in parallelo.

Il processo globale è rappresentato in figura b. Per ciascuna linea, i fumi provenienti dall’economizzatore vanno al sistema di desolforazione e simultaneo abbattimento delle polveri, all’uscita del quale incontrano un condensatore per un ulteriore abbattimento del particolato più fine. All’uscita di quest’ultimo passano al sistema di denitrificazione e poi vengono emessi all’atmosfera.

Il liquido di lavaggio a pH acido proveniente dalle due linee di desolforazione viene convogliato verso la decantazione e filtrazione del gesso ottenuto come sottoprodotto in seguito alla reazione tra SO2 e la calce utilizzata come sorbente. Una volta separati i cristalli di gesso, il liquido di lavaggio passa alla fase di decantazione degli idrossidi metallici in ambiente alcalino insieme alle condense provenienti dal condensatore. Gli idrossidi metallici fatti precipitare indiscriminatamente vanno al sistema di recupero di Vanadio, Nichel e Magnesio, nel quale vengono sciolti nuovamente e fatti precipitare in modo differenziato. Il liquido di lavaggio viene ricircolato al sistema di desolforazione.

 

Figura B Il processo globale di depurazione dei fumi di orimulsion (Processo B)

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Processo di abbattimento simultaneo di polveri e SO2 in tre stadi di lavaggio

Il processo di abbattimento simultaneo ad umido di polveri e anidride solforosa presenta il primo grande vantaggio di eliminare i grossi elettrofiltri dalla sezione di depurazione dei fumi. Come liquido di lavaggio si utilizza acqua integrata con calce per abbattere entrambi gli inquinanti. Si ha l’ulteriore vantaggio di poter sfruttare l’alcalinità delle polveri, che sono prevalentemente costituite da ossidi metallici di Calcio e Magnesio; questo non sarebbe possibile se le polveri venissero abbattute previamente nei filtri elettrostatici. Viene ridotto, quindi, il consumo di alcali per l’abbattimento di SO2. Inoltre, le polveri contengono la maggior parte dei metalli pesanti presenti inizialmente nel combustibile, ed alcuni di questi (Fe, Mn, V) agiscono come catalizzatori della reazione di ossidazione dell’anidride solforosa.

Utilizzare la calce (CaO) come reagente, invece del meno costoso e più diffuso carbonato di calcio (CaCO3), significa avere a disposizione un reagente maggiormente solubile in acqua, soprattutto per valori di pH superiori a 5-6, permettendo così di ridurre ulteriormente il tenore di SO2. Difatti il carbonato di calcio non è facilmente solubile per valori di pH troppo elevati. La sua minore solubilità costringe ad operare il lavaggio con valori molto alti del rapporto liquido di lavaggio/gas da desolforare (12-14 Kg di liquido per Kg di gas), con conseguente consumo elevato di energia per le pompe di ricircolazione dello slurry. Utilizzando CaO, è necessario un rapporto relativamente basso di soli 3 Kg di liquido per Kg di gas. Inoltre la minore solubilità del calcare non consentirebbe un abbattimento simultaneo di polveri ed SO2 poiché si avrebbero tenori di solidi sospesi troppo grandi con conseguenti elevati costi di manutenzione.

Il processo di abbattimento simultaneo di polveri e SO2 viene schematizzato nelle sue parti fondamentali in figura c.

 

 

Figura C Schema d'impianto della desolforazione con tre fasi di lavaggio

 

 

La reazione di ossidazione di SO2 a SO3 è favorita in ambiente caratterizzato da valori di pH molto bassi, compresi tra 1 e 2. D’altro canto l’assorbimento in fase liquida della SO2, avendo carattere acido, è più efficace se compiuto in un ambiente basico, con elevati valori di pH della sospensione acquosa. D’altra parte, in un tale ambiente alcalino i metalli pesanti eventualmente presenti precipiterebbero sotto forma di idrati gelatinosi difficilmente maneggiabili, per questo è preferibile abbatterli in ambiente neutro.

Da queste ultime considerazioni viene messa in evidenza la necessità di realizzare un abbattimento contemporaneo delle polveri e dell’anidride solforosa in tre stadi di lavaggio successivi, ciascuno caratterizzato da un diverso valore medio di pH. Suddividere la desolforazione in tre fasi è necessario anche al fine di poter avere disciolta in soluzione la quantità di ossigeno necessaria all’ossidazione dei solfiti a solfati. Infatti, i tre stadi di lavaggio consentono di mantenere sotto una certa soglia la concentrazione salina del liquido in modo che ciò favorisca la solubilità dei gas, tra i quali l’ossigeno. Se il lavaggio avvenisse in una unica fase, la concentrazione dei solfiti e solfati non permetterebbe un absorbimento dell’ossigeno adeguato a provvedere alla ossidazione suddetta, dovendo, perciò, ricorrere ad un insufflaggio di aria per un’ossidazione forzata.

Inoltre i tre stadi successivi consentono il raggiungimento di un efficienza globale di abbattimento degli inquinanti più alta rispetto a quella ottenibile con un unico stadio di lavaggio a parità di energia utilizzata.

 

Descrizione qualitativa del processo. Le tre fasi di lavaggio.

Il primo stadio di lavaggio avviene in un cyclonic scrubber, nel quale vengono abbattute le particelle solide più grossolane e l’80% di SO2 contenuta nei fumi. In questo stadio il pH raggiunge valori compresi tra 1 e 2, dato che la soluzione alcalina in controcorrente proviene dalle fasi di lavaggio successive dove parte della SO2 è stata abbattuta. In questo primo stadio viene favorita l’ossidazione di SO2.

I fumi passano poi in un Venturi scrubber, nel quale vengono abbattute le polveri più fini, cioè quelle in cui si trovano la maggior parte dei metalli pesanti. Questi condensano preferibilmente sulle particelle a granulometria minore, che, essendo dotate di un maggiore potere irraggiante, si trovano a temperatura inferiore rispetto all’atmosfera gassosa circostante e fungono da nuclei di condensazione dei vapori metallici formatosi in conseguenza al processo di combustione ad elevata temperatura. Ricordiamo che i vari metalli e soprattutto i relativi cloruri e solfuri sono volatili già a temperature dell’ordine dei 1000°C; inoltre possono formare tra loro eutettici che abbassano ulteriormente la temperatura di ebollizione e sublimazione. In questo secondo stadio di depurazione il valore del pH del liquido assorbente è neutro, permettendo, come abbiamo già accennato, una migliore precipitazione dei metalli abbattuti con le polveri.

Dal Venturi scrubber i fumi passano ad un secondo Cyclonic scrubber (terzo stadio di lavaggio), nel quale l’ambiente alcalino (pH = 8÷9) spinge maggiormente l’abbattimento di SO2.

La soluzione alcalina di lavaggio è in controcorrente con il flusso dei gas.

 

Condensazione del vapor d’acqua contenuto nei fumi

I fumi uscenti dall’unità di desolforazione e depolverazione ad umido in tre fasi di lavaggio entrano in un condensatore per un ulteriore abbattimento delle polveri.

L’abbattimento ad umido di particelle solide disperse in correnti gassose coinvolge due processi principali:

Il primo ha lo scopo di aumentare le dimensioni delle particelle per facilitarne la cattura. Il secondo provvede alla cattura delle particelle condizionate da parte delle goccioline di liquido.

I fumi provenienti dalla desolforazione sono già molto puliti; ma è possibile migliorare ulteriormente la qualità del gas eliminando parte del particolato solido ancora presente che non è stato possibile abbattere nelle fasi precedenti essendo quello di dimensioni minori. Ciò è realizzabile ingrossando le particelle tramite la condensazione del vapore acqueo contenuto nei fumi saturi. Il vapore condensa preferibilmente sulle polveri in quanto si trovano ad una temperatura inferiore a quella del gas circostante grazie al loro forte potere irraggiante.

Tale processo permette la diminuzione delle emissioni di metalli pesanti, i quali sono presenti in percentuale maggiore nelle polveri più fini.

La condensazione del vapor d’acqua si ottiene raffreddando i fumi in uno scambiatore-condensatore. Il liquido così ottenuto, contenente le polveri abbattute, viene separato dalla fase gas inviando i fumi raffreddati a sistemi di separazione. In seguito viene mandato alla linea del liquido in corrispondenza della fase di decantazione in cui vengono fatti precipitare gli idrossidi metallici (vedi figura b).

È stata sperimentata la possibilità di raggiungere un’efficienza d’abbattimento delle polveri residue del 90%. Nel nostro caso in modo più cauto si è considerato un rendimento dell’80%.

 

Vantaggi dell’utilizzo dello scambiatore-condensatore

Porre uno scambiatore-condensatore a valle del sistema di lavaggio principale dei fumi presenta i seguenti vantaggi: 1) Si ha una riduzione delle emissioni degli inquinanti; soprattutto quelle di metalli pesanti. Le emissioni in atmosfera di Vanadio e di Nichel rispettano abbondantemente i limiti di legge che prevedono un massimo di 5 mg/Nm3 per il Vanadio e 1 mg/Nm3 per il Nichel; 2) Venendo abbattuti i metalli pesanti insieme alle polveri, si hanno più possibilità di poterli recuperare nelle fasi successive; 3) Si recupera una buona parte dell’acqua presente nei fumi sotto forma di vapore. Non solo si recupera il liquido evaporato durante la saturazione del gas (I cyclonic scrubber), ma anche quella parte dell’acqua inizialmente contenuta nel combustibile. Ricordiamo a tal proposito che orimulsion è ricco di H2O essendo una emulsione bituminosa con il 30% d’acqua; 4) Viene ridotto il volume effettivo aspirato dai ventilatori di coda.

 

Processo di denitrificazione SCR

Il processo SCR di riduzione catalitica con ammoniaca degli ossidi di azoto NO e NO2, è riconosciuto come la più efficiente tecnologia commerciale per controllare le emissioni di Nox da impianti chimici e da sorgenti di potenza stazionarie. Nella configurazione del processo da noi trattato il reattore con il letto catalitico è posto prima del ventilatore attraverso il quale i fumi vengono mandati al camino per essere emessi all’atmosfera.

Per grandi processi industriali, tra i quali quelli per la produzione di energia, il catalizzatore di Vanadio e Titanio è risultato essere il più conveniente economicamente e allo stesso tempo quello che soddisfa le esigenze richieste.

Il gas deve essere portato alla temperatura in corrispondenza della quale il catalizzatore della reazione è attivo (tra 300 e 450 °C) e per questo motivo i fumi entranti nel reattore vengono riscaldati da quelli uscenti dallo stesso. Nonostante le reazioni di riduzione degli ossidi di azoto siano esotermiche ed all’interno del reattore si assista ad un lieve incremento di temperatura, è necessario predisporre di un apposito fornetto nel quale viene bruciato metano o altro combustibile per miscelare i fumi di questa combustione con i gas entranti nel reattore allo scopo di aumentarne la temperatura per un accettabile dimensionamento dello scambiatore rigenerativo.

 

Tabella B Composizione dei fumi emessi all’atmosfera

   

Processo A

Processo B

Portata

(Nm3/h)

1171199

1045488

T

(°C)

80

100

P

(bar)

 

1.018

O2

(% Vol)

2.93

3.02

N2

(% Vol)

70.78

77.26

CO2

(% Vol)

10.69

13.14

H2O

(% Vol)

15.58

6.37

NOx

(mg/Nm3secco)

 

120

SO2

(mg/Nm3secco)

297

48

polveri

(mg/Nm3secco)

38

5

V

(mg/Nm3secco)

3.52

0.67

Ni

(mg/Nm3secco)

0.88

0.16

 

Sistema di recupero del gesso

Quando lo slurry uscente dall’unità di lavaggio viene mandato al primo sedimentatore, in esso sono presenti i germi di CaSO4 che richiedono un certo tempo per la cristallizzazione, nella quale il solfato di Calcio ingloba molecole d’acqua dando luogo alla formazione del gesso (CaSO4·2H2O).

Data l’intenzione di recuperare alcuni tra i metalli abbattuti (V, Ni, Mg), è opportuno evitare che questi precipitino in questa prima fase di decantazione; si comprometterebbe così anche la purezza del gesso che si vuole ottenere.

Il sistema di lavaggio simultaneo di polveri e SO2 in tre stadi risulta particolarmente indicato al fine di ottenere un gesso molto puro, poiché lo slurry uscente dal primo cyclonic scrubber, e quindi inviato al decantatore, ha un pH compreso tra 2 e 4. Le condizioni di acidità fanno in modo che i metalli rimangano disciolti in soluzione e che venga completata la reazione di ossidazione dei solfiti. L’elevata purezza del gesso è dovuta in particolar modo all’assenza dei metalli pesanti e di solfiti. L’assenza di incombusti nelle ceneri di orimulsion rende più probabile l’ottenimento di un gesso bianco.

Lo scarico di fondo dei decantatori, in cui si ha la cristallizzazione e sedimentazione del gesso, è inviato ai gruppi di filtrazione comuni alle due linee di depurazione fumi.

La capacità di trattamento dei fumi globale dell’impianto prevede il funzionamento di un gruppo di filtrazione del gesso.

Viene effettuato un lavaggio della torta di gesso in tre fasi in controcorrente. Si può pensare di effettuare tale lavaggio con l’acqua industriale di reintegro che quindi inseriremo in questo punto dell’impianto.

 

Il processo di recupero di Vanadio e Nichel

Il processo di abbattimento simultaneo di SO2 e polveri in tre stadi di lavaggio, abbinato all’utilizzo di orimulsion come combustibile della centrale, ci offre importanti possibilità di recupero di alcuni tra i metalli pesanti di cui il bitume venezuelano è relativamente ricco.

La soluzione liberata dai solfati può essere adeguatamente trattata per indurre la precipitazione di Nichel, Vanadio e Magnesio.

Il processo di recupero metalli pesanti ha luogo in un’unità immediatamente successiva alla fase di decantazione dei cristalli di gesso e alla loro filtrazione (vedi figura b).

Vengono fatti precipitare indiscriminatamente gli idrossidi dei metalli, soprattutto focalizzando l’attenzione su quelli di Vanadio, Ferro, Nichel e Magnesio, cercando di migliorare la flocculazione tramite l’aggiunta di un polielettrolita a carattere anionico. Per fare ciò è necessario portare il pH a valori relativamente alti (9÷10) e questo si può ottenere aggiungendo in questo punto dell’impianto parte del sorbente utilizzato per il lavaggio fumi (Ca(OH)2).

Le acque raccolte allo sfioro del decantatore vengono rimesse in ciclo e fatte proseguire verso il sistema di desolforazione e depolverazione.

I vari metalli separati sotto forma di idrossidi vengono disciolti in soluzione acida con acido solforico. Recuperandoli, non solo se ne evita la dispersione incontrollata nell’ambiente, ma si ha la possibilità di valorizzarli nonostante non si riesca a separarli puri, ma insieme al Ferro, anch’esso contenuto nelle polveri; infatti Fe-V e Fe-Ni possono suscitare un certo interesse per l’industria siderurgica nella produzione degli acciai.

La prima operazione che si compie è quella di portare il pH ad un valore di circa 5.5 aggiungendo alla soluzione in un miscelatore un agente alcalino. In questa prima fase si ha la coprecipitazione di Fe3+, V3+, e VO2+ nelle forme idrate equivalenti.

Nella seconda fase, in cui si desidera separare il Nichel, il pH della soluzione viene portato a 9 grazie all’addizione di NaOH. Così facendo si predispone la precipitazione di Ni(OH)2 e Fe(OH)3 che previa flocculazione vengono filtrati. Ci troviamo ora con una soluzione basica in cui sono abbondantemente presenti Sodio e Magnesio.

È possibile separare il Magnesio in una terza fase, simile alle prime due, nella quale, per mezzo dell’aggiunta di Soda caustica in un miscelatore, si porta il pH della soluzione a 11.5 facendo precipitare l’idrossido di Magnesio Mg(OH)2 insieme a quantità residue degli altri metalli che non si è riusciti a separare nelle fasi precedenti.

 

VALUTAZIONI ECONOMICHE: CONFRONTO TRA I DUE PROCESSI DI ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI INQUINANTI

Riportiamo in dettaglio in tabella c i costi di esercizio della depurazione fumi con entrambi i processi presi in considerazione espressi in millesimi di dollaro USA per kWh.

 

Tabella C Costi di esercizio della depurazione fumi

 

processo A

processo B

impianto di desolforazione

costi di gestione e manutenzione

costi per i reagenti

costi addizionali (trattamento reflui)

costo totale per la desolforazione

(mills/kWh)

2.23

0.45

0.88

3.56

(mills/kWh)

2.28

3.5

2.65

8.43

impianto di depolverazione

abbattimento ceneri

smaltimento ceneri

costo totale per la depolverazione

 

3.2

3.1

6.3

 

-

-

-

impianto di denitrificazione

combustibile riscaldamento fumi

costo totale per la denitrificazione

-

3.6

1.75

3.20

impianto di trattamento del gesso

costo totale per la filtrazione

 

1.5

 

1.5

impianto di ricupero metalli

costo lordo

ricavo vendita Ni

costo totale netto

 

-

-

-

 

1.5

-0.02

1.48

costi di esercizio totali dell’impianto di depurazione

14.96

14.61

 

 Tenendo conto della potenza assorbita dagli ausiliari dell’impianto di depurazione si è in grado di determinare il costo del kWh della centrale termoelettrica provvista di impianto di depurazione. Riassumiamo in tabella d i costi di impianto e di esercizio globali sia nel caso in cui si utilizzi un sistema antinquinamento caratterizzato dal processo A, sia nel caso in cui si utilizzi un sistema antinquinamento secondo il processo B, ponendoli entrambi a confronto con il caso zero (0) in cui non vi è alcun tipo di impianto di depurazione dei fumi della centrale.

 

Tabella D Costo totale dell’energia elettrica

 

0

Processo A

Processo B

Costo totale dell’impianto (M$)

235.2

354.6

303.4

 

mills/kWh

M$/anno

mills/kWh

M$/anno

mills/kWh

M$/anno

Costi di esercizio

dell’impianto depurazione

Costi di esercizio della centrale

Costi totali di esercizio

-

21.43

21.43

-

39.9

39.9

14.96

22.11

37.07

26.75

39.13

65.88

14.61

21.88

36.49

26.12

39.12

65.24

Ammortamento capitale proprio

2.35 M$/anno

3.55 M$/anno

3.00 M$/anno

Ammortamento capitale finanziato

16.05 M$/anno

24.2 M$/anno

20.43 M$/anno

Costo complessivo del kWh

31.52 mills/kWh

52.90 mills/kWh

49.59 mills/kWh

 

Conclusioni

Orimulsion, emulsione bituminosa con il 30% di acqua, è un combustibile altamente inquinante avendo il 2.7% di S e concentrazioni elevate di alcuni metalli tra cui spiccano Vanadio e Nichel. Le centrali termoelettriche di potenza media che ne facessero uso non potrebbero fare a meno di impianti di depurazione dei fumi esausti per poter rispettare i limiti di emissione imposti dalla Legge.

Il processo di depurazione innovativo da noi presentato, raggiunge valori di concentrazione degli inquinanti molto bassi nelle emissioni e ciò assume grande importanza se pensiamo che in futuro la situazione ambientale può richiedere un ulteriore abbassamento delle soglie di accettabilità delle emissioni di inquinanti atmosferici.

L’adeguamento ambientale della centrale rappresenta un aggravio notevole dei costi di produzione dell’energia rispetto al caso in cui non vi fosse alcun sistema antinquinamento. L’utilizzo di orimulsion renderebbe inevitabili tali aggravi a causa della sua elevata potenzialità inquinante.

Da un punto di vista ecologico il sistema di depurazione presentato è migliore e risulta incidere meno sul costo di produzione dell’energia rispetto ad alcuni processi tradizionali consolidati.

Mentre i costi di esercizio sono confrontabili, la grande differenza tra i costi d’impianto è dovuta essenzialmente alla scomparsa dell’elettrofiltro nel processo di abbattimento simultaneo di polveri ed anidride solforosa. Tale processo ci consente inoltre di poter predisporre di un sistema di ricupero di Vanadio, Nichel e Magnesio, inizialmente contenuti nelle polveri, contiguo all’impianto di depurazione.

La valorizzazione di tali metalli da un punto di vista commerciale, insieme alla valorizzazione del gesso ottenuto con un elevato grado di purezza, possono incidere positivamente nella valutazione dei costi di esercizio.

Il concetto più innovativo del processo di depurazione integrale esposto è rappresentato dalla valorizzazione dei sottoprodotti derivanti dagli inquinanti abbattuti.