Post combustore termico rigenerativo: scelte tecnologiche e camere di combustione

E’ sempre molto utile approfondire i vantaggi e gli svantaggi di differenti tecnologie di trattamento aria, esistono però varianti progettuali e costruttive rilevanti anche all’interno della medesima tecnologia. In questo articolo descriviamo alcune importanti differenze, in termini di funzionamento e di efficienza, esistenti con riferimento agli impianti di combustione termica rigenerativa.

Funzionamento e tipologie di impianti RTO

Gli Ossidatori Termici Rigenerativi sono macchine dotate di scambiatori rigenerativi a masse ceramiche che permettono di raggiungere un alto rendimento termico, grazie alla loro capacità di accumulare e cedere calore rapidamente. Ciò avviene tramite un processo di depurazione (ossidazione delle S.O.V. a CO2 e H20 in una camera di combustione portata a 750-800 °C) e un sistema di recupero energetico basato sul riutilizzo del calore (accumulo e utilizzo ciclico in speciali “serbatoi” che chiameremo “camere”).

In base al numero di camere, si possono distinguere 2 principali tipologie di impianti termici rigenerativi che elenchiamo in ordine decrescente di efficacia di abbattimento:

• impianto a 3 camere
• impianto a 2 camere

In questo articolo proponiamo un approfondimento, completo di alcune informazioni essenziali, che potrà guidare l’utente nella scelta riferita al numero di camere da installare per il proprio impianto di abbattimento RTO. Ci soffermeremo, in particolare, sul confronto tra impianti realizzati con gli stessi principi progettuali, ma differente numero di camere.

Criticità nel processo ciclico di depurazione all’interno dell’ossidatore termico rigenerativo

E’ opportuno premettere che l’efficienza di ossidazione, ovvero di abbattimento, in camera di combustione dei composti organici volatili non sono influenzate dal numero di camere. I fattori che influenzano l’efficienza del sistema sono legati alla reazione di ossidazione vera e propria e, in particolare, al funzionamento ciclico del processo di depurazione.

Infatti, ogniqualvolta all’interno dell’impianto di abbattimento COV, si verifichi un’inversione di flusso (ovvero il flusso d’aria da depurare inverte direzione) è possibile che venga inviato al camino un volume di aria non perfettamente depurato. I motivi possono essere i seguenti:

1. Nell’istante “t1” assumiamo che l’aria stia entrando nella camera 1 e uscendo dalla camera 2. Quando invertiremo la direzione di flusso in modo da sfruttare al meglio l’energia termica accumulata nelle camere, commuteremo le valvole in modo tale che all’istante “t2” l’aria entri dalla camera 2 ed esca dalla camera 1. In questa fase transitoria di cambio, non potendo interrompere il flusso d’aria che arriva dalla produzione, ci sarà un periodo (generalmente qualche secondo) durante il quale resterà aperta (o parzialmente aperta) in ciascuna torre sia la valvola di ingresso che quella di uscita. L’aria appena entrata in una camera preferisce prendere la via dell’uscita (che non presenta ostacoli o perdite di carico) piuttosto che attraversare tutti i corpi di riempimento per arrivare alla camera di combustione dove avviene il processo di depurazione. Conseguentemente troveremo al camino una concentrazione di COV inquinanti piuttosto elevata;
2. Una volta ripristinata la corretta posizione delle valvole, il flusso d’aria tornerà ad attraversare l’impianto e quindi a venir depurato in camera di combustione. Esisterà però un certo volume d’aria, che al tempo “t1” stava scaldandosi salendo verso la camera di combustione, ma che ancora si trovava a temperature troppo basse per essere depurato, che al momento“t2” cambierà direzione e verrà spinto verso il camino insieme all’aria già depurata proveniente dall’alto (camera di combustione) andando così a peggiorare l’efficienza di depurazione.

Come ottimizzare l’efficienza di depurazione in un RTO?

L’efficienza di depurazione di un impianto di ossidazione termica rigenerativa RTO dipende da diversi fattori, quali ad esempio:

• la tenuta delle valvole
• il tempo di contatto
• la corretta miscelazione
• un’adeguata manutenzione dell’impianto

Come detto, in questo articolo confronteremo impianti RTO realizzati con gli stessi principi progettuali ma differente numero di camere.

Differenze in termini di efficienza energetica e investimento tra impianti RTO a due camere e a tre camere

Impianto RTO a due camere

Negli RTO a due camere è possibile riscontrare le criticità sopra descritte. La concentrazione al camino avrà quindi un andamento a picchi: ad ogni inversione di flusso si evidenzia infatti un picco che sarà direttamente proporzionale alla concentrazione in ingresso.

La concentrazione minima di inquinanti che si può garantire al camino, di conseguenza, è quindi strettamente legata a quella in ingresso.

Per dare un’indicazione in più si potrebbe garantire un’emissione al camino (ovviamente come media su ½ ora) < 50 mg/nm3 solo per una concentrazione in ingresso non superiore a 300-400 mg/nm3.

Sebbene il costo di tale impianto sia inferiore rispetto a quello degli RTO a tre camere, è opportuno precisare che le criticità sopra analizzate (se trascurate) spesso si traducono in maggiori costi gestione.

Impianto RTO a tre camere

E’ la soluzione più performante dal punto di vista della depurazione e assolutamente consigliata per concentrazioni di COV superiori a 3,5 – 4 g/nm3.

In questo processo, durante la fase di inversione di flusso, la camera 1 che al tempo “t1” era in ingresso, viene estromessa dal ciclo facendo passare il flusso direttamente sulla camera 3. Avrà quindi tutto il tempo di spurgare il volume d’aria presente nelle zone basse della camera 1 prima di rimetterla in ciclo. Avendo 3 ingressi e 3 uscite anche la sequenza delle valvole può essere realizzata in modo tale da evitare momenti di by pass.

L’impianto RTO a tre camere riesce a garantire i 20 mg/nm3 in uscita anche con concentrazioni in ingresso dell’ordine di 5-8 g/nm3.

Ragionevolmente, a tali livelli di efficienza consegue un maggiore investimento che, tuttavia, può essere ammortizzato considerando i minori costi di gestione di cui l’impianto necessita.

Come scegliere tra combustore termico rigenerativo a 3 camere e a 2 camere?

Scegliere un impianto per il trattamento degli inquinanti su cicli industriali a volte complessi, non è un’attività semplice: essa richiede di disporre di elevate competenze tecnologiche specialistiche, di un know-how applicativo tecnico strutturato e di un’esperienza concreta accreditata nel tempo.

E’ sempre consigliata l’esecuzione di un’analisi di fattibilità, attività strategica volta a definire la sostenibilità dell’investimento considerando l’intero ciclo di vita del prodotto.

Per scegliere il combustore termico rigenerativo in linea con le proprie esigenze di produzione è quindi indispensabile affidarsi a professionisti del settore, verificando con attenzione l’esperienza tecnica ed il curriculum aziendale dei potenziali fornitori con riferimento agli specifici ambiti tecnici di progetto.