ITBO20070505A1 - Gruppo per l'abbattimento degli inquinanti dei gas di scarico di macchine a combustione interna - Google Patents
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Description
D E S C R I Z I O N E
La presente invenzione è relativa ad un gruppo per l'abbattimento degli inquinanti dei gas di scarico di macchine a combustione interna.
Il problema relativo all'inquinamento è oggi una delle priorità che il mondo industrializzato si trova ad affrontare. In particolare, è sentita l'esigenza di garantire un basso impatto ambientale agli impianti finalizzati alla produzione di energia.
A tale riguardo, va considerato che sia i grandi sia i piccoli impianti di produzione di energia elettrica sono ormai molto diffusi nei diversi bacini industriali, specialmente nei distretti non sufficientemente serviti dalle grandi reti di distribuzione, ed il problema relativo al trattamento delle loro emissioni in atmosfera è diventato un argomento all'ordine del giorno, in particolare nelle località dove sono vigenti limiti molto restrittivi. Infatti, gli impianti destinati alla produzione di energia elettrica comportano un impatto ambientale di entità non trascurabile e, come è noto, è più difficile controllare le emissioni di una grande quantità di impianti sparsi sul territorio piuttosto che di una grande centrale.
La maggior parte degli impianti di cui sopra funzionano per mezzo di grossi motori diesel, o di turbine a gas a ciclo combinato, nei cui gas di scarico generalmente si riscontrano livelli di particolato, monossido di carbonio, biossidi di zolfo e ossidi di azoto superiori dei limiti consentiti.
L'abbattimento di tali sostanze inquinanti mediante dispositivi appositi comporta un aggravio economico ulteriore per l'impianto stesso senza alcun vantaggio dal punto di vista della produzione energetica. Infatti, l'uso di catalizzatori specifici risulta particolarmente costoso sia per gli alti costi dei catalizzatori stessi sia per il fatto che sono soggetti ad avvelenamento.
Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un metodo per l'abbattimento degli inquinanti dei gas di scarico di macchine a combustione interna, le cui caratteristiche tecniche siano tali da permetterne l'inserimento all'interno di un sistema per la produzione di energia.
Oggetto della presente invenzione è un gruppo per l'abbattimento degli inquinanti dei gas di scarico di macchine a combustione interna,· il detto gruppo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere un combustore a letto fluido; una linea di conduzione dei gas di scarico atta ad alimentare il detto combustore a letto fluido con i gas di scarico provenienti da una o più macchine a combustione interna,· una linea di alimentazione di combustibile per il combustore a letto fluido,· il detto combustibile essendo atto a produrre all'interno del detto combustore a letto fluido una quantità di carbonio e di ammoniaca tali da reagire con gli ossidi di azoto per provocarne la riduzione ad azoto molecolare.
Secondo una preferita forma di realizzazione, il gruppo oggetto della presente invenzione comprende mezzi di alimentazione di carbonato di calcio nel combustibile per realizzare l'ossidazione del biossido di zolfo a solfato di calcio.
Secondo una preferita forma di realizzazione, il gruppo oggetto della presente invenzione comprende mezzi di sfruttamento del calore generato dalla combustione nel combustore per produrre vapore o riscaldare olio diatermico per alimentare un ciclo a turbina a vapore o a turbina organica.
Secondo una preferita forma di realizzazione del gruppo della presente invenzione, i gas di scarico sono immessi nel combustore a letto fluido come aria di fluidificazione.
L'esempio che segue serve a scopo illustrativo e non limitativo, per una migliore comprensione dell'invenzione con l'ausilio della figura del disegno annesso, la quale illustra in forma schematica il gruppo oggetto della presente invenzione all'interno di un impianto per la produzione di energia.
In figura è indicato con 1 nel suo insieme l'impianto oggetto della presente invenzione.
L'impianto 1 comprende sostanzialmente una o più macchine a combustione interna 2 (in figura ne è rappresentata solo una per semplicità), ad esempio motori diesel e/o turbine a gas, uno o più generatori elettrici 3 connessi a rispettive macchine a combustione interna 2, un gruppo di abbattimento degli inquinanti 4, una linea di ricircolo di acqua/vapore 5, un vaporizzatore 6, dei mezzi di riscaldamento dell 'acqua/vapore 7, ed una turbina 8 connessa ad un generatore di corrente 9 ed azionata dal vapore prodotto .
Il gruppo di abbattimento degli inquinanti 4 comprende un combustore a letto fluido 10, una linea di conduzione dei gas di scarico 11 dalle macchine a combustione interna 2 al combustore a letto fluido 10, una linea di alimentazione 12 del combustibile al combustore a letto fluido 10, un serbatoio 13 del combustibile, un sistema di alimentazione dell'aria di combustione 14, un sistema di alimentazione dell'aria secondaria 15, un sistema di raccolta delle ceneri 16, e una linea di evacuazione 17 dei gas di scarico provenienti dal combustore a letto fluido 10.
Il combustibile con il quale è alimentato il combustore a letto fluido 10 può essere o biomassa o CDR (acronimo di Combustibile Derivato dai Rifiuti), e deve essere in grado di produrre all'interno del combustore a letto fluido 10 stesso una quantità di carbonio e di ammoniaca tali da ridurre gli ossidi di azoto ad azoto molecolare e il monossido di carbonio ad anidride carbonica secondo le reazioni sotto riportate:
(abbattimento del monossido di carbonio)
2CO 02« 2C02
2CO 2NO « 2C02+N2
(abbattimento degli ossidi di azoto)
2 NO CMN2+ C02; e
4NH3+ 4 NO 02«→ 4N2+ 6H20
secondo una preferita forma di realizzazione, una quantità di carbonato di calcio viene addizionata al combustibile per permettere che all'interno del combustore avvenga l'abbattimento del biossido di zolfo secondo le reazioni sotto riportate:
(abbattimento del biossido di zolfo)
CaC03CaO CO2
CaO l/2 O2+ SO2CaS04
Per consentire l'aggiunta di una quantità determinata di carbonato di calcio al combustibile, il gruppo oggetto della presente invenzione deve comprendere un serbatoio per il carbonato di calcio, un misuratore ed un miscelatore.
Come è noto ad un tecnico del ramo, il combustore a letto fluido presenta una serie di caratteristiche di combustione tali da garantire basse emissioni e, quindi, un modesto impatto ambientale. Le vantaggiose caratteristiche peculiari della combustione a letto fluido sono relative ad una enorme superficie per la combustione e lo scambio del calore dovuta alla turbolenza generata dal letto fluido, un buon contatto tra l'aria comburente ed il combustibile dovuta alla intensa miscelazione generata nel letto fluido, una grande capacità termica del letto di sabbia in rapporto alla quantità di combustibile alimentato, ed una ottimale combustione degli effluenti grazie allo spazio libero al di sopra del letto in cui si completa la combustione dei gas generatisi durante il processo. In particolare, come carburante per accensione può essere utilizzato l'olio pesante, il propano o il gas naturale, mentre la sabbia potrà essere del tipo silicea di fiume, non triturata e secca di dimensione media dei granuli pari a 0,32 mm.
In particolare, i gas di scarico provenienti dalle macchine a combustione interna 2 vengono immessi nel combustore a letto fluido 10 in corrispondenza di una porzione sottostante una sua piastra di distribuzione dell'aria 18 sono utilizzati come aria di fluidificazione. Il combustore a letto fluido 10 innalza la temperatura dei gas di scarico fino ad un valore di circa 1000°C favorendo la riduzione degli ossidi di azoto ad azoto molecolare, l'ossidazione del biossido di zolfo a solfato di calcio e l'ossidazione del monossido di carbonio a anidride carbonica secondo le reazioni sopra riportate.
Allo scopo di assicurare una completa riduzione degli ossidi di azoto all'interno del combustore a letto fluido 10, il gruppo 4, secondo una particolare forma di realizzazione, comprende un sistema di alimentazione di urea 19 nel combustore a letto fluido 10 stesso. In particolare, il sistema di alimentazione dell'urea 19 è costituito da un serbatoio di urea 20 e da una linea di alimentazione 21. Come è noto ad un tecnico del ramo, l'urea ad alte temperature si decompone in ammoniaca la quale reagisce con gli ossidi di azoto in presenza di ossigeno per produrre azoto molecolare e acqua.
Nello specifico dell'impianto illustrato in figura, il vaporizzatore 6 è alloggiato al di sopra di una camera di combustione 22 del combustore a letto fluido 10 ed è connesso ad un serbatoio di acqua/vapore 23 per prelevarvi l'acqua ed immettervi il vapore prodotto.
I mezzi di riscaldamento dell'acqua/vapore 7 comprendono un economizzatore 24 ed un surriscaldatore 25 entrambi funzionanti con il gas di scarico proveniente dal combustore a letto fluido 4 mediante una connessione con la linea di evacuazione 16. In particolare, l'economizzatore 24 porta l'acqua ad una temperatura prossima a quella di ebollizione, e il surriscaldatore 25 porta il vapore proveniente dal serbatoio acqua/vapore 23 ad una temperatura di progetto .
La linea di evacuazione 17 comprende un gruppo di filtri a ciclone 26 e, oltre a cooperare con l'economizzatore 24 ed il surriscaldatore 25, come sopra riportato e illustrato in figura, è connessa al sistema di alimentazione dell'aria secondaria 15 mediante uno scambiatore di calore 27. Infine, la linea di evacuazione 17 termina con dei mezzi di smaltimento 28 noti e non descritto in dettaglio.
A completamento di quanto riportato in figura, la linea di ricircolo acqua/vapore 5 comprende un condensatore 29 e un gruppo di trattamento delle acque 30 illustrati schematicamente e disposti in sequenza a valle della turbina 10.
Come può apparire chiaro ad un tecnico del ramo, il gruppo di abbattimento degli inquinanti 4 oggetto della presente invenzione oltre a garantire la riduzione degli ossidi di azoto e quindi la loro non immissione nell'atmosfera, partecipa anche alla produzione di energia elettrica da parte della turbina 8 mediante il trasferimento di calore al vaporizzatore 6 e ai mezzi di riscaldamento acqua/vapore 7.
I gas di scarico provenienti dal combustore a letto fluido 10 vengono immessi nell'atmosfera dopo essere stati trattati dai mezzi di smaltimento 28 che consente l'abbattimento del particolato ben al di sotto dei limiti di legge.
II gruppo degli inquinanti della presente invenzione oltre a poter essere integrato ad un impianto per la produzione di energia come sopra riportato a puro titolo di esempio, è applicabile in diversi contesti in cui ci sia la necessità di evitare l'immissione in atmosfera degli ossidi di azoto presenti nei gas di scarico delle macchine a combustione interna.
Claims (12)
- R IV END ICA Z ION I 1. Gruppo per l'abbattimento degli inquinanti (4) dei gas di scarico di macchine a combustione interna (2); il detto gruppo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere un combustore a letto fluido (10); una linea di conduzione dei gas di scarico (11) atta ad alimentare il detto combustore a letto fluido (10) con i gas di scarico provenienti da una o più macchine a combustione interna (2); una linea di alimentazione di combustibile (12) per il combustore a letto fluido (10); il detto combustibile essendo atto a produrre all'interno del detto combustore a letto fluido (10) una quantità di carbonio e di ammoniaca tali da reagire con gli ossidi di azoto per provocarne la riduzione ad azoto molecolare.
- 2. Gruppo per l'abbattimento degli inquinanti secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di alimentazione di carbonato di calcio nel combustibile per realizzare l'ossidazione del biossido di zolfo a solfato di calcio.
- 3. Gruppo per l'abbattimento degli inquinanti secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di sfruttamento del calore (6, 23, 25, 24) generato dalla combustione nel combustore (10) per produrre vapore o riscaldare olio diatermico per alimentare un ciclo a turbina a vapore o a turbina organica.
- 4. Gruppo per l'abbattimento degli inquinanti secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i gas di scarico sono immessi nel combustore a letto fluido (10) come aria di fluidificazione.
- 5. Gruppo per l'abbattimento degli inquinanti secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto combustibile è costituito da biomassa o da CDR.
- 6. Gruppo per l'abbattimento degli inquinanti secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un sistema di alimentazione dell'urea (19) al detto combustore a letto fluido (10).
- 7. Gruppo per l'abbattimento degli inquinanti secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le dette macchine a combustione interna (2) sono costituite da motori diesel o turbine a gas.
- 8. Impianto per la produzione di energia (1) comprendente una o più macchine a combustione interna (2) connesse a rispettivi generatori di corrente elettrica (2); il detto impianto essendo caratterizzato dal fatto di comprendere un gruppo per l'abbattimento degli inquinanti come rivendicato da una delle rivendicazioni precedenti.
- 9. Impianto secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una turbina a vapore (8) connessa ad un rispettivo generatore di corrente elettrica (9) e funzionante mediante del vapore prodotto mediante lo sfruttamento del calore prodotto dal detto combustore a letto fluido (10).
- 10. Procedimento per 1'abbattimento degli inquinanti presenti nei gas di scarico di macchine a combustione interna; il detto procedimento essendo caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di redox in cui gli ossidi di azoto presenti nei gas di scarico delle dette macchine a combustione interna (2) vengono ridotti ad azoto molecolare mediante la reazione con carbonio o ammoniaca ad una temperatura di circa 1000°C.
- 11. Procedimento secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che nella detta fase redox il biossido di zolfo è ossidato a solfato di calcio e il monossido di carbonio è ossidato a anidride carbonica.
- 12. Procedimento per l'abbattimento degli inquinanti secondo la rivendicazione 10 o 11, caratterizzato dal fatto che la detta fase di riduzione e/o di ossidazione avviene all'interno di un combustore a letto fluido (10).
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