ITMI991575A1 - Procedimento per l'abbattimento delle emissioni ambientali in processi di combustione con combustibili liquidi - Google Patents

Description

Descrizione del Brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo:

'PROCEDIMENTO PER L'ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI AMBIENTALI IN PROCESSI DI COMBUSTIONE CON COMBU-STIBILI LIQUIDI"

D E S C R I Z I O N E

Il presente trovato ha come oggetto un procedimento per l'abbattimento delle emissioni ambientali in processi di combustione con combustibili liquidi, nonché l'apparecchiatura utilizzata.

Come è noto, un problema che si incontra in tutti i processi di combustione, utilizzando combustibili liquidi, quali gasolio, olio fluido o olio denso, è quello relativo alle emissioni ambientali di Nox, Sox, Co, e polveri, in quanto i processi di combustione tendono ad emettere verso l'atmosfera dei composti che superano i livelli imposti dalle normative previste.

Sono già state utilizzate delle soluzioni che cercano di limitare tali emissioni, ma le suddette soluzioni in genere provocano la dispersione nell'atmosfera di altri componenti, quali ad esempio reagenti pericolosi o di valore elevato.

Il compito che si propone il presente trovato è quello di risolvere il problema sopra esposto, realizzando un procedimento di abbattimento delle emissioni ambientali in processi di combustione con combustibili liquidi, che dia la possibilità di ridurre sensibilmente il quantitativo di ossidi di azoto e di monossidi dì carbonio, trasformandoli in componenti inerti, nei confronti dell'ambiente, quali azoto, anidride carbonica e vapore acqueo.

Nell'ambito del compito sopra esposto, uno scopo del trovato è quello di realizzare un procedimento che non produca alcun tipo di effluente liquido, che non immetta in atmosfera sostanze diverse da quelle normalmente presenti e che non richieda l'impiego di reagenti pericolosi o di valore elevato.

Il presente procedimento, per le sue peculiari caratteristiche, è in grado di offrire le più ampie garanzie di affidabilità e di sicurezza nell'uso.

Non ultimo scopo del presente trovato è quello di realizzare un procedimento che sia ottenibile utilizzando elementi e materiali di comune reperibilità in commercio, e che, inoltre, sia vantaggioso, da un punto di vista economico.

Il compito sopra esposto, nonché gli scopi accennati ed altri, che meglio appariranno evidenziati in seguito, vengono raggiunti da un procedimento per l'abbattimento delle emissioni ambientali in processi di combustione con combustibili liquidi, secondo il trovato, caratterizzato dal fatto che esso prevede di iniettare una soluzione acquosa di urea mediante un fluido vettore all'interno del generatore di calore, in una zona in cui i prodotti di combustione hanno una temperatura compresa tra 800° e 1000°C.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'oggetto del presente trovato risulteranno maggiormente evidenziati attraverso un esame della descrizione di un procedimento di abbattimento delle emissioni ambientali in processi di combustione con combustibili liquidi, nonché dell'apparecchiatura utilizzata, illustrata a titolo indicativo, ma non limitativo, con l'ausilio dei disegni allegati, in cui:

la figura 1 rappresenta schematicamente l'apparecchiatura, secondo il trovato;

la figura 2 evidenzia la camera di combustione alla quale è applicato l'iniettore a lancia, per la realizzazione del procedimento;

la figura 3 rappresenta schematicamente, in sezione, il particolare dei mezzi di orientamento dell'iniettore a lancia; la figura 4 rappresenta schematicamente, in sezione, un iniettore a lancia;

la figura 5 evidenzia il particolare terminale dell'iniettore a lancia ed in essa è evidenziata l'intercapedine di raffreddamento.

Con particolare riferimento ai simboli numerici delle suddette figure, il procedimento per l'abbattimento delle emissioni ambientali in processi di combustione con combustibili liquidi, consiste sostanzialmente nell'iniettare una soluzione acquosa di urea, per mezzo di acqua o aria, in una zona del generatore di calore in cui la temperatura dei prodotti della combustione è compresa tra gli 800° ed i 1000°C.

La soluzione di urea, che viene iniettata in un ambiente ad alta temperatura, si decompone in ammoniaca ed in anidride carbonica secondo la reazione:

La presenza di ammoniaca nei prodotti della combustione ad alta temperatura innesca, in brevissima successione temporale, le seguenti reazioni con l'ossigeno e l'idrogeno, provocando la formazione di vapore acqueo ed azoto:

Le reazioni in precedenza indicate sono tutte fortemente esotermiche ed, in termini in consumo, un 1 kg di urea pura al 100% equivale a 0,567 kg di ammoniaca pura al 100%.

L'intervallo di temperatura ottimale è quello compreso tra 800° e 1000°C, in quanto a temperature più basse non si avrebbe il completamento del processo di conversione, non garantendo quindi una resa di abbattimento sufficiente.

A temperature più elevate, da una parte, l'ammoniaca si combina per un 5-10% con l'ossigeno, secondo la reazione:

contribuendo alla formazione degli ossidi di azoto, e dall'altra parte, la soluzione di urea rischia di cristallizzarsi ancor prima di essere vaporizzata all'interno del generatore di calore.

Oltre alla reazione chimica sopra descrìtta, si verifica anche una reazione fisica determinata dalla violenta vaporizzazione dell'acqua, dovuta alla sua nebulizzazione ed al contatto con un ambiente ad alta temperatura, che provoca una riduzione delle molecole del combustibile.

Per tali motivi viene migliorata l'efficienza di combustione e vengono ridotte in modo consistente le emissioni di incombusti solidi e gassosi.

L'iniezione della soluzione acquosa di urea può avvenire con un fluido vettore, che può essere costituito da aria o da acqua, e da polverizzazione all'interno del generatore di calore.

La suddetta iniezione viene realizzata con un iniettore di forma e/o lunghezza differente, che deve essere posizionato in funzione del tipo di bruciatore utilizzato.

E' preferibile utilizzare una soluzione acquosa di urea, preparata utilizzando acqua addolcita ed urea, ai posto di urea pura per risolvere sia i problemi di stoccaggio in centrale termica, sia i problemi di iniezione.

Infatti, l'urea pura cristallizza a temperature inferiori a 0° e superiori a 80°, mettendo così a rischio i serbatoi di contenimento, se non riscaldati.

Anche lo stesso iniettore, con l'ultima parte del circuito di distribuzione, verrebbe intasato dopo pochi minuti di funzionamento.

La soluzione acquosa di urea, con urea presente al 40% in peso, permette di evitare la cristallizzazione del prodotto fino a temperature di -5°C, risolvendo il problema dello stoccaggio in centrale termica.

Inoltre, la soluzione acquosa con quella percentuale, permette di iniettare il prodotto in zone del generatore in cui le temperature medie sono intorno ai 1000°C, mantenendo la temperatura del composto inferiore a 80° C.

La quantità di liquido iniettata deve essere sempre inferiore al 20% in peso della quantità del combustibile introdotta in camera di combustione e dovrà comunque essere ottimizzata, di volta in volta, al momento dell'accensione e dell'applicazione pratica.

Per eseguire il dosaggio della soluzione, viene previsto un iniettore catalitico, indicato globalmente con il numero di riferimento 1 .

Quest'ultimo, alla sua estremità, presenta un ugello 2 per limmissione della soluzione di urea, che proviene da un serbatoio di stoccaggio 3 della soluzione acquosa di urea, nel quale pesca una pompa dosatrice 4.

Sul condotto di mandata della pompa dosatrice 4, si innesta, tramite l'interposizione di una valvola di intercettazione 5, un condotto 6, per l'immissione di acqua in pressione.

L'iniettore presenta, inoltre, un secondo ingresso 10, affiancato all'ugello 2, per l'immissione di aria in pressione, tramite un compressore 1 1 .

La lancia 1 presenta una camicia interna 20, nella quale viene immessa la soluzione acquosa di urea, ed un tubo esterno 21 , che realizzano una intercapedine 22 per il raffreddamento, eventualmente in comunicazione con un imbocco 23 per l'immissione di aria di raffreddamento.

Nell'intercapedine è possibile prevedere un elemento isolante o altri sistemi, che consentono di mantenere l'iniettore ad una temperatura inferiore agli 80°.

Per facilitare la connessione all'interno del generatore di calore, indicato con 30, sull'iniettore viene connesso un corpo sferico 31 che consente, mediante il suo fissaggio in una sede sferica 32, di eseguire l'orientamento desiderato dell'iniettore.

Il dosaggio della soluzione viene effettuato mediante l'iniettore 1 .

La soluzione acquosa di urea, pressurizzata dalla pompa dosatrice 4, viene nebulizzata con l'ausilio di acqua o di aria a seconda delle applicazioni, come meglio verrà chiarito in seguito.

La pompa dosatrice potrà avere poi una regolazione manuale o una regolazione automatica, che interagiscono con la velocità di rotazione della pompa o attraverso una leva o un inverter gestito da PLC.

Questa seconda possibilità permette al sistema di adeguarsi automaticamente alla portata del combustibile e quindi al variare delle condizioni di regime.

Nella caldaie a tubi di fumo, viene preferibilmente utilizzato come fluido vettore l'acqua.

All'accensione del bruciatore, si apre il circuito di alimentazione dell'acqua, agendo sull'elettrovalvola 5 e quello della soluzione dell'urea, attivando la pompa dosatrice 4.

La regolazione della pompa dosatrice deve essere tale da poter fornire fino al 5% in volume della portata effettiva della pompa di combustibile, sia in regime stazionario, sia in regime transitorio.

Ovviamente, la percentuale esatta di soluzione acquosa di urea immessa è in funzione del tipo di gruppo termico e dei risultati che si vogliono ottenere.

La quantità di acqua che si deve miscelare è soggetto alla temperatura di iniezione del generatore, che deve essere inferiore a 80° C.

All'arresto del bruciatore, per evitare che un suo riscaldamento possa deformare l'iniettore o cristallizzare al suo interno una miscela di acqua e urea, viene arrestata in primo luogo la pompa dosatrice 4.

Con un ritardo temporizzato di 30 secondi avviene il fermo dell'iniezione di acqua, in modo da pulire bene dall'urea l'iniettore.

Successivamente, viene iniettata all'interno aria per circa 10 minuti.

Nel caso di utilizzazione di una caldaia a tubi d'acqua, si ha un principio di funzionamento analogo a quello in precedenza descritto, con l'eccezione che, essendo le geometrie del generatore e delle camere di combustione notevolmente più grandi di quelle dei generatori a tubi di fumo, è preferibile utilizzare come fluido vettore l'aria e non l'acqua.

Le proporzioni di soluzione acquosa di urea, rispetto al combustibile bruciato, rimangono invariate.

L'iniettore non deve funzionare, senza potere essere raffreddato o attraverso l'aria o attraverso l'acqua.

Inoltre, l'iniettore, per avere l'efficacia richiesta, viene regolato in penetrazione ed in angolazione, rispetto alla zona interna del generatore, dove si sviluppa la fiamma, utilizzando lo snodo sferico.

Da quanto in precedenza esposto, si vede quindi come il trovato raggiunga gli scopi proposti.

In particolare, si sottolinea che viene realizzato un procedimento che consente abbattimenti ottimali di tutti gli inquinanti, portando così i processi di combustione, anche con combustibili normalmente inquinanti, ad un livello assolutamente non inquinante.

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti neH'ambito del concetto inventivo.

Inoltre, tutti i particolari costruttivi potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, i materiali impiegati, nonché le dimensioni e le forme contingenti, potranno essere qualsiasi, a seconda delle esigenze.

Claims (10)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1 . Procedimento di abbattimento delle emissioni ambientali in processi di combustione con combustibili liquidi, caratterizzato dal fatto che esso consiste nell'iniettare una soluzione acquosa di urea mediante un fluido vettore all'interno del generatore di calore in una zona in cui i prodotti di combustione hanno una temperatura compresa tra 800° e 1000°C.
2. 2. Procedimento, secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che la suddetta soluzione acquosa di urea è costituita da urea al 40% in peso.
3. 3. Procedimento, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la suddetta soluzione acquosa viene immessa in una percentuale inferiore al 20%, rispetto al peso del combustibile utilizzato.
4. 4. Procedimento, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, con caldaie a tubi di fumo, il fluido vettore è costituito da acqua.
5. 5. Procedimento, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, con caldaie a tubi d'acqua, il fluido vettore è costituito da aria.
6. 6. Procedimento, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la temperatura di iniezione nel generatore è inferiore a 80° C.
7. 7. Apparecchiatura per l'abbattimento delle emissioni ambientali in processi di combustione con combustibili liquidi, caratterizzata dal fatto di comprendere un iniettore a lancia presentante, ad una estremità, un ugello in comunicazione con la mandata di una pompa dosatrice pescante in un serbatoio di contenimento di una soluzione acquosa di urea, e che sulla suddetta mandata si innesta un condotto di immissione acqua, controllato da una elettrovalvola, a detto iniettore essendo connessa una immissione di aria compressa proveniente da un compressore.
8. 8. Apparecchiatura, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il suddetto iniettore presenta un ingresso per l'immissione di aria in pressione.
9. 9. Apparecchiatura, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che l'iniettore comprende una canna interna, circondata da un tubo esterno, che definisce una intercapedine per l'isolamento termico della canna interna.
10. 10. Apparecchiatura, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere uno snodo sferico, accoppiabile all'iniettore, per il suo posizionamento nella camera di combustione del generatore di calore. 1 1 . Procedimento per l'abbattimento delle emissioni ambientali in processi di combustione con combustibili liquidi, nonché apparecchiatura utilizzata, caratterizzati dal fatto di comprendere una o più caratteristiche descritte e/o illustrate.