ITMI992688A1

ITMI992688A1 - Procedimento di determinazione della deposizione di solfati ammoniacali su superfici metalliche particolarmente per caldaie e simili

Info

Publication number: ITMI992688A1
Application number: IT1999MI002688A
Authority: IT
Inventors: Biagio Passaro; Francesca Nappini
Original assignee: Abb Sadelmi S P A
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2001-06-22
Also published as: ITMI992688A0; IT1314313B1

Description

DESCRIZIONE

Il presente trovato si riferisce ad un procedimento di determinazione della deposizione di solfati ammoniacali su superfici metalliche, particolarmente per caldaie e simili.

Come è noto, i fumi di scarico di una caldaia sono regolamentati per guanto riguarda le emissioni nocive di NOx e questo ha conseguentemente portato allo sviluppo di diversi sistemi di denitrificazione dei fumi di combustione. Alcuni di questi processi utilizzano, ad esempio, l'ammoniaca come intermedio chimico per ridurre sul catalizzatore gli ossidi di azoto (SCR). L'ammoniaca che non reagisce, in presenza degli ossidi di zolfo S0X può dare luogo alla formazione di sali ammoniacali se le condizioni di temperatura e concentrazione sono entro i limiti di stabilità per la formazione di questi sali.

Dato che le reazioni possono verificarsi all'uscita del sistema di abbattimento catalitico di una caldaia, l'eventuale formazione di sali farebbe aumentare la concentrazione di particolato nei fumi e provocherebbe lo sporcamente degli scambiatori di calore della caldaia, con inevitabile perdita di efficienza e seri problemi di corrosione.

Inoltre, la determinazione della deposizione di sali è fondamentale per poter ottimizzare, in fase di progettazione della caldaia, la georaetria degli scambiatori di calore, la posizione ottimale dei soffiatori e i sistemi di pulizia del lato fumi.

Attualmente, al fine di valutare la formazione dei sali ammoniacali si effettuano esclusivamente considerazioni di carattere termodinamico che individuano la temperatura di formazione di sali ma non danno alcuna valutazione circa la velocità di deposizione.

E' importante sottolineare come la velocità di deposizione dei sali sia un dato di estremo interesse per il progettista, in quanto se la formazione di sali è eccessiva, tali sali, che si depositano sui banchi più freddi della caldaia, dal lato fumi, devono essere manualmente rimossi da operatori specializzati, con la necessità ovviamente di interrompere il funzionamento della caldaia.

La rimozione dei sali, se troppo frequente, diventa quindi un problema grave per il funzionamento della caldaia stessa, che comporta costi di esercizio e manutenzione elevati.

Compito precipuo del presente trovato à quello di realizzare un procedimento per la determinazione della deposizione di solfati ammoniacali su superfici metalliche, particolarmente per caldaie e simili, i cui sia possibile quantificare la velocità di deposizione dei sali stessi ed effettuare una mappatura di tale deposito.

Nell’ambito di questo compito, uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un procedimento di determinazione della deposizione di solfati ammoniacali su superfici metalliche che consenta di dimensionare opportunamente la caldaia, in base al dato di velocità di deposizione ottenuto mediante il procedimento.

Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di realizzare un procedimento di determinazione della deposizione di solfati ammoniacali che consenta al progettista di determinare la geometria ottimale della caldaia ottimizzando la disposizione dei soffiatori per la rimozione dalle superfici dei banchi della caldaia di sali corrosivi.

Un altro scopo del presente trovato è quello di realizzare un procedimento di determinazione della deposizione di solfati ammoniacali su superfici metalliche che consenta di mantenere elevata l'efficienza degli scambiatori di calore, evitandone la corrosione.

Non ultimo scopo del presente trovato è quello di realizzare un procedimento di determinazione della deposizione di solfati ammoniacali su superfici metalliche, che sia di elevata affidabilità, di relativamente semplice realizzazione ed a costi competitivi.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un procedimento di determinazione della deposizione di solfati ammoniacali su superfici metalliche, particolarmente per caldaie e simili comprendenti banchi scambiatori di calore, la cui peculiarità consiste nel fatto di comprendere le fasi che consistono nel: utilizzando un piattaforma software, acquisire in un ambiente informatico le specie chimiche reagenti e il prodotto di reazione;

calcolare la temperatura critica alla quale inizia la deposizione del prodotto di reazione;

calcolare la temperatura di parete dei banchi scambiatori di calore, detta temperatura di parete rappresentando la temperatura della parete di deposizione di detto prodotto di reazione;

acquisire in detto ambiente informatico predefinito una temperatura della fase gassosa di dette specie gassose;

in base a detta temperatura critica, a detta temperatura di parete e a detta temperatura dalla fase gassosa, calcolare la velocità di deposizione di detto prodotto di reazione.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente trovato risulteranno maggiormente evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, del procedimento secondo il trovato, illustrata nell’indicato disegno, in cui l'unica figura illustra, sotto forma di diagramma di flusso, il procedimento secondo il trovato .

Con riferimento quindi all'unica figura sopra citata, il procedimento secondo il presente trovato consente di determinare il grado di sporcamente delle superfici di scambio di una caldaia, contemporaneamente ai profili termici e fluidodinamici dello scambio, e come conseguenza di determinare il carico inquinante di solfato di ammonio in corrispondenza del camino della caldaia.

In particolare, il procedimento secondo il trovato consente di definire un modello di deposizione dei solfati di ammonio, in cui sia determinabile la velocità di deposizione dei solfati di ammonio, e quindi indirettamente si possa avere una stima ottimale della quantità di sali che andrà a depositarsi in seguito all’abbattimento dei fumi mediante utilizzo di ammoniaca per l’abbattimento catalitico degli NOx in eccesso rispetto alla richiesta stechiometrica.

Il procedimento e implementabile in una piattaforma software di tipo noto nella quale è possibile preconfigurare un'ambiente informatico predefinito, che consenta di ottenere una gestione interattiva di dati e istruzioni. Il procedimento utilizza oltre alle proprietà termodinamiche delle specie chimiche interessate (NH3, S03, (NH4)2S04) con i risultati sperimentali per definire un modello di reazione superficiale del tipo:

Per semplicità di calcolo, senza perdere di generalità, nel modello indicato tutti i sali ottenuti da S03 {solfati e bisolfati) sono stati ridotti a solfato.

Una prima fase del procedimento secondo il trovato, indicata dal numero di riferimento 1, prevede 1'inserimento delle specie chimiche reagenti: ad esempio NH3, S03, H20 e quelle del sale (NH4)2S04.

Il trasporto delle specie gassose è calcolato dalla piattaforma software mentre la determinazione delle superfici e la velocità di deposizione del sale {NH4)2S04 à calcolata da una "funzione utente" compresa nell'ambiente informatico predefinito, che implementa il procedimento secondo il trovato.

La seconda fase del procedimento prevede una fase 2 di calcolo della temperatura critica Tc alla quale inizia la deposizione dei sali, e la quale dipende dalle concentrazioni degli elementi gassosi coinvolti ed è determinata risolvendo la seguente equazione in funzione dell'incognita Tc:

dove A, B, EA e ΕB sono costanti.

Dalla fase 2 del procedimento si ottiene quindi una temperatura critica Tc alla quale inizia la deposizione di sali. In una successiva fase 3 vengono calcolate la temperatura di parete Tp che rappresenta la temperatura della parete in corrispondenza della quale avviene la deposizione di sali. Successivamente viene acquisita, nell’ambiente informatico predefinito (fase 3a) la temperatura della fase gassosa Tb. Tali temperature, unitamente alla temperatura critica, consentono di determinare localmente la velocità di deposizione dei sali, seconda le due seguenti equazioni:

dove k, kQ sono costanti, Tp è la temperatura di parete e Tb è la temperatura della fase gassosa.

Due equazioni distinguono due condizioni, ossia se la temperatura della fase gassosa è maggiore della temperatura di parete, o se la temperatura della fase gassosa è minore o uguale alla temperatura di parete.

Dalla fase 4 del procedimento si ottengono quindi due valori di velocità, indicati nella figura rispettivamente con VI e V2, che rappresentano le velocità di deposizione dei sali nei due casi sopra citati.

Data la bassa velocità di deposizione rispetto al flusso di massa globale, il calcolo converge in pochissime iterazioni.

Il risultato del calcolo della deposizione dei sali può essere facilmente valutato con strumenti standard in dotazione alla piattaforma software che viene utilizzata come base su cui è implementato il procedimento secondo il trovato.

Tali strumenti standard possono essere accessibili direttamente dall'ambiente informatico prdefinito, utilizzato dall'utente.

In sostanza, l'algoritmo implementato mediante il procedimento secondo il trovato considera un termine di sorgente negativo nell'equazione di trasporto della massa localizzandola sulla parete di deposizione.

Il procedimento secondo il trovato consente quindi di determinare la velocità di deposizione dei sali ammoniacali e quindi di effettuare una stima molto precisa della quantità di sali che andranno a depositarsi sui banchi della caldaia dal lato fumi, in determinate condizioni termodinamiche, con le concentrazioni di reagenti presenti nei gas in ingresso alla caldaia e a seguito dell'NH3 non reagita sul catalizzatore di NOx.

Ciò comporta il vantaggio di poter progettare in modo adeguato la geometria della caldaia e degli scambiatori di calore e la ottimale collocazione dei soffiatori per la pulizia dei banchi.

Inoltre, la previsione e quindi la progettazione ottimizzata della caldaia consente di ridurre al minimo i tempi morti di non funzionamento della caldaia, che sono indispensabili per poter smaltire, rimuovendoli, i sali depositati sul fondo della caldaia dal lato fumi.

Inoltre, il procedimento secondo il trovato consente di calcolare il carico di particolato nei fumi dovuto ai solfati di ammonio.

Si e in pratica constatato come il procedimento secondo il trovato assolva pienamente il compito prefissato, in quanto permette di determinare la velocità di deposizione dei solfati di ammonio, e quindi di ottimiz

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento di determinazione della deposizione di solfati ammoniacali su superfici metalliche, particolarmente per caldaie e simili, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi che consistono nel: utilizzando un piattaforma software, inserire le specie chimiche reagenti e il prodotto di reazione; calcolare la temperatura critica alla quale inizia la deposizione del prodotto di reazione; inserire una temperatura di parete rappresentante la temperatura della parete di deposizione di detto prodotto di reazione; inserire una temperatura della fase gassosa di dette specie gassose; in base a detta temperatura critica, a detta temperatura di parete e a detta temperatura dalla fase gassosa, calcolare la velocità di deposizione di detto prodotto di reazione.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta temperatura critica dipende dalle concentrazioni delle specie gassose .
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta velocità di deposizione è calcolata nel caso in cui la temperatura della fase gassosa è superiore alla temperatura di parete e nel caso in cui la temperatura della fase gassosa è minore o uguale a detta temperatura di parete.
4. Procedimento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta velocità di deposizione è calcolata localmante su detta parete di deposizione.
5. Procedimento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta velocità di deposizione su detta parete di deposizione di detto prodotto di reazione è calcolata ad ogni cambiamento del campo di velocità, di temperatura e di concentrazione di dette specie chimiche reagenti.