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CCC/267

Standard di emissione e controllo del PM2.5 prodotto da impianti a carbone.

Xiang Zhang

Luglio 2016

Gli inquinanti prodotti dalla combustione del carbone destano da sempre una grande preoccupazione. L’industria del carbone è soggetta a stringerti limiti di legge relativi al rilascio in atmosfera di SO2, NOx, composti organici volatili tossici e di particolato (PM, particulate matter). Quest’ultimo può contenere qualcuno o tutti i composti chimici citati e in aggiunta acqua e specie organiche di origine biologica. Il PM2.5 cosiddetto “particolato fine” (composto da particelle con diametro inferiore a 2.5 mm) causa non solo inquinamento atmosferico ma provoca danni al sistema respiratorio umano, malattie al cuore e cancro. Il PM2.5 è il maggior componente dello smog in Cina. Il controllo del PM 2.5 e dei suoi precursori dagli impianti a carbone è necessario sia per l’ambiente che per l’uomo stesso, specialmente in quei paesi dove il carbone è ancora la fonte energetica principale come la Cina, l’india e il Sud Africa.

Standards

Nel corso degli ultimi decenni, sono state promulgate diverse leggi che regolano le emissioni di PM2.5 in atmosfera. Dopo la pubblicazione nel 2005 delle linee guida del World Health Organisation (WHO), le emissioni di PM2.5 sono state incluse negli standard di qualità dell’aria di numerosi paesi. Tuttavia la normativa relativa al particolato fine è ancora lacunosa e spesso fa riferimento a leggi valide per il PM 10. Il PM 2.5 comprende i composti primari e secondari. Quelli secondari sono prodotti dalla reazione chimica di SOx, NOx, VOC e ammoniaca in atmosfera. Pertanto il controllo del PM 2.5 è strettamente legato alle emissioni di ossidi di zolfo e azoto. I periodi di monitoraggio e le condizioni di riferimento oltrechè le classi di grandezza per i valori dei limiti di emissione (ELV) del PM2.5 variano da paese in paese. Molti impianti regolano le emissioni basandosi sulla vita utile. I valori standard di qualità dell’aria per il PM2.5 e i suoi precursori in Cina sono meno stringenti rispetto alle linee guida del WHO e dell’unione europea nel caso di impianti già esistenti mentre sono più stringenti nel caso di nuovi impianti

 

Standard di emissione per il PM e i suoi precursori.

 

Tecnologie di controllo

Le emissioni di PM2.5 dagli impianti a carbone possono essere controllate prima, durante e dopo la combustione. I sistemi di controllo pre-combustione si basano sulla scelta di una tipologia di carbone adeguatamente polverizzato. L’ottimizzazione della temperatura e del tempo di combustione e del carico termico in caldaia può ridurre la formazione e l’emissione di particolato fine. L’iniezione in caldaia di sorbenti ad elevate temperature porta ad un aumento delle emissioni di particolato grossolano, mentre sono ridotte le emissioni di particolato fine. Comunque sono necessari interventi post- combustione in modo da rispettare i limiti di legge.

Filtri elettrostatici (ESP) e filtri a manica (FF) sono i sistemi più comunemente utilizzati per controllare le emissioni di particolato. Un ESP può abbattere il 98% del PM2.5 se combinato con un impianto di desolforazione (FGD); mentre i FF hanno una efficienza di abbattimento superiore (sino al 99.7% per il PM2.5).

Numerose innovazioni sono state fatte per migliorare l’efficienza di rimozione dei filtri elettrostatici tra cui il condizionamento dei fumi di combustione (FGC) e i filtri a umido (WESP). Negli ultimi anni parecchia attenzione è rivolta ai filtri elettrostatici a bassa temperatura (Ultra Low temperature precipitation) che hanno anche il vantaggio di consentire il controllo degli SOx.

Il FGC implica l’iniezione di agenti chimici e/o acqua o vapore nei fumi di combustione in modo da alterare le proprietà elettriche delle ceneri leggere (fly ash), e di conseguenza ridurre la resistività delle stesse. Gli agenti chimici utilizzati sono SO3 (la più comune e conveniente in termini di costi e tempi di installazione in impianti senza una sezione di cattura ), ammoniaca e i composti del sodio. Ci sono circa 600 FGC installati nel mondo.

L’efficienza di rimozione del particolato fine può essere incrementata utilizzando sistemi di abbattimento ad umido come il WESP dopo i sistemi FGD. L’utilizzo del WESP è auspicabile in quanto rimuove anche tracce di SO3, NH3 e HCl. Ad oggi le più numerose installazioni di WESP sono in Cina.

Al fine di portare l’efficienza di rimozione al 99.99% vengono applicate in serie le due tecnologie ESP e FF. I sistemi ibridi più noti sono il Compact Hybrid Particulate Collector (COHPAC) di proprietà US-EPRI e l’Electrostatic Fabric Integrated Collector (EFIC) di proprietà China Fujian Longking, l’ESP-FF hybrid system (EFF) di proprietà China Feida. Ad oggi, ci sono circa 1700 MW di COHPAC and 25000 MW di EFIC installati al mondo. Necessitano invece di ulteriori studi e test i due sistemi innovativi Multistage Collector(MSC), Advanced Hybrid Collector (AHPC), Electrostatically Stimulated Fabric Filter (ESFF).

Le tecnologie commerciali TOXECON e ECOsystems utilizzate per il controllo multi-inquinanti hanno anche buone prestazioni in termini di rimozione di particolato fine.

Quindi per quanto non esiste una tecnologia unica e valida a livello mondiale per l’abbattimento del PM2.5, esistono ad oggi vari impianti in grado di permettere di raggiungere gli standard e i limiti di emissione dei diversi paesi. EL