Equazione 1Sviluppo di un modello di simulazione
del processo d'incenerimento
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IL MODELLO DI SIMULAZIONE
Struttura del modello di simulazione
Prima di procedere alla costruzione del foglio di calcolo si è proceduto a:
Come guida per raggiungere questo risultato, oltre al confronto con i tecnici potenzialmente futuri utilizzatori, si è utilizzato un manuale di visualizzazioni grafiche , che fornisce utili suggerimenti sulle tecniche di presentazione grafica.
La prima parte del modello oggetto si basa su semplici calcoli stechiometrici che permette di stimare i macroparametri di un processo d’incenerimento.
Per facilità di utilizzo, diffusione e idoneità per raggiungere gli scopi prefissati si è scelto come base informatica una semplice cartella di lavoro dell'applicativo Excel di Microsoft.
Per migliorarne la leggibilità i dati di Imput sono in carattere Blu grassetto, i dati elaborati intermedi sono in carattere rosso, i dati elaborati che determinano un risultato di particolare interesse sono in carattere rosso grassetto.
Alcune celle del foglio di lavoro sono collegate a note (triangolino rosso in alto a destra della cella) che esplicano il significato e l’uso dei dati in esse contenuti.
Si sono poi inserite delle celle di controllo per valutare la presenza di errori grossolani che possono essere commessi in fase di digitazione dei dati con messaggio in carattere porpora.
L’elaborazione ha la seguente struttura:
E’ il foglio di lavoro in cui il programma va a ricercare i dati chimici e fisici disponibili in letteratura, necessari allo sviluppi dei calcoli.
In questo foglio di lavoro sono trascritte le seguenti tabelle:
Sono state inserite per ultime alcune tabelle relative alla concentrazione delle specie NOx e CO all'equilibrio. Queste elaborazioni, pur non essendo parte del modello, forniscono alcune informazioni aggiuntive sull'andamento del processo d'incenerimento. Per comodità sono state inserite in questo foglio di lavoro.
Foglio di lavoro "Qualiquantitativa"
E’ uno dei due fogli di imput, e più precisamente in questo foglio di lavoro vengono digitati i dati relativi alle quantità e qualità di rifiuti alimentati al forno.
Sono presenti quattro tabelle.
Nella prima tabella, denominata "composizione qualiquantitativa degli RSU" vengono imputati i dati relativi alle quantità annuali di rifiuti conferiti all’inceneritore e alla composizione merceologica percentuale di questi rifiuti.
Nella seconda tabella, denominata "composizione elementare delle merceologie degli RSU umidi" vengono imputati i dati relativi alla composizione elementare delle diverse merceologie che costituiscono i rifiuti espressi in percentuale, rispetto alla frazione umida.
Nella terza tabella denominata "composizione elementare delle merceologie degli RSU secchi" vengono elaborati i dati percentuali umidi esprimendo la composizione al secco.
La quarta tabella riepiloga i quantitativi alimentati per merceologia.
I fogli di lavoro successivi acquisiscono i dati della composizione elementare della frazione secca.
Foglio di lavoro "Parametri di processo"
In questo foglio di lavoro vengono imputati i parametri operativi ambientali e gestionali relativi al forno.
Per comodità si è preferito introdurre nello stesso foglio alcuni parametri di output, direttamente legati ai primi. Tra i parametri di output rammentiamo le portate dei fumi, i bilanci termici e la stima degli inquinanti prodotti.
Foglio di lavoro "Elaborazione"
Attraverso la semplice stechiometria della reazione di combustione si ricavano i volumi di gas per ogni singola merceologia, ottenendo il volume totale dei gas di combustione e la loro composizione.
Foglio di lavoro "Auto merceologia"
E’ un foglio di lavoro dove vengono riepilogate le quantità di fumi e di calore prodotte da ciascuna merceologia componente il rifiuto.
Dall’esatta composizione dei fumi e dalla tabella dei calori sensibili, si verifica se ciascuna merceologia è in grado di autosostenere le condizioni d’incenerimento.
Foglio di lavoro "Auto rifiuti"
E’ un foglio di lavoro simile al precedente.
I dati che si elaborano sono le verifiche termiche per tipologia di rifiuti e le caratteristiche specifiche per singola merceologia come i poteri calorifici, le megacalorie per tonnellata necessarie per l’autosostentamento.
Rappresenta il riepilogo grafico del funzionamento del forno inceneritore.
Consiste in una raffigurazione schematica dell’impianto in cui appaiono i dati d input ed output più significativi del processo d’incenerimento.
In conclusione seguono i fogli di lavoro che riepilogano i dati elaborati e li rappresentano in forma grafica, i fogli di calcolo sono:
I dati di input individuati sono:
I parametri di interesse che vengono prodotti dal modello sono:
Questi parametri di output permettono di esprimere le condizioni di massimo carico d’impianto, non semplicemente come quantità di rifiuti alimentati al forno, ma con una rappresentazione più reale che correla le quantità di rifiuti alimentati al forno, la loro composizione, i parametri di conduzione del processo ed i singoli inquinanti osservati.
Costruzione del modello di simulazione
Le tabelle per avviare il modello di simulazione, che sono state prese in esame per prime, sono:
Mediante queste due tabelle si è elaborata la composizione dell'aria umida rispetto alla temperatura ed alla umidità relativa della stessa.
Tabella di composizione dell'aria umida
Per ottenere la composizione dell’aria comburente si è applicato un algoritmo di selezione che inserisce automaticamente, nella tabella 23, la pressione del vapore saturo alla temperatura ambiente digitata nel foglio di lavoro "ParametriProcesso"
Moltiplicando la pressione di vapore saturo per l'umidità relativa dell'aria, digitata sempre nel foglio "ParametriProcesso", si ottiene la pressione parziale dell’umidità atmosferica.
Equazione 1
Ottenuta la pressione del vapore nell’aria si è calcolata la percentuale in volume del vapor acqueo.
Equazione 2
e da questa la riduzione percentuale degli altri elementi presenti in atmosfera.
Equazione 3
Ottenute le percentuali dei gas in aria umida si sono calcolati i rapporti delle singole componenti rispetto all'ossigeno, valori che poi vengono utilizzati nella stechiometria di reazione.
Equazione 4
Successivamente, sempre nella stessa sezione per comodità, si è calcolato il PM dell'aria umida con una semplice media pesata dei singoli pesi molecolari rispetto alle quantità percentuali presenti nell'aria.
Equazione 5
Tabella 1: Composizione dell'aria umida
Tabelle di calcolo dei calori sensibili dei gas di combustione
Da questa tabella 2, tratta dal "M.Giua" si sono ricavate le equazioni che esprimono la correlazione tra temperatura e calore sensibile dei vari gas di combustione.
Tabella 2: Tabella di calcolo dei calori sensibili dei gas costituenti i prodotti di combustione
L'equazioni si sono ricavate con regressione polinominiale del 6° grado, per ridurre l'errore della curva ad un valore inferiore allo 0.1%, come risulta nella tabella 2.
Si sono poi impostate le formule di calcolo che permetteno di ricavare il calore sensibile per ciascun gas, dato di base per calcolare il calore necessario per scaldare i gas di combustione alla temperatura prevista per l'incenerimento ed il calore ceduto dai fumi nel recuperatore di energia, assumendo le temperature dal foglio "ParametriProcesso".
Tabella di calcolo formazione di NOx all’equilibrio.
Equazione 6
Dall'equazione 6, che rappresenta l'equilibrio chimico delle specie coinvolte nella formazione di NOx termici, si è ricavata la concentrazione di equilibrio degli NOx alle condizioni ambientali dell'inceneritore. Questo valore non è da considerarsi come il valore effettivamente presente, in quanto non tiene conto della cinetica di reazione, comunque assume importanza quando la concentrazione di NOx prodotti dall'Norg presente nei rifiuti è inferiore a questo valore.
I valori C1 e C2 sono inseriti nella tabella 3, mentre i valori X delle frazioni molari sono ricavati dal modello di simulazione.
Tabella 3: Calcolo degli NOx
Nella tabella 3 viene eseguito il calcolo degli NOx all'equilibrio introducendo i valori risultati della simulazioni delle frazioni molari dell'O2 e dell'N2 presenti nelle celle di otuput dal foglio "ParametriProcesso".
Tabella di calcolo formazione di CO all’equilibrio
Equazione 7
Dall'equazione 7, che rappresenta l'equilibrio chimico delle specie coinvolte nella formazione di CO, si è ricavata la concentrazione di equilibrio degli CO, alle condizioni ambientali dell'inceneritore. Le modalità di calcolo sono identiche a quelle descritte per L'NOx.
I valori delle costanti ed risultati dell'elaborazione sono riportati in tabella 4.
Tabella 4: Calcolo del CO
Consiste nella tabella 5 dove sono riportati i calori specifici delle scorie di combustione e dell'acqua, comprensivi del calore di evaporazione.
Tabella 5: Calori specifici ( Cp= Calore specifico; Hvap= Entalpia di evaporazione)
Questo foglio di lavoro è composto da tre tabelle, in cui si digitano i dati relativi alla quantità di rifiuti ed alla loro composizione, ed una quarta di riepilogo.
Le prime tre tabelle sono nominate:
"Composizione qualiquantitativa degli RSU"
Nella tabella 6 sono inputati i quantitativi annui conferiti al forno e le composizioni merceologiche, legno, carta, plastica, tessili, organici, fanghi, inerti, che compongono i RSU.
Tabella 6: Riepilogo qualitativo e quantitativo dei rifiuti alimentati al forno d'incenerimento
"Composizione elementare della merceologia degli RSU umidi"
Nella tabella 7 sono digitati i dati percentuali della composizione elementare di ciascuna merceologia del rifiuto. Gli elementi presi in considerazione sono C, H, O, N, S, Cl, H2O, Inerti.
I dati relativi ai fanghi di depurazione e degli inerti, in questa tabella sono ottenuti per calcolo, quindi in carattere rosso in quanto per questa tipologie si reperiscono i dati già espressi al secco.
Tabella 7: Riepilogo della composizione elementare delle merceologie costituenti i rifiuti alimentati al forno
Composizione elementare della merceologia degli RSU secchi"
Nella tabella 8, si effettua la trasformazione dei dati riferiti all'umido in dati riferiti al secco applicando l'equazione 8
Equazione 8
Tabella 8: Riepilogo della composizione dei rifiuti nelle merceologie considerate
Anche in questa tabella fanno eccezione le due merceologie "inerti" e "fanghi", che appaiono come valori inputati di colore blu.
Inoltre appare anche la colonna "scorie", che indica la percentuale di inerti non volatili, ricavati con la tecnica analitica descritta precedentemente.
Nella tabella riepilogativa 9 sono stati calcolati e sommati i quantitativi di ciascuna merceologia alimentata con ciascun rifiuto. Queste quantità annue sono quelle che vengono acquisite dal foglio di lavoro "Elaborazione".
Tabella 9: Riepilogo delle quantità di merceologie alimentate al forno
Foglio "Parametri di processo"
In questo foglio di lavoro sono inputati nelle celle inserite nelle tabelle 32 e 33 i dati fisici, relativi all'aria ambiente ed ai parametri operativi del forno, che possiamo riassumere in temperature, volumi strutturali, ore di lavoro annuo, concentrazioni di ossigeno residua.
Tabella 10. Dati relativi all'aria ambiente
Queste informazione assieme a quelle del foglio "qualiquantitativo" vengono elaborati nei fogli di calcolo successivi.
Tabella 11: Riepilogo dei dati di input relativi alla gestione ed alla struttura del forno d'incenerimento
Per comodità di uso e di visualizzazione, nello stesso foglio si sono inseriti i dati di output più significativi, calcolati nel foglio di calcolo "Elaborazione" descritto nel paragrafo 9.4, che permettono di individuare immediatamente l'effetto delle variabili di processo.
Nelle tabelle 12, 13, 14, 15, 16 sottostanti sono riepilogate le varie voci.
Tabella 12: Portate orarie dei gas di combustione e riepilogo delle condizioni di lavoro del forno
Tabella 13: Riepilogo della composizione dei gas prodotti dalla combustione alle condizioni di gestione inputate in tabella 33
Tabella 14: Energia sviluppata dal combustibile ausiliario e dai rifiuti
Tabella 15: Calore necessario per innalzare la temperatura dei gas ai valori previsti dall'incenerimento ed il calore recuperato dalla caldaia
Tabella 16. Riepilogo degli inquinanti prodotti nel forno d'incenerimento
Nelle tabelle 34, 35, 36, 37, 38, vengono evidenziate le portate, la composizione dei fumi, i bilanci termici e la stima degli inquinanti prodotti dal forno di combustione primaria.
Il foglio di lavoro è diviso in sezioni, una per ciascuna merceologia.
Nel rendiconto che segue si è preso come esempio il "Legno", l'elaborazioni che seguiranno sono una semplice reiterazioni dei calcoli basati ovviamene su dati di input diversi.
Tabella 17: Visione d'insieme dell'elaborazione stechiometrica
Per comodità di illustrazione è stato diviso in zone colorate.
Nella zona gialla, rappresentata dalla tabella 18, viene visualizzata la quantità annua complessiva della merceologia in esame conferita al forno d'incenerimento, nel caso d'esempio il legno.
Tabella 18: Quantità totale della merceologia alimentata con i vari RSU
Questa quantità, divisa per le ore di lavoro annue, inputate nel foglio "ParametriProcesso", fornisce l'alimentazione oraria, che ritroviamo alla voce kg/ora umido, di tabella 19
Tabella 19: Composizione elementare della merceologia riferita al secco
Il resto dei dati è sempre acquisito dai fogli di input precedentemente descritti. Con queste informazioni si effettuano le prime elaborazioni, raccolte in tabella 20, da cui si ottiene la merceologia, suddivisa nelle sue componenti di acqua, inerti e materia combustibile o organica.
Le formule applicate sono:
Equazione 9
Equazione 10
Equazione 11
Equazione 12
Equazione 13
Equazione 14
Tabella 20: Composizione del rifiuto in termine di combustibile, acqua e inerti
Dalla composizione elementare della merceologia su base secca si è calcolata, in tabella 43, la composizione elementare della sola frazione combustibile.
Equazione 15
Tabella 21: Composizione elementare della sola frazione combustibile
In tabella 21, dalla composizione elementare della sola frazione combustibile, per mezzo della formula di DULONG-PETIT si calcolano i poteri calorifici superiori (PCS) ed inferiori (PCI) del rifiuto.
Equazione 16
Dal valore ottenuto si detrae il calore di evaporazione dell’acqua derivante dalla reazione di combustione per ottenere il potere calorifico inferiore.
Equazione 17
Successivamente si calcolano i poteri calorifici considerando anche la quota di inerti e la quota di inerti più l'umidità.
Tabella 22: Poteri calorifici espressi sulla frazione combustibile, sulla frazione combustibile più gli inerti, sul tal quale.
Successivamente si sono determinati, in tabella 23, i volumi dei gas di combustioni in base alla stechiometria di reazione.
La reazione stechiometrica di combustione del rifiuto con formula bruta CxHyNkSjClwOz, è la seguente:
Cx x CO2,
Hy (y-w)/2 H2O,
Nkorg k NO,
Sj j SO2,
Clw w HCl
Oz = si sottrae alla quota d’ossigeno proveniente dall’aria comburente.
Da queste reazioni si calcola la quantità di ossigeno stechiometrica alla completa ossidazione proveniente dall'aria.
Equazione 18
Dal valore del coefficiente dell'ossigeno atmosferico moltiplicato per i rapporti di composizione dell’aria atmosferica, si ottengono i coefficienti della composizione dell'aria di azoto, argon, acqua atmosferica introdotta con l’ossigeno comburente.
Dal valore dei kg/h della sola quota di combustibile derivante dal rifiuto fratto il PM ottengo le Kmoli di materia combustibile introdotta nel forno.
Equazione 19
Dal prodotto delle Kmoli, per i pedici di reazione della combustione, si ottengono le kmoli di ogni elemento/sostanza presente.
Equazione 20
Dal prodotto delle Kmoli dell'elemento/sostanza per il volume molare si ottiene il volume di ogni singolo gas prodotto dalla combustione.
Equazione 21
Tabella 23: Visualizzazione della reazione stechiometrica
Infine per ottenere il volume dei fumi di combustione con ossigeno stechiometrico non rimane che sommare la quota di vapore proveniente dall’umidità del rifiuto e la quota di vapore prodotta dalla guardia idraulica, a servizio del forno primario, quando le scorie cadono nella tramoggia di raccolta.
La guardia idraulica in cui è annegata la tramoggia di scarico delle scorie d'incenerimento garantisce il raffreddamento di quest'ultime e nel contempo impedisce l'introduzione di aria in modo incontrollato da questa via.
La formula applicata per calcolare il volume di vapore prodotto è:
Equazione 22
Si ottiene così, in tabella 24, il volume fumi totale prodotto da ogni singola merceologia.
Tabella 24: Volume dei fumi di combustione prodotti dalla merceologia in esame
Per comodità, al termine di questa elaborazione, si è anche inserito il calcolo dell'energia sviluppata dal rifiuto, con la formula seguente:
Equazione 23
Il calcolo sopra dettagliato viene reiterato per le tipologie dei rifiuti e combustibili in ingresso al forno d’incenerimento, ottenendo in tal modo, previa somma delle varie componenti, il volume globale dei fumi prodotti dalla reazione di combustione, con ossigeno stechiometrico.
In accordo alle esigenze progettuali il modello prevede le seguenti tipologie di rifiuti, legno, carta, plastica, tessili, organico, fanghi, inerti.
Queste tipologie opportunamente ricombinate nelle giuste percentuali determinano le caratteristiche dei rifiuti.
Con le informazioni fin qui elaborate possiamo trarre le prime conclusioni che sono già state anticipate nel foglio di lavoro "ParametriProcessi" nelle tabelle di output.
Si è quindi proceduto a calcolare alcuni degli output che ci si prefiggeva nella stesura del modello.
Considerando che nei forni d’incenerimento si lavora sempre con un tenore di ossigeno in eccesso rispetto al valore stechiometrico, come già trattato, questo eccesso è normato da legge e deve essere superiore al 6% nei fumi umidi.
Nei processi in studio questo parametro è normalmente misurato e registrato in continuo all’interno della camera di combustione.
Il volume di aria in eccesso da introdurre è di facile determinazione, essendo a questo punto, note tutte le variabili necessarie al calcolo:
Equazione 24
Sommando questa quota a quella dei fumi di combustione si ottiene il volume degli aeriformi in tutto il loro complesso e dal momento che si conosce la composizione sia dell'aria comburente in eccesso che la composizione dei fumi di combustione, otteniamo anche la composizione percentuale di ogni componente.
Verifica parametri funzionali del forno
Dalla conoscenza delle dimensioni del forno si possono quindi ricavare importanti parametri di funzionamento del forno quali tempo di permanenza e velocità d’ingresso alle camere di postcombustione o viceversa ricavare importanti dati per il dimensionamento in fase di progettazione.
Nel primo caso è sufficiente calcolare la portata dei fumi alle condizioni di lavoro dell’inceneritore e dividerle rispettivamente per il volume geometrico della camera di postcombustione e per la sezione d’ingresso per ottenere i due parametri sopra menzionati e normati.
Equazione 25
Equazione 26
Equazione 27
Questi valori si ritrovano nelle tabelle di output inserite nel foglio "ParametriProcesso".
Calcolo del fabbisogno termico della massa alimentata al forno
Questo calcolo è fondamentale per la verifica del corretto funzionamento del forno in quanto permette di conoscere il fabbisogno termico per mantenere la temperatura operativa ottimale.
Il fabbisogno si ottiene dalla elaborazione dei seguenti dati d’imput:
portata dei fumi, composizione dei fumi, T° in ingresso della materia, T° operativa del forno, quota d’acqua presente nei rifiuti, quota di ceneri ottenuta.
Partendo dai calori sensibili di ciascun componente presente nei fumi è possibile calcolare il fabbisogno termico della miscela aeriforme di reazione per raggiungere la temperatura operativa.
I dati dei calori sensibili alle varie temperature sono stati elaborati, attraverso la tecnica di regressione polinominiale, per ottenere l'equazione che ne rappresenta l'andamento in funzione della temperatura.
Per le scorie prodotte dal forno primario, essendo queste raffreddate dall'acqua presente nella guardia idraulica, si è assunta una variazione di temperatura pari a 80°C.
Equazione 28
In questo foglio di lavoro prosegue l'elaborazione dei dati già ricavati per ottenere le informazioni acquisite in forme diverse.
Tabella 25: Composizione dei fumi e fabbisogno termico per innalzare la temperatura dei gas a quella d'incenerimento
In questa sezione si vuole ricavare la composizione dei fumi, compresa l'aria in eccesso, ed il fabbisogno termico all'incenerimento, per singola merceologia.
Dal foglio "Elaborazione" si acquisisce la composizione del gas di combustione della merceologia in esame e si rieseguono i calcoli già fatti per i fumi totali, per ottenere l'aria comburente in eccesso.
Dall'esatta composizione dei fumi e dalle quantità di ogni singola specie si calcola il fabbisogno termico.
Le tabelle che seguiranno nei fogli di lavoro successivi, rappresentano i risultati ricavati nelle varie modalità di espressione e/o più semplicemente un raggruppamento di dati.
Da questa nuova elaborazione, è possibile, attraverso una rappresentazione grafica valutare il contributo di ciascuna tipologia di merceologia alla formazione della miscela dei gas di combustione.
Figura 1: Contributo di ciascuna merceologia alla composizione dei gas di combustione espressa in Nmc/kg, (la scala di destra è riferita a CO2 e H2O, la scala di sinistra è riferita a SO2, HCl, NO)
Le tabelle che seguono rappresentano i risultati ricavati nelle varie modalità di espressione e/o più semplicemente un raggruppamento di dati d'interesse.
Tabella 26: Espressione dei poteri calorifici superiori ed inferiori delle merceologie, in funzione delle frazioni prese in esame
Tabella 27: Riepilogo della alimentazione dell'inceneritore suddivisa per merceologia
Tabella 28: Fabbisogno termico specifico per innalzare alla temperatura d'incenerimento i gas di combustione prodotti da ciascuna merceologia, espresso in Mcal per Ton di merceologia combusta
Tabella 29: Fabbisogno termico per innalzare alla temperatura d'incenerimento i gas di combustione prodotti da ciascuna merceologia
Tabella 30: Calore prodotto e necessario per innalzare la temperatura dei gas di combustione prodotto da ciascuna tipologia di rifiuto
E' la rappresentazione schematica di un forno d'incenerimento con la visualizzazione dei dati di input e di output del modello, localizzatii nelle zone di riferimento.
Nello schema rappresentato in figura 16 è riassunta la struttura di un inceneritore.
In questo schema sono evidenziati sia i dati di input che i dati di output più significativi.
La loro collocazione grafica è in relazione alla reale posizione del parametro di processo.
Figura 2
: Flow Scheet
dell'impianto
Con questo foglio di lavoro iniziano le rappresentazione grafiche di tutti i dati elaborati. Questa serie di fogli di lavoro sono costituiti da una tabella riepilogativa dei dati risultanti dalle elaborazioni già viste e dalla rappresentazione grafica dei dati riepilogati.
Tabella 31: Riepilogo calcoli termici per merceologia
Figura 3: Rappresentazione grafica della tabella 31
Tabella 32: Riepilogo calcoli termici per tipologia
Figura 4: Rappresentazione grafica della tabella 32
Questi grafici evidenziano quali delle merceologie in esame e quali tipologie di rifiuto raggiungono, in assenza di dispersioni termiche, l'autosostentamento all'incenerimento.
Le merceologie "organico" ed "inerti" sono le uniche due che richiedono un apporto energetico supplementare.
In questo foglio di lavoro sono raccolti i dati rielaborati relativi alle polveri e rappresentati graficamente. I dati sono riportati nella tabella 33 e nelle delle figure 5, 6, 7 e 8.
Tabella 33: Raccolta dei dati delle polveri per merceologia, la colonna "carico %" è la percentuale di inquinante prodotta dalla merceologia in esame rispetto al totale, la colonna "Dmedie" è la differenza tra la media senza la merceologia in esame e la media con tutte le merceologie esaminate, le restanti colonne sono descritte nelle figure 20, 21, 22, 23.
Figura 5: Produzione di polveri in kg/h per ciascuna merceologia alimentata (da tabella 33)
In figura 20 è evidenziato il contributo all'inquinante in esame rispetto alle quantità di singole merceologie, alimentate al forno d'incenerimento.
Come si nota la componente che tendenzialmente produce maggiore particolato è la plastica.
Figura 6: Concentrazione di polveri determinata da ciascuna merceologia (da tabella 33)
In figura 21 è evidenziato il contributo all'inquinante in esame, in termine di concentrazione, ottenuta dal rapporto tra polveri e fumi prodotti dalle singole merceologie, alimentate al forno d'incenerimento.
Figura 7: Produzione specifica di polveri per tonnellata di merceologia incenerita (da tabella 33)
Figura 8: Concentrazioni di polveri in assenza della merceologia in esame (azzurro) e la differenza tra concentrazione determinata dalla merceologia in esame e la media (giallo), valori negativi delle barre gialle indicano che la merceologia produce una quota di polveri inferiore alla media (da tabella 33)
In questo foglio di lavoro sono raccolti i dati rielaborati relativi agli ossidi di azoto e rappresentati graficamente. I dati sono riportati nella tabella 34 e nelle delle figure 9, 10, 11 e 12.
Tabella 34: Raccolta dei dati degli NOx per merceologia, la colonna "carico %" è la percentuale di inquinante prodotta dalla merceologia in esame rispetto al totale, la colonna "Dmedie" è la differenza tra la media senza la merceologia in esame e la media con tutte le merceologie esaminate, le restanti colonne sono descritte nelle figure 9, 10, 11, 12.
Figura 9: Produzione di NOx in kg/h per ciascuna merceologia alimentata (da tabella 34)
In figura 24 è evidenziato il contributo all'inquinante in esame rispetto alle quantità di singole merceologie, alimentate al forno d'incenerimento.
Come si nota le componenti che tendenzialmente producono maggior quantità di NOx sono la plastica, l'organico, i tessuti ed i fanghi.
Figura 10: Concentrazione di NOx determinata da ciascuna merceologia (da tabella 34)
In figura 21 è evidenziato il contributo all'inquinante in esame, in termine di concentrazione, ottenuta dal rapporto tra NOx e fumi prodotti dalle singole merceologie, alimentate al forno d'incenerimento.
Figura 11: Produzione specifica di NOx per tonnellata di merceologia incenerita (da tabella 34)
Figura 12: Concentrazioni di NOx in assenza della merceologia in esame (azzurro) e la differenza tra concentrazione determinata dalla merceologia in esame e la media (giallo), valori negativi delle barre gialle indicano che la merceologia produce una quota di NOx inferiore alla media (da tabella 34)
In questo foglio di lavoro sono raccolti i dati rielaborati relativi all'acido cloridirco e rappresentati graficamente. I dati sono riportati nella tabella 35 e nelle delle figure 13, 14, 15 e 16.
Tabella 35 Raccolta dei dati degli HCl per merceologia, la colonna "carico %" è la percentuale di inquinante prodotta dalla merceologia in esame rispetto al totale, la colonna "Dmedie" è la differenza tra la media senza la merceologia in esame e la media con tutte le merceologie esaminate, le restanti colonne sono descritte nelle figure 13, 14, 15, 16.
Figura 13: Produzione di HCl in kg/h per ciascuna merceologia alimentata (da tabella 35)
In figura 13 è evidenziato il contributo all'inquinante in esame rispetto alle quantità di singole merceologie, alimentate al forno d'incenerimento.
Come si nota la componente che tendenzialmente produce HCl è pricipalmente la plastica.
Figura 14: Concentrazione di HCl determinata da ciascuna merceologia (da tabella 35)
In figura 14 è evidenziato il contributo all'inquinante in esame, in termine di concentrazione, ottenuta dal rapporto tra HCl e fumi prodotti dalle singole merceologie, alimentate al forno d'incenerimento.
Figura 15: Produzione specifica di HCl per tonnellata di merceologia incenerita (da tabella 35)
Figura 16 Concentrazioni di HCl in assenza della merceologia in esame (azzurro) e la differenza tra concentrazione determinata dalla merceologia in esame e la media (giallo), valori negativi delle barre gialle indicano che la merceologia produce una quota di HCl inferiore alla media (da tabella 35)
In questo foglio di lavoro sono raccolti i dati rielaborati relativi agli SOx e rappresentati graficamente. I dati sono riportati nella tabella 58 e nelle delle figure 32, 33, 34 e 35.
Tabella 36: Raccolta dei dati degli SOx per merceologia, la colonna "carico %" è la percentuale di inquinante prodotta dalla merceologia in esame rispetto al totale, la colonna "Dmedie" è la differenza tra la media senza la merceologia in esame e la media con tutte le merceologie esaminate, le restanti colonne sono descritte nelle figure 17, 18, 19, 20.
Figura 17: Produzione di SOx in kg/h per ciascuna merceologia alimentata (da tabella 36)
In figura 17 è evidenziato il contributo all'inquinante in esame rispetto alle quantità di singole merceologie, alimentate al forno d'incenerimento.
Come si nota le componenti che tendenzialmente produce SOx sono la plastica e la carta.
Figura 18: Concentrazione di SOx determinata da ciascuna merceologia (da tabella 36)
Figura 19: Produzione specifica di SOx per tonnellata di merceologia incenerita (da tabella 36)
Figura 20 Figura 21 Concentrazioni di SOx in assenza della merceologia in esame (azzurro) e la differenza tra concentrazione determinata dalla merceologia in esame e la media (giallo), valori negativi delle barre gialle indicano che la merceologia produce una quota di SOx inferiore alla media (da tabella 36)
Dalle analisi effettuate sui fanghi e sulle stime di metalli rilasciati durante il processo d'incenerimento è possibile ora stimare il carico quantitativo di metalli ai depuratori, scaturiti dall'incenerimento dei fanghi di depurazione.
La quantità oraria di fango incenerito, moltiplicata per la concentrazione del metallo presente nel fango, moltiplicata per la percentuale totale di emissione ricavata con le prove di laboratorio, si predice l'emissione in mg/h di ciascun metallo esaminato, come risulta dall'equazione 39.
Equazione 29
I risultati sono riepilogati in tabella 37.
Lo stesso calcolo è ripetuto sostituendo la percentuale di emissione totale con le percentuali di emissione riscontrate nei due range di temperatura, da 20°C a 600°C, da 600°C a 950°C, come da equazioni 30 e 31.
Equazione 30
Equazione 31
I risultati sono riepilogati nelle tabelle 38 e 39.
Tabella 37: Riepilogo dell'emissione stimata dei metalli dal fango
Per emissione specifica s'intende la quantità di metallo emessa, espressa in mg per kg di rifiuto incenerito.
Ad esempio, considerando il caso dell'alluminio, dalle tabelle 37, 38, 39, possiamo affermare che l'emissione totale di metallo è pari al 20% della quantità presente nel fango, ripartita al 10 % nel range tra 20°C e 600°C ed al restante 10% nel range tra 600°C e 950°C.
Tabella 38: Emissione di metalli dai fanghi nel range di temperatura da 20°C a 600°C (vedi testo)
Nella tabella 38 si è anche stimata la composizione delle polveri emesse dai fanghi nel range di temperatura tra 20°C e 600°C; la quantità di metalli emessa è stata rapportata alla quantità di polveri determinata con la tecnica analitica descritta . In questa stima si commette un errore per difetto, perché le modalità di calcolo del particolato prodotto in questo range non tiene conto di quello prodotto per ricondensazione delle specie chimiche evaporate a temperature inferiori ai 600°C.
Tabella 39: Emissione di metalli dai fanghi nel range si temperatura da 600°C a 950°C (vedi testo)
Nelle tabelle 39 si è anche stimata la composizione delle polveri emesse dai fanghi nel range di temperatura tra 600°C e 950°C; la quantità di metalli emessa è stata rapportata alla quantità di polveri di ricondensazione calcolata come riduzione percentuale del residuo nell'incenerimento da 600°C a 950°C.
Nell'osservare le tabelle 38 e 39 si evidenzia l'arricchimento delle ceneri volanti in metalli pesanti tossici. Infatti nella tabella 38, possiamo osservare un rapporto tra i metalli tossici su non tossici è del 1,7% mentre nella tabella 39 questo rapporto sale al 3,9%.
Tabella 40: vedi testo
In tabella 40 è evidenziata la stima di metalli rilasciati dai fanghi di depurazione in termini di concentrazione, nella prima colonna sono riportate le concentrazioni riferite alla concentrazione presente in camera di combustione, nella seconda colonna le concentrazioni standarizzate (ossigeno al'11% e fumi anidri).
Il modello è stato utilizzato nella verifica delle portate e della composizione macroscopica dei gas di combustione, presso inceneritori di rifiuti industriali dell'area piemontese. Gli inceneritori scelti presentano la caratteristica di essere alimentati in termini quantitativi e qualitativi in modo omogeneo, caratteristica utile per ridurre l'errore di stima determinato dall'incertezza legata alle conoscenze dei rifiuti. La differenza di stima di questi parametri con le misurazioni effettuate in campo sono variate tra il 5% e 15%.
Una successiva verifica è stata eseguita confrontando le stime delle emissioni specifiche derivanti dalla matrice "fanghi di depurazione" con i risultati sperimentali pubblicati dall'EPA riferiti all'incenerimento dello stesso rifiuto. Le stime rientrano nell'intervallo dei dati pubblicati.