Tecnologie di incenerimento

Nella gestione dei rifiuti gli inceneritori sono impianti principalmente utilizzati per lo smaltimento dei rifiuti mediante un processo di combustione ad alta temperatura (incenerimento) che dà come prodotti finali un effetto gassoso composto da diossine, furani, pm 10, pm 2.5, particolato ultrafine, ceneri e polveri.

In alcune tipologie di impianti il calore sviluppato durante la combustione dei rifiuti viene recuperato ed utilizzato per produrre vapore, poi utilizzato per la produzione di energia elettrica o come vettore di calore (ad esempio per il teleriscaldamento). Questi impianti con tecnologie per il recupero vengono indicati con il nome di “inceneritori di rifiuti con recupero energetico”, più comunemente “inceneritori” o anche “termovalorizzatori”, sebbene tale termine non venga mai utilizzato nella normativa europea e italiana di riferimento, nelle quali si parla solo di inceneritori.

In particolare tutti gli impianti attualmente in funzione in Italia prevedono il recupero del calore, cosa peraltro imposta dalle normative in materia già a partire dal 1997.

Tutti i termovalorizzatori sono dotati di apparecchiature per l’abbattimento degli NOx, dei microinquinanti, delle polveri, delle diossine e furani e dei gas serra.

Purtroppo alcuni impianti hanno presentato, a volte, emissioni fuori norma con alte concentrazioni di mercurio, cadmio, diossine, acido cloridrico, ecc.

In Italia sono attivi circa 60 termovalorizzatori a fronte dei 140 della Francia e dei 95 della Germania.

In Italia la gestione dei rifiuti è comunque molto problematica per l’infiltrazione della criminalità, traffici illeciti e cattiva gestione della cosa pubblica.

Le categorie principali e quantitativamente predominanti di rifiuti inceneribili sono: Rifiuti Solidi Urbani (RSU); Rifiuti speciali. Vi è poi una grande quantità di rifiuti non inceneribili (classificati “inerti”) provenienti da costruzioni e demolizioni: questi costituiscono una percentuale di circa il 30% del totale, pari a circa 30 milioni di tonnellate l’anno (dati 2014).

Prima di procedere all’incenerimento però i rifiuti possono essere trattati tramite processi speciali volti a eliminare i materiali non combustibili (vetro, metalli, inerti) e la frazione umida (la materia organica come gli scarti alimentari, agricoli, ecc.). I rifiuti trattati in questo modo sono definiti CDR (ovvero “combustibile derivato dai rifiuti”) o più comunemente ecoballe.

 

Cos’è un inceneritore

Un inceneritore è un impianto adibito allo smaltimento dei rifiuti che funziona tramite distruzione dei materiali inerti. I rifiuti, in pratica, vengono bruciati o come suggerisce la parola stessa ‘inceneriti’. Questi impianti devono rispondere a precise normative che definiscono il tipo di rifiuti che possono essere conferiti negli inceneritori. Ad esempio, è vietato incenerire materiali che durante la combustione possono sprigionare esalazioni scorie particolarmente tossiche per la salute umana. Inoltre, i fumi derivanti dalla combustione devono essere adeguatamente monitorati e filtrati secondo quanto stabilito dalla normativa vigente in materia.

 

Cos’è un termovalorizzatore

Il termovalorizzatore, invece, è un impianto dedicato allo smaltimento dei soli rifiuti solidi che utilizza un processo di incenerimento simile all’inceneritore, ma a differenza di quest’ultimo trasforma in energia elettrica il calore prodotto dalla combustione. Semplificando, il vapore creato muove delle turbine che convertono queste masse di aria calda in energia. Una differenza tutt’altro che trascurabile, dunque, visto che l’impianto di termovalorizzazione contribuisce alla produzione di energia ‘pulita’ a partire dai rifiuti.

 

Gli inceneritori più diffusi in Europa sono del tipo “a griglie”

Il forno è solitamente dotato di una o più griglie mobili (forno a “griglie”) per permettere il continuo movimento dei rifiuti durante la combustione. Una corrente d’aria forzata viene inserita nel forno per apportare la necessaria quantità di ossigeno che permetta la migliore combustione, mantenendo alta la temperatura (fino a 1000° C e più). Per permettere tali temperature, qualora il potere calorifico del combustibile sia troppo basso, talvolta viene immesso del gas metano in una quantità variabile fra i 4 e i 19 m3 per tonnellata di rifiuti. Accanto a una camera per combustione primaria viene associata una camera di combustione secondaria (camera di post-combustione), con lo scopo di completare la combustione dei fumi nel miglior rispetto della normativa vigente.

La forte emissione di calore prodotta dalla combustione di metano e rifiuti porta a vaporizzare l’acqua in circolazione nella caldaia posta a valle, per la produzione di vapore surriscaldato ad alto contenuto entalpico.

Il calore generato mette in movimento una turbina che, accoppiata a un motoriduttore e a un alternatore, trasforma l’energia termica in energia elettrica producendo corrente alternata per espansione del vapore surriscaldato.

Le componenti dei rifiuti non combustibili vengono raccolte in una vasca piena d’acqua posta a valle dell’ultima griglia. Le scorie, raffreddate in questo modo, sono quindi estratte e smaltite in discariche speciali. Ovviamente, separando preventivamente gli inerti dalla frazione combustibile si ottiene una riduzione delle scorie. L’acqua di raffreddamento (circa 2,5 m3/t) deve essere depurata prima di essere scaricata in ambiente. Le ceneri sono classificate come rifiuti speciali non pericolosi, mentre le polveri fini (circa il 4% del peso del rifiuto in ingresso) intercettate dal sistema di filtrazione sono classificate come rifiuti speciali pericolosi. Entrambe sono smaltite in discariche per rifiuti speciali. Vi sono state esperienze di riuso delle ceneri pesanti.

Dopo la combustione i fumi caldi (circa il 140%-150% in peso del rifiuto in ingresso) passano in un sistema multi-stadio di filtraggio, per l’abbattimento del contenuto di agenti inquinanti sia chimici che solidi. Dopo il trattamento e il raffreddamento, i fumi vengono rilasciati nell’atmosfera a circa 140° C.

 

Tipologia

In funzione della specifica tecnologia adoperata nella camera di combustione primaria, è possibile distinguere i seguenti tipi di inceneritore:

  • Inceneritore a letto fluido;
  • Inceneritore a griglie;
  • Inceneritore a focolare multi-step;
  • Inceneritore a forno rotativo.

 

Recupero energetico

In un inceneritore i rifiuti vengono direttamente bruciati ed il calore viene usato per produrre vapore, negli impianti di gassificazione/pirolisi i rifiuti vengono invece convertiti parzialmente in gas (syngas) che può essere poi utilizzato in cicli termodinamici più efficienti.

 

Scorie

L’incenerimento dei rifiuti produce scorie solide pari circa al 10-12% in volume e 15-20% in peso dei rifiuti introdotti, e in più ceneri per il 5%. Gran parte della massa immessa nei forni viene infatti combusta ottenendo dei fumi che verranno opportunamente pretrattati prima di essere emessi dal camino.

  • Le ceneri volanti e le polveri intercettate dall’impianto di depurazione dei fumi sono rifiuti speciali altamente tossici (in quanto concentrano molti degli inquinanti più nocivi), che come tali sono soggetti alle apposite disposizioni di legge e sono poi conferiti in discariche speciali.
  • Le scorie pesanti, formate dal rifiuto incombusto – acciaio, alluminio, vetro e altri materiali ferrosi, inerti o altro – sono raccolte sotto le griglie di combustione e possono poi essere divise a seconda delle dimensioni e quindi riciclate se non troppo contaminate.

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