22 ottobre 2017

Impianti a biomassa, la qualità si misura in decibel

15 ottobre, 2013 - 16:03
A cura di: 
Franco Abbiati, Matteo Giavazzi e Luca Monzardo (Boldrocchi)

Gli impianti di produzione di energia che utilizzano come combustibili le biomasse sono premiati con un regime di incentivazione tanto più favorevole quanto più la biomassa utilizzata viene prodotta nelle vicinanze dell’impianto stesso (“filiera corta”); tanto migliore è la localizzazione dell’impianto al fine di ottenere una biomassa da una filiera di produzione locale, tanto più il processo si avvicina ad essere realmente carbon neutral, ovvero minimizza l’incremento di anidride carbonica in atmosfera.

Non da ultimo, il rispetto del Decreto del presidente del Consiglio dei Ministri del 14/11/1997 che qualifica, per ciascuna classe di destinazione d’uso del territorio, i valori acustici limiti definiti dalla legge quadro, premia ancor di più detti impianti e ne permette la loro realizzazione a fronte di un ridotto inquinamento acustico sul territorio circostante l’impianto.

Pertanto, al fine di valutare la sostenibilità di un progetto, è fondamentale l’impatto derivante dalle emissioni causate dall’impianto, siano esse relative ai composti chimici generati dalla combustione e immessi in atmosfera, oppure relative alle emissioni sonore delle apparecchiature che costituiscono l’installazione.

Si vuole qui descrivere come siano state ridotte in modo consistente le emissioni acustiche – oltre che quelle di polveri, acidi ed ossidi di azoto – in un impianto di produzione di energia elettrica da combustione di biomassa solida.

L’impianto, collocato in un’area della provincia di Pavia scelta in funzione dell’ottimizzazione della filiera della biomassa, è stato dimensionato con lo scopo di ridurre al minimo (abbondantemente sotto i limiti di legge) l’impatto sul territorio circostante.

Gli impianti di combustione di Biomassa e l’Impianto di Olevano di Lomellina

Biomassa è un termine che riunisce una gran quantità di materiali, di natura estremamente eterogenea. In forma generale, si può dire che è biomassa tutto ciò che ha matrice organica, con esclusione delle plastiche e dei materiali fossili.

L’appartenenza delle biomasse al novero delle fonti di energia “rinnovabile” è coerente con il fatto che, da un lato, le materie prime di origine vegetale rappresentano degli “accumuli” alternativi di energia solare (quella immagazzinata nella crescita per effetto della fotosintesi clorofilliana), dall’altro lato il recupero degli “scarti” e la loro trasformazione in fonte di energia rappresenta evidentemente un modo per inserire una componente positiva al bilancio energetico complessivo.

La biomassa utilizzabile ai fini energetici consiste in tutti quei materiali organici che possono essere utilizzati direttamente come combustibili ovvero trasformati in altre sostanze (solide, liquide o gassose) di più facile utilizzo negli impianti di conversione.

Le biomasse impiegate come fonte di energia in linea di principio non producono CO2, se si trascura una parte inevitabile nel ciclo di trasformazione e rinnovamento delle fonti stesse (e se si escludono le biomasse liquide la cui produzione, nel sud-est asiatico, può comportare la distruzione delle foreste e delle torbiere, oltre a implicare enormi costi ambientali per il trasporto); tuttavia le biomasse impiegate come fonte di energia danno pur sempre origine ad emissioni di inquinanti convenzionali come ossidi di azoto, composti organici volatili e polveri, oltre che inquinamento acustico.

L’aver trascurato l’analisi di questi aspetti, spesso spacciando gli impianti di combustione di biomasse come impianti “a impatto nullo”, ha causato fraintendimenti e contribuito a creare un clima di sospetto nelle comunità nelle quali si sono installati gli impianti. Solo un’analisi approfondita e sincera dei costi e dei benefici delle diverse soluzioni, che analizzi in modo sia scientifico che divulgativo le tecnologie esistenti per limitare o annullare le ripercussioni sull’ambiente mediante l’installazione di impianti di qualità, può portare al raggiungimento degli obiettivi di riduzione delle emissioni di CO2 senza generare un effetto negativo sulla qualità dell’ambiente nella zona di installazione dell’impianto.

L’impianto della Centrale Elettrica di Olevano di Lomellina (figura 1), realizzato dal Gruppo Maire Tecnimont, attivo nei settori dell’Engineering & Construction, Technology & Licensing e Energy & Ventures, utilizza circa 200.000 t/anno di biomassa, costituita da cippato (cioè legno sminuzzato), principalmente pioppo derivante da coltivazioni di tipo Short Rotation Foresty. 

L’impianto ha le caratteristiche seguenti:

-    Potenza termica nominale: 64 MWt
-    Potenza lorda: 20 MWe
-    Potenza netta: 18 MWe
-    Produzione netta: 140 GWh/anno
-    Tipo di caldaia: a griglia
-    Ciclo termico: Rankine a vapore surriscaldato
-    Condizioni di vapore all’ingresso turbina: 525 °C, 92 bar(a)
-    Tipo di condensatore: ad aria

La Società Boldrocchi S.r.l. ha fornito l’impianto di trattamento fumi del tipo “a secco” costituto da:

-    Cicloni per l’abbattimento di particolato grossolano;
-    Reattore per l’abbattimento dei gas acidi (SO2 ed in misura minore HCl), con iniezione di bicarbonato di sodio micronizzato;
-    Filtro a maniche per l’abbattimento del particolato fine e completamento delle reazioni di abbattimento gas acidi;
-    DeNOx SCR (Selective Catalytic Reduction) per l’abbattimento degli NOx utilizzando urea in soluzione acquosa.

 

 

ciadi3L’accettazione dell’impianto da parte del cliente finale era condizionato al raggiungimento di due obiettivi precisi:

-    Emissioni residue dei composti inquinanti; NOx <70 mg/Nm3, SOx < 10 mg/Nm3, HCl < 5 mg/Nm3, Polveri: < 5 mg/Nm3 (valori secchi, riferiti all’11% di O2).
-    Livello equivalente medio di pressione sonora in scala A alla fence pari a: ≤ 60 dB(A)
(La fence dell’impianto è a circa 7 m da una superficie di un volume parallelepipedo contenente le apparecchiature facenti parte della linea fumi - figura 4)
-    Livello Equivalente medio di pressione sonora in scala A a 1 m dall’uscita del camino di estrazione fumi (misura sferica) pari a: ≤ 67 dB(A)

 

Il mancato rispetto dei valori di garanzia era soggetto a “Make Good”.

Il raggiungimento di questi obiettivi è stato possibile grazie a scelte specifiche e dettagli tecnologici caratteristici dall’esperienza maturata nel settore e da una precisa metodologia di intervento.

In particolare, nel caso delle emissioni dei composti chimici, durante il Performance Test si sono ottenute emissioni estremamente contenute ed – in alcuni casi – nulle o di un ordine di grandezza inferiore al limite di legge (tabella).

ciadi 4 Nel caso delle emissioni sonore, è stata eseguita una precisa e minuziosa ricerca e caratterizzazione delle sorgenti sonore, con una mappatura del livello di pressione sonora al perimetro dell’impianto (immissione in ambiente).

In prima analisi sono state individuate, sui disegni di progetto, più di 50 sorgenti sonore all’interno dell’impianto e 40 punti di misura lungo il perimetro dello stesso, posizionati ad una distanza di circa 5 metri l’uno dall’altro e ad un’altezza da terra di 1,5 metri.

Sono stati selezionati dei primi “blocchi” di sorgenti sonore quali:

-    Cicloni per l’abbattimento di particolato grossolano
-    Filtro a maniche per l’abbattimento del particolato fine
-    Redler zona scarico e carico ceneri
-    Reattore per l’abbattimento di gas acidi

Per ciascuno di questi, si è passati poi ad un’analisi più dettagliata ipotizzando, sulla base dell’esperienza maturata, i livelli di pressione sonora sia in banda di ottava che in scala A, delle sorgenti sonore note all’interno di questi “blocchi”.

Un esempio per tutti nel caso del filtro a maniche, che è stato analizzato suddividendolo inizialmente in “zone”:

Filtro – zona alta (pulse jet)
Filtro – zona centrale (cassone filtri)
Filtro – zona bassa (tramoggia)

per arrivare ad individuare, sempre sui disegni di progetto, il contributo dovuto a sorgenti sonore minori, come ad esempio le rotocelle posizionate sotto i cicloni.

Questa prima fondamentale analisi ha permesso di incominciare ad ipotizzare i valori limite di immissione misurati in prossimità dei ricettori e di capire quali potessero essere gli interventi di insonorizzazione da effettuare, valutandone la possibilità tecnica ed economica, prima dell’effettivo montaggio dell’impianto e la sua verifica di impatto ambientale.

Grazie a questi interventi di insonorizzazione mirati, che hanno spaziato dalle coibentazioni acustiche, ai silenziatori ad assorbimento e a cabine afone, una volta montato l’intero impianto, i valori di test effettuati nei 40 punti di misura stabiliti in fase di progetto, si sono rivelati consoni a quanto valutato teoricamente.
A questo punto, al fine di raggiungere l’obiettivo finale alla fence, si è intervenuto sulle residue criticità con il valido contributo degli specialisti di Tecnimont.

Ad esempio, sull’estensione della coibentazione acustica a tutto il trasporto dei Redler, alla tubazione in uscita del ventilatore estrattore unità DeNOx e ad altre piccole sorgenti sonore in grado di inficiare il livello di pressione sonora finale.

I valori finali sono riportati sotto.
Si noti che i residui valori superiori al valore di garanzia risentono di sorgenti esterne alla linea di trattamento fumi.

ciadi5