Nell’incenerimento dei rifiuti e nel recupero energetico, non esistono due flussi di rifiuti uguali. Acidi, alcali, fanghi e liquidi contaminati possono tutti passare attraverso lo stesso processo, e ciascuno di essi mette a dura prova le apparecchiature che iniettano sostanze chimiche al suo interno. In questo contesto, un sistema di iniezione di sostanze chimiche deve gestire molti tipi di liquidi, continuare a funzionare in condizioni estreme ed evitare arresti imprevisti. La scelta dei materiali è il punto di partenza.
Che cos’è l’iniezione chimica in un impianto di termovalorizzazione?
L’iniezione di sostanze chimiche consiste nell’aggiunta controllata di un liquido, come l’ammoniaca acquosa o l’urea per il controllo delle emissioni di NOx, oppure l’acqua per il raffreddamento dei gas, in un processo o in un flusso di gas di combustione. Un ugello spruzzatore montato su una lancia o su un iniettore trasforma il liquido in goccioline, in modo che si mescoli e reagisca rapidamente con il gas.
Perché la termovalorizzazione mette a dura prova le apparecchiature di iniezione
I rifiuti non sono un combustibile standard. La composizione varia da un carico all’altro, quindi anche i gas di combustione cambiano in termini di temperatura, composizione e carico di particolato. Anche i liquidi sul lato di iniezione possono variare. Una tubazione o un ugello in grado di gestire il caso medio potrebbe non essere all’altezza del caso peggiore.
La corrosione rappresenta il rischio principale. Man mano che il materiale si consuma, le pareti si assottigliano, i giunti presentano perdite e gli orifizi cambiano forma. Un ugello usurato o ostruito non produce più la dimensione delle goccioline e il modello di spruzzo per cui era stato scelto. Il processo ne risente con una maggiore manutenzione, un uso meno efficace del reagente e, nel peggiore dei casi, un arresto non programmato.
Come scegliere il materiale giusto per i fluidi aggressivi
Non esiste un unico materiale ideale. La scelta giusta dipende da tre fattori: la composizione chimica del liquido, la temperatura nel punto di iniezione e il grado di movimento dell’apparecchiatura. Per i fluidi aggressivi, le due opzioni più comuni sono:
- Tubazioni per liquidi in plastica. Molte plastiche resistono a un’ampia gamma di acidi e alcali e non si arrugginiscono. Il loro limite è la temperatura, quindi è necessario verificare la temperatura effettiva di esercizio nel punto di iniezione, non solo la temperatura media nel condotto.
- Leghe ad alto tenore di nichel. Queste resistono alla corrosione causata da sostanze chimiche aggressive e mantengono la loro resistenza alle alte temperature. Di solito costano di più, quindi è opportuno utilizzarle laddove la plastica non è in grado di far fronte alle sollecitazioni.
L’acciaio inossidabile standard è spesso la scelta predefinita, ma non è sempre la più sicura. I fluidi acidi e ricchi di cloruri possono corrodere questo materiale, quindi una tubazione metallica che sulla carta sembra adeguata potrebbe in realtà corrodersi. Verificate sempre la compatibilità in base alla concentrazione e alla temperatura effettive di ogni liquido, comprese le condizioni di picco.
Non dimenticate la dilatazione termica
I materiali si espandono quando si riscaldano, e materiali diversi si espandono in misura diversa. La plastica si espande più del metallo, quindi una tubazione in plastica fissata a un supporto o a una flangia metallica necessita di spazio per muoversi. Anche le lance e gli iniettori si riscaldano e si raffreddano al variare del carico dell’impianto. Se la progettazione non tiene conto di questo aspetto, i raccordi, le guarnizioni e i supporti sono sottoposti a sollecitazioni per le quali non sono stati progettati. Una buona progettazione integra fin dall’inizio una protezione contro la dilatazione termica.
Verificare lo spruzzo, non solo il materiale
Una lancia resistente alla corrosione che convoglia il liquido nel punto sbagliato è comunque inefficace. Negli impianti di termovalorizzazione, le goccioline del reagente DeNOx devono evaporare completamente e mescolarsi in modo uniforme con il gas all’interno di un intervallo di temperatura definito. Il raggiungimento di tale obiettivo dipende dalla dimensione delle goccioline, dall’angolo di spruzzo e dalla posizione della lancia.
La modellazione con la fluidodinamica computazionale (CFD) consente agli ingegneri di testare queste scelte prima ancora che venga costruito qualsiasi elemento. I modelli basati su una libreria di dati di nebulizzazione di precisione possono mostrare le traiettorie delle goccioline, il flusso del gas e la miscelazione nella geometria specifica del condotto, in modo che il tipo e il posizionamento degli ugelli possano essere verificati prima sullo schermo. Anche il tipo di ugello è importante: gli ugelli a due fluidi FloMax® utilizzano un processo di atomizzazione multistadio per produrre gocce molto piccole, il che favorisce l’evaporazione e la miscelazione rapida del liquido.
Dove si inserisce l’iniezione nel processo di trattamento dei gas di combustione
L’iniezione chimica è una fase di una catena. La tecnologia a spruzzo svolge diverse funzioni in un impianto di termovalorizzazione:
- Raffreddamento e quenching dei gas. Il raffreddamento evaporativo a spruzzo abbassa la temperatura dei gas per proteggere i filtri a manica e gli scambiatori di calore. Si vedano le sezioni dedicate al raffreddamento e al condizionamento dei gas e il sistema di raffreddamento dei gas AutoJet®, che controlla ugelli, pompe e sensori in un circuito chiuso.
- DeNOx. L’ammoniaca o l’urea vengono iniettate per ridurre le emissioni di NOx. Il nostro articolo sulla tecnologia a spruzzo per il controllo degli NOx illustra i processi SCR e SNCR.
- Iniezione di sostanze chimiche e lavaggio dei gas. Gli iniettori e le lance distribuiscono i reagenti su tutta la sezione trasversale del tubo o del condotto. Consulta la nostra gamma di iniettori, lance e tubi di iniezione.
Lavorate con liquidi corrosivi in un altro settore? Il nostro articolo sulle operazioni di nebulizzazione complesse nel settore petrolchimico e della raffinazione tratta sfide di iniezione simili.
Cinque domande da porsi prima di definire le specifiche
- Quali liquidi dovrà gestire il sistema, comprese le condizioni di sbalzo e gli intervalli di concentrazione?
- Qual è la temperatura effettiva nel punto di iniezione?
- In che modo le lance e le linee di trasporto del liquido si espanderanno e si muoveranno man mano che l’impianto si riscalda e si raffredda?
- Il materiale sarà in grado di gestire flussi variabili, non solo il caso medio?
- Lo spruzzo è stato modellato o testato per la geometria dei vostri condotti?
Noi di Spraying Systems Co. partiamo da un principio semplice: voi specificate le condizioni, noi provvediamo alla nebulizzazione. I sistemi sono progettati e adattati in base al vostro processo, dalla resistenza alle alte temperature alle tubazioni del liquido in plastica o in leghe ad alto contenuto di nichel. Esplorate le nostre applicazioni di nebulizzazione per le tecnologie di processo, oppure rivolgetevi al vostro esperto di nebulizzazione locale.
Domande frequenti
Perché le linee di iniezione dei metalli si corrodono negli impianti di termovalorizzazione?
I flussi di rifiuti variano, quindi il processo può prevedere la presenza di acidi, alcali, fanghi e liquidi contaminati. Alcuni di questi aggrediscono i metalli standard nel tempo, specialmente quando la concentrazione e la temperatura sono elevate.
Quali materiali sono adatti all’iniezione chimica con fluidi aggressivi?
Le tubazioni per liquidi in plastica sono adatte a molti acidi e alcali a temperature moderate. Le leghe ad alto tenore di nichel sono adatte a fluidi aggressivi ad alte temperature. La scelta giusta dipende dalla composizione chimica del liquido, dalla temperatura e dal movimento.
Che cos’è la dilatazione termica nelle lance di iniezione?
Si tratta della variazione di lunghezza e dimensioni delle lance e delle tubazioni durante il riscaldamento e il raffreddamento. Materiali diversi si espandono a velocità diverse, pertanto i progetti devono consentire il movimento per evitare sollecitazioni sui raccordi e sulle guarnizioni.
In che modo la modellazione CFD aiuta nell’iniezione di sostanze chimiche?
La CFD mostra come si muovono le goccioline e il gas all’interno del condotto. Aiuta a confermare il tipo, il numero e la posizione degli ugelli prima dell’installazione, in modo che lo spruzzo reagisca ed evapori come previsto.
Qual è la differenza tra un iniettore a penna e un iniettore a spruzzo?
Un iniettore a penna eroga il liquido e si affida al flusso di processo per frantumarlo. Un iniettore a spruzzo dotato di ugello crea gocce di dimensioni controllate, migliorando la miscelazione e riducendo lo spreco di sostanze chimiche.