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Jun 09, 2023

Progettazione di sistemi di condotti/camini umidi per il carbone

Poiché i limiti sulle emissioni di SO2 diventano sempre più severi, molte centrali elettriche alimentate a carbone stanno aggiungendo nuovi sistemi di desolforazione dei gas di scarico (FGD) o aggiornando quelli esistenti. La maggior parte di questi sistemi impiegano

Poiché i limiti sulle emissioni di SO2 diventano sempre più severi, molte centrali elettriche alimentate a carbone stanno aggiungendo nuovi sistemi di desolforazione dei gas di scarico (FGD) o aggiornando quelli esistenti. La maggior parte di questi sistemi impiega tecnologie FGD a umido. Molti impianti con sistemi FGD a umido utilizzano gas di scarico riscaldati per essiccare i gas saturi che escono dall'assorbitore del sistema prima di essere inviati al camino.

Tuttavia, a causa del costo sempre più elevato dell’energia e/o della necessità di ridurre le emissioni totali di SO2 degli impianti, il riscaldamento dei fumi tipicamente non viene più utilizzato sui nuovi impianti e viene eliminato negli impianti già in servizio. Senza riscaldamento, i gas di scarico saturi che escono dall'assorbitore entrano direttamente nel camino. Insieme alle goccioline trasportate dall'eliminatore di nebbia, il vapore acqueo che si condensa dai gas di combustione saturi crea una pellicola liquida che copre le pareti del condotto di uscita dell'assorbitore e del rivestimento del camino. Questa pellicola deve essere raccolta e drenata dal sistema mediante un processo chiamato operazione di stack umido. Se le condutture, il rivestimento del camino e il sistema di raccolta dei liquidi non sono progettati correttamente, quantità inaccettabili di goccioline di liquido potrebbero essere scaricate dalla parte superiore del camino.

Il funzionamento senza problemi di un'unità FGD con condotti e camini umidi richiede l'analisi di diverse potenziali aree problematiche legate alla gestione e allo scarico dei gas di scarico umidi. Questo deve essere fatto durante la progettazione del camino e del sistema di condotti. Questo articolo delinea gli aspetti progettuali importanti che devono essere affrontati se si vuole ridurre al minimo lo scarico di liquidi da un'installazione di un camino umido nuovo o adattato.

Sebbene i sistemi FGD a umido siano utilizzati da decenni, la maggior parte funzionava con camini a secco. Alla fine degli anni '70, alcuni servizi pubblici iniziarono a utilizzare condotti e camini umidi per ridurre i costi operativi, ma in molti casi il risultato (imprevisto) di questo cambiamento furono livelli inaccettabilmente elevati di scarico dei liquidi dal camino (SLD). Per migliorare la comprensione dei processi fisici che hanno luogo nei sistemi FGD umidi, negli anni '80 l'EPRI ha sponsorizzato una serie di programmi per determinare le variabili chiave che contribuiscono al re-trascinamento dei liquidi. I risultati di uno di questi studi sono stati riassunti nel rapporto EPRI n. CS-2520, "Trascinamento in pile umide".

Verso la fine degli anni '90 molti impianti di pubblica utilità operavano con sistemi di condotti/camini a umido, la maggior parte dotati di collettori di liquidi, ed era stato sviluppato un bagaglio di esperienza sufficiente affinché EPRI sponsorizzasse un altro programma per sviluppare linee guida pratiche per la progettazione e il funzionamento dei camini a umido. I risultati di questo studio sono stati riassunti nel rapporto EPRI n. TR-107099, "Wet Stacks Design Guide".

Come dettagliato nei due rapporti, lo sviluppo di un'efficace installazione di un camino ad umido richiede un'accurata progettazione fluidodinamica del sistema di condotti/camini ad umido e dei collettori e degli scarichi dei liquidi. Il processo di progettazione, solitamente eseguito da un laboratorio di modellazione di flusso con esperienza in questo settore, consiste tipicamente di cinque fasi distinte:

Utilizzando i risultati delle prime quattro fasi, gli ingegneri dei servizi pubblici possono finalizzare la progettazione del sistema FGD a umido e scrivere le specifiche per le offerte di fornitura e costruzione. I risultati della quinta fase vengono utilizzati per supportare l'installazione del sistema di raccolta dei liquidi.

L'esperienza suggerisce che una revisione preliminare della geometria proposta di un condotto di uscita dell'assorbitore e di una breccia/ingresso nel camino spesso produce modifiche consigliate per rendere la geometria più adatta al funzionamento a umido. Questa revisione deve essere eseguita da un consulente con ampia esperienza nella progettazione e nel funzionamento di sistemi di scarico a umido. Le variabili chiave di progettazione del sistema, quali velocità del gas, altezza e larghezza della breccia e diametro del rivestimento, dovrebbero essere confrontate con valori che si sono rivelati favorevoli per il funzionamento a umido in altri impianti. Semplici modifiche alla geometria del sistema, come la regolazione delle proporzioni della violazione, spesso possono migliorare in modo significativo l’efficacia del sistema di raccolta dei liquidi, migliorando i modelli di flusso nel rivestimento inferiore, minimizzando il rischio di re-trascinamento dei liquidi, riducendo il numero totale di collettori di liquidi necessari e/o riducendo la complessità del sistema.