COMBUSTORE RIGENERATIVO.
COSA E’ ?
COME FUNZIONA ?
Quando si parla di depurazione aria nel settore industriale molto spesso si sente parlare del “combustore rigenerativo”.
Ma cosa è esattamente il combustore rigenerativo?
Come funziona?
Quando si può adottare?
In questo articolo proveremo a illustrare al meglio questa tecnologia.
Il combustore rigenerativo è molto spesso chiamato RTO che non è altro che l’acronimo di Regerative Thermal Oxidizer (Ossidatore Termico Rigenerativo).
Cosa sono esattamente gli RTO?
Sono degli impianti di depurazione che purificano l’aria inquinata attraverso la combustione (od ossidazione).
In pratica l’aria contenente delle sostanze organiche inquinanti viene, all’interno di questa macchina, scaldata fino ad oltre 750 °C.
A temperature così alte le molecole delle sostanze organiche che inquinano l’aria da trattare vengono spezzate e gli atomi che le costituiscono si ricompongono in molecole più piccole, più stabili e non inquinanti, in pratica dalla combustione delle sostanze inquinanti si genera acqua ( H2O ) ed anidride carbonica ( CO2 ).
Di seguito si può vedere qualche formula chimica che descrive l’ossidazione ( o combustione ).
C8H8 + 10O2 + Calore => 4H2O + 8CO2
( Stirene + Ossigeno + Calore ⇒ Acqua + Anidride carbonica )
C5H12 + 8O2 + Calore => 6H2O + 5CO2
( Pentano + Ossigeno + Calore ⇒ Acqua + Anidride carbonica )
Ciò che esegue un RTO è solamente questo, scalda l’aria da trattare, l’enorme calore spezza le molecole di inquinanti che si ricompongono “naturalmente” in acqua e anidride carbonica.
Cosa descrive la parole “rigenerativo” all’interno del nome di questo tipo di impianto?
Come si può ben immaginare per poter scaldare l’aria da una temperatura normale, supponiamo 20 / 50 °C fino a 750 °C occorre una grande quantità di energia che se non viene in seguito recuperata si trasforma in costi.
Gli RTO hanno al loro interno un sistema di recupero dell’energia che si definisce “rigenerativo” e che permette ti tenere il più basso possibile i consumi e quindi i costi di gestione di questo tipo di macchina.
Come è composto un combustore rigenerativo?
Il combustore rigenerativo è composto da tre torri verticali e da un ponte che unisce le tre torri.
All’interno delle tre torri ci sono dei riempimenti ceramici costituiti da dei mattoni forati, definiti genericamente honeycomb.
Questi mattoni sono impilati uno sopra l’altro e sono orientati in modo che l’aria da trattare possa attraversare il banco di mattoni attraverso i fori presenti negli stessi.
Nella foto di seguito si può vedere un tipico esempio di mattone.
I tre banchi di mattoni rappresentano delle importanti masse ceramiche con notevole capacità termica, ossia con la capacità, una volta riscaldati di mantenere e ridistribuire progressivamente il calore in esse contenuto.
Il ponte che unisce le tre torri rappresenta la vera e propria camera di combustione, ossia la parte di impianto nella quale l’aria da depurare raggiunge la temperatura di 750 °C e subisce quindi il processo di depurazione.
All’interno della camera di combustione è presente un bruciatore a metano che serve a poter garantire sempre che la temperatura sia sufficientemente alta.
Ovviamente il combustore RTO è composto anche da altri elementi:
- Valvole, poste alla base delle torri per poter deviare l’aria da una torre all’altra
- Ventilatore principale, per poter aspirare l’aria che deve essere trattata
- Tubazioni e collegamenti vari
- Quadro elettrico di comando e controllo di tutto il sistema
Funzionamento del combustore RTO
Come illustrato nello schema di processo riportato di seguito, i gas da trattare giungono al combustore termico rigenerativo attraverso il ventilatore di aspirazione.
Il funzionamento dell’impianto è ciclico e si ripete in continuazione.
L’aria da trattare aspirata percorre la prima torre ( Torre A ) dal basso verso l’alto, attraversando il primo banco di masse ceramiche, arriva alla camera di combustione dove, grazie al bruciatore raggiunge la temperatura di 750 °C, temperatura alla quale gli idrocarburi vengono completamente convertiti in acqua e anidride carbonica ( depurati ). Una volta attraversata la camera di combustione i fumi percorrono la seconda torre ( Torre B ) attraversando il banco di masse ceramiche dall’alto verso il basso.
Mentre attraversano il secondo banco di massa ceramica il calore contenuto nei fumi viene trasferito alle ceramiche, i fumi si raffreddano e le ceramiche si scaldano.
Dopo un periodo prestabilito di circa 2 / 5 minuti l’aria aspirata da depurare viene deviata tramite delle valvole alla base della torre B, l’aria attraversa dal basso verso l’alto il banco di masse ceramiche della torre B, durante questo attraversamento le ceramiche ( che in questa fase sono più calde dell’aria ) cedono il proprio calore all’aria preriscaldandola prima di arrivare alla camera di combustione ( le ceramiche si raffreddano e l’aria si scalda ), l’aria arriva alla camera di combustione dove il bruciatore completa il riscaldamento fino a 750 °C e innesca il processo di depurazione, i fumi quindi passano nella torre C attraversando il banco di masse ceramiche dall’alto verso il basso e cedendo ad esso il loro calore.
Dopo un altro periodo di 2 / 5 minuti l’aria da depurare viene deviata alla base della torre C per poi uscire dalla torre A, anche in questa parte di ciclo le ceramiche della torre C preriscalderanno l’aria e le ceramiche della torre A raffredderanno i fumi.
Il funzionamento dell’impianto continua ciclicamente in questa maniera.
Il processo di riscaldare e raffreddare le masse ceramiche utilizzandole come “magazzino termico” per recuperare il calore è tipicamente chiamato “rigenerativo” da cui ne deriva il nome dell’impianto.
Il recupero termico rigenerativo ha un efficienza altissima che può raggiungere il 92 / 94 % di rendimento.
Quali sono i vantaggi dei combustori RTO rispetto ad altri tipi di combustori?
Il principale vantaggio degli RTO rispetto agli altri tipi di combustori risiede proprio nel sistema di recupero termico rigenerativo, infatti l’efficienza di recupero termico che si ottiene con le masse ceramiche ( oltre il 90 % ) non è in alcun modo raggiungibile con scambiatori di calore.
Un cosi elevato rendimento termico ha come conseguenza un notevole abbassamento dei costi di gestione e utilizzo della macchina.
I combustori RTO possono trattare flussi d’aria polverosi?
No, gli RTO non possono trattare flussi d’aria che contengano polvere. La ragione sta proprio nel fatto che le masse ceramiche che vengono utilizzate per fare il recupero energetico fanno passare l’aria attraverso dei passaggi molto stretti, infatti più stretti sono i passaggi nelle masse ceramiche e maggiore è l’efficienza di scambio termico tra aria e ceramica ( e viceversa ).
Quindi se l’aria da trattare fosse polverosa si avrebbe un deposito di polvere proprio negli interstizi delle masse ceramiche che intaserebbero l’impianto in breve tempo.
Solitamente è tollerata una presenza di polveri nell’aria da trattare non superiore a 3/5 mg/Nm3.
Gli RTO sono adatti quindi per trattare gli inquinanti definiti Sostanze Organiche Volatili (SOV), composti chimici che alla temperatura ambiente siano presenti sotto forma di gas.
I combustori RTO possono trattare tutti i tipi di SOV?
I combustori RTO nella loro configurazione standard possono trattare le sostanze organiche volatili ( SOV ) definite come idrocarburi, ossia quelle sostanze formate da atomi di carbonio e idrogeno, infatti durante l’ossidazione la ricombinazione di questi atomi porta alla formazione di acqua e anidride carbonica.
Nel caso all’interno della molecola di idrocarburi fossero presenti degli atomi di cloro, fluoro o altro, durante il processo di ossidazione si avrebbe come risultato la formazione di sostanze contenti questi atomi, per esempio acido cloridrico, acido fluoridrico e altro. In tali situazioni bisognerebbe considerare la possibilità di aggiungere, dopo il combustore, un altro sistema depurativo per poter trattenere queste nuove sostanze inquinanti.
L’utilizzo degli RTO per la depurazione di idrocarburi alogenati, anche se non è il più diffusi, è comunque un applicazione consolidata. Ovviamente questo tipo di applicazione comporta una progettazione più attenta in quanto necessita dell’impiego di più tecnologie depurative in serie.
Conclusione
Spero con questo breve focus di aver chiarito un po, ai non addetti ai lavori, il funzionamento dei combustori RTO.
Mi scuso per eventuali errori e/o imprecisioni e resto a disposizione per qualsiasi richiesta di chiarimento e/o approfondimento.