La geometria del getto
Un impianto SNCR riduce gli NOx iniettando urea nella zona in cui i fumi sono tra circa 850 e 950 °C. Perché la reazione funzioni, il reagente deve raggiungere tutta la sezione dei fumi mentre la temperatura è quella giusta.
Per questo non conta solo quanta urea si inietta, ma dove va il getto. Come ricorda il manuale dell’EPA statunitense sui sistemi SNCR, una miscelazione insufficiente porta a una riduzione degli NOx insufficiente; e sono l’angolo e la velocità dello spray a decidere la traiettoria del reagente.
A parità di urea, un getto orientato bene abbatte di più e lascia meno ammoniaca al camino.
Nuove costruzioni: fori già inclinati
Quando si costruisce una caldaia nuova, i punti di iniezione si progettano insieme al sistema SNCR. Di solito i fori nella parete vengono realizzati già inclinati, con un’angolazione studiata per la geometria della camera: la lancia entra inclinata e il getto, in asse con la lancia, va dove serve.
Retrofit: si lavora con i bocchelli esistenti
Su caldaie e inceneritori già in esercizio la situazione è diversa: spesso si devono usare i bocchelli esistenti, previsti dal costruttore per altri scopi o per un sistema precedente, e quasi sempre perpendicolari alla parete. Rifare i fori significa fermare l’impianto e intervenire sulla caldaia.
Con lance a getto dritto in fori perpendicolari, in una camera cilindrica o in un condotto stretto, i getti puntano tutti al centro e si scontrano:
- troppo reagente al centro: una parte dell’urea non trova NOx con cui reagire e diventa ammoniaca residua (slip);
- raffreddamento locale: l’acqua della soluzione che evapora tutta nello stesso punto abbassa la temperatura dei fumi, e la reazione rallenta;
- zone scoperte: vicino alle pareti e tra una lancia e l’altra i fumi passano senza incontrare il reagente.
Inclinare il getto, non il foro
La soluzione è spostare l’angolazione dal foro al getto. La lancia si monta nel bocchello esistente, perpendicolare alla parete; è l’ugello, con la sua testina dell’aria, a far uscire lo spray inclinato rispetto all’asse della lancia: è il cosiddetto getto disassato.
- Flangia di attacco sul bocchello esistente
- Ingressi di urea, aria di atomizzazione e aria di raffreddamento
- Ugello con testina dell’aria che devia il getto
Animazione semplificata, non in scala: il getto passa da in asse a disassato.
Se tutte le lance deviano il getto nello stesso verso, gli spray seguono la circonferenza della camera invece di scontrarsi al centro: migliora la turbolenza, il reagente copre meglio tutta la sezione e l’evaporazione si distribuisce.
Insieme ai nostri partner italiani abbiamo realizzato ugelli con angolazioni del getto diverse, da scegliere in base alla geometria della camera e alla posizione dei bocchelli. Così l’orientamento del getto si adatta all’impianto, invece di adattare l’impianto alle lance.
Cosa valutare in progetto
- Temperature nella zona di iniezione, ai diversi carichi della caldaia: il getto deve lavorare dentro la finestra utile.
- Numero e posizione dei bocchelli, e spazio disponibile intorno alla caldaia.
- Angolazione del getto e dimensione delle gocce: gocce più grosse penetrano più a fondo nei fumi, gocce più fini evaporano prima.
- Aria di atomizzazione e di raffreddamento, che proteggono la lancia e determinano la forma dello spray.
- Verifica in avviamento: prova delle lance con acqua, poi misure di NOx e ammoniaca al camino per tarare il dosaggio.
Un esempio reale
Nel revamping di un SNCR su una caldaia a biomassa da 3,5 MW la nuova caldaia aveva una camera cilindrica con tre bocchelli a 120°, previsti dal costruttore. Le lance con getto disassato sono state montate nei bocchelli esistenti, senza modifiche alla caldaia, e all’avviamento sono stati rispettati sia il limite sugli NOx sia quello sull’ammoniaca residua.
Per le basi della tecnologia vedi la nostra guida SNCR e SCR.
Domande frequenti
Perché la geometria del getto è così importante in un SNCR?
Perché il reagente deve raggiungere tutta la sezione dei fumi nella finestra di temperatura giusta. Se i getti si sovrappongono o lasciano zone scoperte, la riduzione degli NOx cala e l’ammoniaca residua aumenta, anche con più urea.
Fori inclinati o getto disassato?
Nelle nuove costruzioni i fori si realizzano già inclinati. Nei retrofit si lavora spesso con bocchelli esistenti perpendicolari alla parete: in quel caso si inclina il getto, con un ugello disassato, invece del foro.
Si può adattare un SNCR esistente senza modificare la caldaia?
Spesso sì. Con un getto disassato la lancia si monta nel bocchello esistente ed è l’ugello a orientare lo spray nella direzione giusta.
Il getto disassato aumenta il consumo di urea?
No. Distribuendo meglio il reagente, a parità di riduzione degli NOx tende anzi a ridurre l’urea necessaria e l’ammoniaca residua.