Ossidi di azoto (NOx)
Con NOx si indicano il monossido (NO) e il biossido di azoto (NO₂) prodotti nei processi di combustione; nei fumi l’NO rappresenta tipicamente circa il 95% del totale. Le emissioni si esprimono come NO₂, in mg/Nm³ su gas secco, riferite al tenore di O₂ previsto dall’autorizzazione.
I meccanismi di formazione sono due:
- NOx termici: ossidazione dell’azoto dell’aria comburente alle alte temperature di fiamma;
- NOx da combustibile: ossidazione dell’azoto contenuto nel combustibile, prevalente su biomasse e rifiuti.
Quando le misure primarie (aria secondaria, ricircolo fumi, controllo della combustione) non bastano a rispettare il limite, serve un sistema secondario di abbattimento: SNCR o SCR.
SNCR – Riduzione selettiva non catalitica
Il reagente, urea in soluzione acquosa, viene atomizzato nella zona di post-combustione. Ad alta temperatura l’urea si decompone liberando ammoniaca, che riduce selettivamente gli NOx ad azoto e vapore acqueo, senza catalizzatore.
Parametri di progetto:
- Finestra di temperatura: 850–950 °C. Sotto, la reazione è incompleta e aumenta l’ammonia slip; sopra i 1.000 °C l’ammoniaca si ossida e genera NOx aggiuntivi.
- Tempo di permanenza dei fumi a valle dell’iniezione: almeno 0,3 s, preferibilmente oltre 1 s.
- Distribuzione uniforme del reagente: l’urea deve coprire tutta la sezione attraversata dai fumi: si ottiene con il numero e la posizione delle lance e con l’atomizzazione ad aria compressa, che nebulizza il reagente in goccioline fini.
- Rapporto stechiometrico (NSR) tra reagente e NOx da ridurre: regolato in funzione del segnale NOx al camino.
Rendimento tipico: 30–60%, fino al 70% in condizioni favorevoli. Soluzione senza catalizzatore, a ingombro contenuto, installabile anche in retrofit. Un esempio è la nostra referenza su una caldaia a biomassa da 2,5 MW in Francia.
SCR – Riduzione selettiva catalitica
La riduzione avviene su un catalizzatore a base di ossidi di vanadio e tungsteno su supporto di biossido di titanio, in moduli a nido d’ape (honeycomb) installati in un reattore. Il catalizzatore abbassa la temperatura di reazione a circa 250–350 °C, secondo la formulazione, con rendimenti del 90–95%.
Il reattore si installa di norma a valle della depolverazione, per proteggere il catalizzatore da polveri, metalli pesanti e composti che lo disattivano. Poiché a valle di un filtro a maniche i fumi sono intorno ai 150 °C, in genere è necessario un riscaldamento, con bruciatore o scambiatore, che incide sui costi di esercizio.
Confronto SNCR / SCR
| Caratteristica | SNCR | SCR |
|---|---|---|
| Catalizzatore | No | Sì |
| Temperatura di reazione | 850–950 °C | circa 250–350 °C |
| Posizione | In caldaia, post-combustione | A valle della depolverazione |
| Riduzione NOx tipica | 30–60% | fino al 90–95% |
| Investimento | Contenuto | Elevato |
| Costi di gestione | Bassi | Elevati (catalizzatore, riscaldamento fumi) |
| Ammonia slip | Da controllare | Da controllare |
Costi e scelta della tecnologia
- SNCR: investimento contenuto; esercizio limitato a consumo di reagente, aria di atomizzazione e manutenzione di lance e pompe dosatrici.
- SCR: investimento più elevato; esercizio gravato da riscaldamento fumi, perdite di carico e sostituzione o rigenerazione periodica del catalizzatore.
- Sistemi combinati SNCR + SCR: l’SNCR esegue l’abbattimento primario in caldaia, un SCR di dimensioni ridotte completa la riduzione.
La scelta dipende dal limite emissivo, dal profilo di temperatura disponibile e dagli spazi d’impianto: per questo ogni progetto parte da un sopralluogo e dall’analisi dei dati di processo.
Reagente: urea o ammoniaca
Entrambi i processi usano l’ammoniaca come agente riducente. Nella maggior parte degli impianti si dosa urea in soluzione acquosa, che in camera si decompone liberando ammoniaca. Rispetto all’ammoniaca in soluzione, l’urea è più facile da gestire, stoccare e mantenere, con un’efficienza di riduzione paragonabile.
Il limite principale è la cristallizzazione, che dipende dalla concentrazione: la soluzione al 32,5% cristallizza a circa −11 °C, le soluzioni più concentrate a temperature più alte. Stoccaggio e linee vanno protetti dal gelo.
Urea agricola
Non va usata. Le sue impurità, tra cui il biureto, riducono l’efficienza di reazione e provocano incrostazioni su ugelli e tubazioni; negli impianti SCR possono compromettere il catalizzatore. Si impiega urea tecnica ad alta purezza conforme alla norma ISO 22241 (tipo AdBlue) o reagenti specifici per DeNOx industriale.
Ammonia slip
È l’ammoniaca non reagita che esce al camino. È in parte strutturale in entrambi i sistemi:
- SNCR: cresce con il sovradosaggio del reagente e con temperature di iniezione troppo basse;
- SCR: cresce con l’esaurimento del catalizzatore, che nel tempo perde attività.
In presenza di SO₃ l’ammoniaca forma bisolfato di ammonio, che si deposita su scambiatori e filtri; molte autorizzazioni ne fissano un limite al camino.
Si controlla con:
- regolazione automatica del dosaggio sul segnale NOx al camino, normalizzato all’O₂ di riferimento;
- abilitazione dell’iniezione solo con temperatura in finestra di reazione (SNCR);
- misura dell’ammoniaca residua, dove richiesta, per limitare il dosaggio;
- verifica periodica dell’attività del catalizzatore e sua sostituzione o rigenerazione (SCR).
Domande frequenti
Quanto si riducono gli NOx con un impianto SNCR?
Con un impianto SNCR ben dimensionato la riduzione tipica è del 30–60%, fino al 70% in condizioni favorevoli. Il risultato dipende dalla temperatura in caldaia, dal tempo di permanenza dei fumi e dalla posizione delle lance.
Qual è la differenza tra SNCR e SCR?
L’SNCR inietta il reagente direttamente in caldaia tra 850 e 950 °C, senza catalizzatore. L’SCR fa reagire ammoniaca e NOx su un catalizzatore a circa 250–350 °C, a valle della depolverazione: raggiunge rese più alte ma costa di più da installare e da gestire.
Si può installare un SNCR su una caldaia esistente?
Sì. Un sistema SNCR richiede poche aperture in caldaia per le lance, uno skid di dosaggio compatto e lo stoccaggio del reagente: si installa anche su impianti in esercizio con fermi limitati.
Che reagente usa un impianto DeNOx?
Quasi sempre urea tecnica in soluzione acquosa, più facile da gestire dell’ammoniaca. Non va usata urea agricola, che contiene impurità dannose per l’impianto.