Published March 2001 | Version v1
Journal article

Presentation of the project Thermal processes with energy recovery for sludge and special or hazardous waste disposal

  • 1. Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Ricerca sulle Acque, Rome (Italy)

Description

Main results obtained in the framework of the project Thermal processes with energy recovery for sludge and special waste (also hazardous) disposal granted for 2.16 M Euro by the Italian Ministry of Education through Structural Funds are reported. This project is subdivided into the following four main sub projects: combustion of hazardous sludges on a demonstrative plant; combustion of sludges in fluidized bed reactors on pilot and laboratory scale; set up of a flue gas sampling device at high temperature; fluid dynamic modelling of combustion. Original and interesting results were produced mainly connected with the following aspects: combined incineration of sewage and hazardous sludges appeared to be reliable considering that gaseous emissions did not show any deterioration following the addition of chlorinated hydrocarbons to sewage sludge. Gaseous emissions were found to be not conform with the standards only in very few cases generally not linked with critical conditions: polynuclear aromatic hydrocarbons (PAHs) were found to be a reliable parameter for emissions monitoring considering that they are produced in abundance following up set conditions due to a temperature decline or an insufficient oxygen supply; the very stringent limit at the emissions of 0.1 ng/m3 for dioxins and furans (TE) can be respected in the most of the cases but this monitoring is very complex, time consuming and expensive. Sampling and extraction errors might considerably impact the measured value, which is much more dependent on the conditions inside the recovery boiler rather than on the combustion efficiency; metals are enriched onto the fly ashes produced in the tests carried out by rotating drum furnace more than in the tests by fluidized bed furnace; after burning chamber mode of operation did not display a direct influence on the emissions; incineration tests carried out on reduced pilot scale have shown a total absence of fragmentation during volatilisation while particulate generation takes place only during combustion. Dried sludge is definitely a very good fuel comparing to coal. Fluid dynamic modelling of the demonstrative fluidized bed furnace has conditions. A proper design of the furnace in relation to the diameter, the position of inlet of primary and secondary air and the sand size can be developed accordingly. For a proper design of a incineration process from the energy point of view, a thermal drying section has to be included. To this purpose the sensible heat of the exhaust gases can be recovered in a boiler downstream the furnace with production of medium pressure steam to be used for drying. The optimal dryness of the sludge before feeding the furnace is the minimum value of solid concentration allowing an autogenous combustion, while the overcome of such value is detrimental both for capital and operating costs

Abstract (Italian)

In questo lavoro sono riportati sinteticamente i principali risultati ottenuti nell'ambito del progetto di ricerca Processi termici con recupero di energia per lo smaltimento di fanghi e rifiuti speciali anche pericolosi finanziato dal Ministero della Ricerca Scientifica con i fondi strutturali europei per 2,16 milioni di Euro. Il progetto e' articolato nei quattro sottoprogetti: combustione di fanghi pericolosi su impianto dimostrativo; combustione di fanghi in reattori a letto fluido in scala di laboratorio e pilota; messa a punto di sistemi di campionamento dei gas ad alta temperatura; modellizzazione fluidodinamica della combustione. La ricerca ha prodotto risultati originali ed interessanti in relazione ai seguenti aspetti principali: stata dimostrata la possibilita' di effettuare l'incenerimento combinato di fanghi di depurazione e di rifiuti pericolosi senza produrre un peggioramento delle caratteristiche delle emissioni, che sono risultate quasi sempre conformi ai limiti di legge anche se spesso il funzionamento dell'impianto e' stato spinto verso condizioni critiche; il parametro piu' affidabile per il monitoraggio delle emissioni di microinquinanti organici e' risultato la concetrazione di idrocarburi policiclici aromatici (IPA) in quanto e' stato verificato che essi vengono prodotti in abbondanza quando si manifestano disfunzioni di funzionamento soprattutto in relazione ad un abbassamento della temperatura della camera di combustione ed ad un apporto insufficiente di aria di combustione. Il limite molto restrittivo di 0,1 ng/m3 relativo alle concetrazioni di diossine e furani alle emissioni puo' essere rispettato nella maggioranza dei casi ma il monitoraggio di questo inquinante e' molto complesso e costoso, puo' essere inficiato da errori nel campionamento e nell'estrazione, e comunque non e' un indice diretto della efficienza della combustione ma piuttosto delle condizioni che si realizzano nella caldaia di recupero del calore; i metalli tendono ad arricchirsi nelle ceneri volanti in misura maggiore nelle prove condotte con forno a tamburo rotante rispetto a quelle con forno a letto fluido; l'esercizio della camera di postcombustione non ha evidenziato una diretta influenza sulle caratteristiche delle emissioni; le prove di incenerimento effettuate in scala pilota ridotta hanno mostrato una totale assenza di frammentazione del materiale nella fase di volatilizzazione ed una generazione di particolato solido solo nel corso della combustione vera e propria. In definitiva i fanghi essiccati si sono dimostrati un ottimo combustibile. E' stata appositamente progettata e realizzata una sonda prototipo per il campionamento dei fumi fino a temperature di 1.200 0C; la modellizzazione fluidodinamica applicata al forno a letto fluido dell'impianto dimostrativo ha consentito di giungere ad una visualizzazione del campo di moto in diverse condizioni di esercizio. Cio' puo' consentire di impostare una corretta progettazione dei forni in relazione al diametro, all'ingresso dell'aria primaria e secondaria ed alla scelta della granulometria della sabbia; la progettazione di un impianto di incenerimento fanghi dal punto di vista del reupero energetico deve prevedere l'adozione dell'essiccamento termico, utilizzando il calore dei fumi della combustione, fino al livello di concentrazione di solidi che garantisce l'autotermicita' (45-50%). Il superamento di questo limite comporta oneri gestionali e di investimento non giustificati

Additional details

Additional titles

Original title (Italian)
Articolazione del progetto Processi termici con recupero di energia

Publishing Information

Journal Title
Quaderni - Istituto di Ricerca sulle Acque
Journal Issue
no.115
Journal Page Range
p. 247
ISSN
0390-6329
CODEN
QIRADG

Conference

Title
Meeting on Thermal processes with energy recovery for sludge and special or hazardous waste disposal
Dates
2000
Place
Bari (Italy)

INIS

Country of Publication
Italy
Country of Input or Organization
Italy
INIS RN
33002066
Subject category
S54: ENVIRONMENTAL SCIENCES;
Resource subtype / Literary indicator
Conference
Descriptors DEI
COMBUSTION; ENERGY RECOVERY; ENVIRONMENTAL IMPACTS; HAZARDOUS MATERIALS; INCINERATORS; SLUDGES; SOLID WASTES; WASTE MANAGEMENT
Descriptors DEC
CHEMICAL REACTIONS; MANAGEMENT; MATERIALS; OXIDATION; THERMOCHEMICAL PROCESSES; WASTES