Combustori termici

I combustori termici vengono utilizzati per trattare l’aria contaminata da concentrazioni di vapori organici che sono generalmente inferiori al 25-50% del LEL. Concentrazioni superiori sono molto pericolose perché vi può essere il pericolo di esplosione, dovuto al fatto che la combustione avviene in ambienti chiusi.
Strutturalmente il combustore termico consiste in una camera di combustione di forma tubolare, rivestita da materiale refrattario e con uno o più bruciatori a gas o a olio combustibile posizionati ad una estremità. I bruciatori vengono utilizzati per scaldare il flusso d’aria da depurare alla temperatura necessaria all’ossidazione dei contaminanti organici, in genere 650-900°C.

Nei combustori termici diretti il flusso da trattare passa a ridosso della fiamma; i gas esausti prodotti nella combustione vengono poi dispersi in atmosfera assieme al calore prodotto nella combustione. Questo sistema è energicamente ed economicamente molto dispendioso per cui non viene praticamente mai utilizzato.

Disegno schematico di un combustore termico diretto

In effetti una delle limitazioni maggiori dei combustori termici consiste proprio nella grande quantità di combustibile che deve essere impiegata per riscaldare il flusso da trattare per portarlo alla temperatura ottimale all’abbattimento degli inquinanti. Così, per recuperare parte del calore prodotto, viene spesso utilizzato uno scambiatore di calore. Questo dispositivo riacquista il calore del flusso d’aria in uscita dalla camera di combustione e lo cede al flusso d’aria in entrata, ancora carico di inquinanti, preriscaldandolo. In questo modo l’aria in entrata è già ad elevata temperatura, per cui risulta minore la quantità di combustibile necessaria all’ossidazione.

I combustori termici di tipo recuperativo (figura a fianco) utilizzano uno scambiatore di calore ad aria.
La loro efficienza nel recupero energetico può variare anche di molto sulla base delle dimensioni dell’impianto e comunque va da un 30% ad un 80% abbondante.

Invece, i combustori termici di tipo rigenerativo utilizzano come scambiatori di calore dei letti di ceramica. Solitamente i letti sono disposti in due zone, una all’entrata del flusso prima della camera di combustione e una all’uscita. Il letto in uscita recupera il calore del flusso già trattato, mentre l’altro lo rilascia al flusso in entrata. Ad intervalli regolari una valvola provvede ad invertire l’entrata del flusso da trattare facendolo passare attraverso il letto che si è precedentemente riscaldato. In questo caso l’efficienza di recupero si aggira su valori del 85-97% ed il consumo di combustibile supplementare è relativamente molto basso.

In genere, nei combustori moderni il flusso dell’aria da depurare non passa attraverso la fiamma del bruciatore, a meno che una parte del flusso non venga utilizzata per garantire l’apporto di ossigeno necessario a sostenere la combustione del carburante di supporto.
La camera di combustione è strutturata in modo da garantire un tempo di permanenza tale da far sì che si completino le reazioni di ossidazione nel giro di 0,3-0,5 secondi, anche se la permanenza può essere in alcuni casi superiore ad 1 secondo. Il tempo necessario alla degradazione dei contaminanti dipende essenzialmente dalla temperatura e dalla miscelazione dell’aria all’interno della camera di ossidazione.

La combustione termica risulta preferibile a quella catalitica quando l’aria da trattare presenta in sospensione del particolato che non è possibile eliminare con un pre-trattamento, o nel caso in cui siano presenti delle sostanze in grado di neutralizzare il catalizzatore, oppure quando sono interessati dei gas che con la loro combustione porterebbero ad una temperatura che farebbe cedere il supporto del catalizzatore.

Da notare che in alcuni casi è possibile avere un’alternativa all’installazione di un combustore termico sfruttando la presenza di una caldaia di grosse dimensioni all’interno dell’impianto industriale. Il flusso d’aria contaminata viene solitamente insufflato vicino ai bruciatori principali della caldaia o può essere utilizzato come parte dell’aria che alimenta la combustione che viene fornita ai bruciatori. Le condizioni operative sono simili a quelle degli inceneritori termici convenzionali. Vi sono comunque diverse limitazioni di natura tecnica: il flusso d’aria da trattare dovrebbe essere solamente una piccola parte del flusso totale del gas che attraversa l’unità, per non limitare l’efficienza di abbattimento; inoltre, all’interno del flusso da trattare o nei prodotti di combustione, non ci dovrebbe essere niente in grado di causare dei problemi di corrosione oppure dei depositi di sostanze sulle superfici interne.