Che cos’è un impianto SNCR
SNCR significa Selective Non-Catalytic Reduction, riduzione selettiva non catalitica. È una delle due tecnologie per abbattere gli NOx, gli ossidi di azoto che si formano in ogni combustione: l’altra è l’SCR, che lavora con un catalizzatore.
Nell’SNCR il reagente, di solito una soluzione di urea in acqua, viene nebulizzato nella parte alta della camera di combustione. Alla temperatura giusta l’urea libera ammoniaca, che reagisce con gli NOx e li trasforma in azoto e vapore acqueo, gli stessi componenti dell’aria che respiriamo.
Non servono catalizzatori né reattori separati: la caldaia stessa fa da reattore. Per questo l’SNCR ha ingombri contenuti e si installa bene anche su impianti esistenti.
Come funziona, passo per passo
- Serbatoio di stoccaggio dell’urea
- Skid di dosaggio con pompe 1+1: una in servizio, una di riserva
- Aria compressa per l’atomizzazione
- Lance di iniezione nella parete della caldaia
- Zona di reazione, tra circa 850 e 950 °C
- Analizzatore NOx al camino
- Quadro PLC: regola il dosaggio in base agli NOx misurati
- Stoccaggio. L’urea in soluzione acquosa arriva in autocisterna o in cisternette ed è conservata in un serbatoio dedicato, dimensionato per alcuni giorni o settimane di funzionamento.
- Dosaggio. Le pompe dosatrici prelevano la quantità di urea richiesta in quel momento e la inviano alle lance. Quando serve, la soluzione viene diluita con acqua prima dell’iniezione.
- Atomizzazione. In ogni lancia l’urea si unisce all’aria compressa, che la nebulizza in goccioline molto fini.
- Iniezione. Le lance spruzzano la nebbia di urea nella zona della caldaia dove i fumi sono tra circa 850 e 950 °C.
- Reazione. L’acqua evapora, l’urea si decompone e libera ammoniaca, che riduce gli NOx ad azoto e vapore acqueo mentre i fumi salgono.
- Misura. L’analizzatore al camino misura in continuo gli NOx che escono e manda il segnale al quadro di controllo.
- Regolazione. Il quadro PLC aumenta o riduce il dosaggio delle pompe per restare sotto il limite con il minimo consumo di urea.
Com’è fatto: i componenti
Un impianto SNCR è fatto di pochi blocchi, ognuno con un compito preciso. Nei nostri impianti i componenti di dosaggio sono montati su skid preassemblati e collaudati in officina, così in cantiere restano solo i collegamenti.
- Serbatoio di stoccaggio: in materiale compatibile con l’urea, con indicatore di livello o celle di carico. Nei climi freddi si aggiunge una scaldiglia: la soluzione al 32,5% inizia a cristallizzare intorno a −11 °C.
- Skid di dosaggio: pompe dosatrici, di norma in configurazione 1+1 per non fermarsi in caso di guasto, con filtri, valvole di sicurezza, manometri e misuratori di portata.
- Linea di diluizione, quando serve: porta l’urea alla concentrazione adatta alla caldaia e alla distanza che il getto deve coprire.
- Aria di atomizzazione: aria compressa da rete di stabilimento o da compressore dedicato.
- Lance di iniezione: entrano nella caldaia attraverso bocchelli nella parete. Sono raffreddate per resistere alla temperatura della camera.
- Tubazioni: in acciaio inox nei tratti a contatto con l’urea, dallo skid fino alle lance.
- Quadro di controllo PLC: gestisce pompe e allarmi, permette il funzionamento manuale o automatico con il segnale 4–20 mA dell’analizzatore NOx.
I parametri che decidono il risultato
Due impianti SNCR con gli stessi componenti possono dare risultati molto diversi. A fare la differenza sono quattro parametri.
Temperatura
La reazione funziona bene tra circa 850 e 950 °C. Sotto, la reazione è lenta e parte dell’ammoniaca esce al camino senza reagire. Sopra i 1.000 °C l’ammoniaca brucia e produce altri NOx invece di eliminarli.
Tempo di permanenza
Dopo l’iniezione, i fumi devono restare nella zona calda abbastanza a lungo perché la reazione si completi: almeno 0,3 secondi, meglio se oltre un secondo.
Copertura della sezione
L’urea deve raggiungere tutta la sezione attraversata dai fumi. Se una parte dei fumi passa senza incontrare il reagente, quegli NOx escono al camino. La copertura dipende dal numero e dalla posizione delle lance, dalla finezza della nebulizzazione e dalla direzione dei getti.
Quantità di reagente
Si dosa più urea di quella teoricamente necessaria, ma senza esagerare: il rapporto tra reagente e NOx da ridurre si regola in continuo in base alla misura al camino. Troppo poca urea non basta a rispettare il limite; troppa aumenta i costi e l’ammoniaca residua (ammonia slip), che le autorizzazioni limitano di solito a 5–10 mg/Nm³.
Dove si mettono le lance
La posizione delle lance si decide caso per caso, partendo dalla geometria della caldaia e dalla mappa delle temperature. Per questo ogni nostro impianto parte da un sopralluogo e dai dati di funzionamento dell’impianto.
Due aspetti contano più degli altri:
- Il carico della caldaia. Posizioniamo le lance tenendo conto di come lavora davvero la caldaia, dal minimo al pieno carico, così la reazione resta efficace anche quando la potenza cambia.
- La direzione del getto. Nelle caldaie nuove i fori si fanno già inclinati; nei retrofit, con i bocchelli esistenti, si può inclinare il getto invece del foro. Ne parliamo nell’approfondimento sul getto disassato nelle lance SNCR.
Rendimenti e limiti
Un impianto SNCR ben dimensionato riduce gli NOx in genere del 30–60%, fino al 70% in condizioni favorevoli: temperatura stabile, buon tempo di permanenza, buona copertura della sezione.
È la soluzione più adatta quando bisogna scendere sotto limiti come 200–300 mg/Nm³ partendo da valori non troppo lontani, come capita spesso nelle caldaie a biomassa e nei piccoli termovalorizzatori.
Quando servono riduzioni più spinte, oltre l’80–90%, si passa all’SCR, che lavora con un catalizzatore a temperature più basse. Le due tecnologie si possono anche combinare: l’SNCR in caldaia alleggerisce il lavoro del catalizzatore, come nella nostra referenza su un termovalorizzatore da 18,7 MW. Il confronto completo è nella guida DeNOx SNCR e SCR.
Dove si usa
- Caldaie a biomassa, a cippato, corteccia o pellet, per teleriscaldamento e processi industriali. Alcuni esempi: le nostre referenze in Francia, in Svizzera e a Cosio Valtellino.
- Termovalorizzatori e inceneritori di rifiuti, da soli o a monte di un SCR.
- Forni e caldaie industriali con una zona di fumi alla temperatura adatta e accessibile per le lance.
Retrofit su impianti esistenti
Gran parte degli impianti SNCR si installa su caldaie già in esercizio, quando cambiano i limiti di emissione o il combustibile. Il retrofit è possibile perché il sistema non richiede modifiche strutturali importanti:
- lo skid arriva preassemblato e si posiziona vicino alla caldaia;
- le lance entrano dai bocchelli esistenti o da nuovi bocchelli realizzati durante una fermata programmata;
- il fermo dell’impianto si limita al tempo necessario per inserire le lance e collegarle.
Anche un impianto SNCR esistente che non rende come dovrebbe si può migliorare: nel revamping di una caldaia a biomassa da 3,5 MW abbiamo rivisto le lance e la direzione dei getti per distribuire meglio l’urea nella camera.
Gestione e manutenzione
Un impianto SNCR richiede poca manutenzione, ma regolare:
- Lance: controllo periodico degli ugelli, che con il tempo possono sporcarsi o usurarsi e peggiorare la nebulizzazione.
- Pompe e filtri: pulizia dei filtri e verifica delle pompe secondo le indicazioni del costruttore.
- Analizzatore NOx: tarature periodiche, perché il dosaggio automatico è affidabile solo se lo è la misura.
- Serbatoio: controllo del livello e, d’inverno, del riscaldamento.
Perché le tubazioni dell’urea vanno lavate, e come, lo spieghiamo nell’approfondimento sul lavaggio delle linee e delle lance SNCR.
Il costo di esercizio principale è l’urea consumata, che dipende da quanti NOx bisogna togliere e da quanto bene il reagente si distribuisce nei fumi.
Da cosa dipende il costo
Ogni impianto SNCR si dimensiona sulla caldaia, quindi non esiste un prezzo standard. Il costo dipende soprattutto da:
- portata dei fumi e quantità di NOx da ridurre, che decidono il consumo di urea e la taglia delle pompe;
- numero e posizione delle lance;
- capacità del serbatoio, cioè quanti giorni di autonomia servono;
- presenza della linea di diluizione e del riscaldamento del serbatoio;
- livello di automazione e integrazione con il sistema di controllo della caldaia;
- complessità dell’installazione, soprattutto nei retrofit.
Con i dati della caldaia e i limiti da rispettare possiamo preparare una stima già dalla prima richiesta.
Domande frequenti
Che differenza c’è tra SNCR e SCR?
L’SNCR inietta urea direttamente in caldaia, tra circa 850 e 950 °C, senza catalizzatore. L’SCR lavora a temperature più basse con un catalizzatore e raggiunge riduzioni più alte, ma costa di più ed è più ingombrante.
Quanto riduce gli NOx un impianto SNCR?
In genere tra il 30 e il 60%, fino al 70% in condizioni favorevoli. Il risultato dipende da temperatura, tempo di permanenza e distribuzione del reagente.
Meglio urea o ammoniaca?
Nella maggior parte degli impianti si usa urea in soluzione acquosa: non è infiammabile, è molto meno pericolosa dell’ammoniaca e si stocca senza le precauzioni che questa richiede.
Che cos’è l’ammonia slip?
È l’ammoniaca che non reagisce ed esce al camino. Si tiene bassa con un dosaggio corretto e una buona distribuzione dell’urea; le autorizzazioni la limitano di solito a 5–10 mg/Nm³.
Si può installare un SNCR su una caldaia esistente?
Sì, è il caso più frequente. Lo skid arriva preassemblato e le lance si inseriscono dai bocchelli esistenti o da nuovi bocchelli, con fermi impianto brevi.
Serve una manutenzione particolare?
Pochi controlli regolari: pulizia degli ugelli delle lance e dei filtri, verifica delle pompe e taratura dell’analizzatore NOx.