T2s requirement in WtE plants : technical overview and critical review of European directive and its application

The emissions limits for Waste to Energy (WtE) plants are defined in Europe by the Directive 2010/75/EU on industrial emissions (IED). Together with the use of Best Available Techniques (BAT), the IED presents also important requirements on operational conditions, which act as a preventive emissions control. This work focus on the operational condition’s requirements for the post-combustion zone of an incineration plant, aiming the thermal decomposition of organochlorine compounds (dioxins and furans): WtE plants shall be designed, equipped, built and operated in such a way that the gas resulting from the incineration of waste is raised, after the last injection of combustion air, in a controlled and homogeneous fashion and even under the most unfavorable conditions, to a temperature of at least 850°C for at least two seconds. In the case of waste with chlorine content more than 1% (mass), the temperature required shall be at least 1,100 °C. Despite EU Directive and BREF are clear when defining the minimum requirements, the so-called “T2s requirement”, no detailed information is given about the methodology for measuring and verifying the compliance. In European countries, a common practice is to use the German BMU procedure, which considers grid measurements with suction pyrometers to determine the T2s temperature. To predict the conditions during the overall operation of the plant, a calibration procedure of the plant sensors is also presented in the guideline. Firstly, the proposed work reviewed the BMU procedure, describing stepwise the verification of the minimum temperature, residence time, and main assumptions. To test the applicability of the methodology, a case study was carried out with measurements and operational data of an existing WtE plant at partial and full load conditions. As result, the procedure positively verified the T2s requirement for the measured conditions and the predicted values of temperature, suggested by the BMU calibration model, are in accordance with the results proposed by the plant algorithm during full load condition. Furthermore, a sensitivity analysis demonstrated that the method is robust for the variations of number of measurements and temperature profile of the cross-sectional area.

I limiti di emissione negli impianti di termovalorizzazione sono definiti in Europa dalla Direttiva 2010/75/EU relativa alle emissioni industriali (IED). Insieme all'utilizzo delle migliori tecniche disponibili (BAT), la IED definisce requisiti particolarmente importante nella prevenzione delle emissioni di diossine da parte degli impianti di incenerimento di rifiuto: “Gli impianti di incenerimento sono progettati, costruiti, attrezzati e fatti funzionare in maniera che i gas prodotti dal processo di incenerimento siano portati, dopo l'ultima immissione di aria di combustione, in modo controllato e omogeneo persino nelle condizioni più sfavorevoli, a una temperatura di 850°C per due secondi. Se sono inceneriti rifiuti pericolosi contenenti oltre 1% di sostanze organiche alogenate, espresse in cloro, la temperatura è portata ad almeno 1100 °C, per almeno due secondi.” Nonostante la direttiva e BAT definiscono i requisiti minimi, in seguito chiamata "requisito T2s", non vengono fornite informazioni dettagliate sulla metodologia per misurare e verificare la conformità. È lasciata ai singoli Stati Membri la definizione delle modalità di verifica. Tra le procedure, la più ampiamente utilizzata in Europa è quella adottata in Germania (BMU, 2010), che prescrive l’impiego di sonde aspirate o “pirometri a suzione” per definire la temperatura T2s. Per prevedere le condizioni durante il funzionamento generale dell'impianto, viene presentata anche una procedura di calibrazione dei sensori dell'impianto. In primo luogo, il lavoro proposto ha esaminato la procedura BMU, descrivendo la verifica della temperatura minima, il tempo di permanenza e le principali ipotesi. Al fine di studiare l'applicabilità della procedura, è stato eseguito uno studio di caso con misurazioni e dati operativi di un impianto di termovalorizzazione esistente a carico elevato e ridotto. Come risultato, la prescrizione di legge è stata valutata positivamente per le condizioni misurate, e i valori previsti di temperatura suggeriti dal modello di calibrazione BMU sono in accordo con i risultati proposti dall'algoritmo dell'impianto, considerando la caldaia a carico elevato. Inoltre, un'analisi di sensibilità ha dimostrato che il metodo è robusto per le variazioni del numero di misurazioni e del profilo di temperatura dell'area della sezione trasversale.