Conformità alle emissioni ultra-basse per i gas di scarico dei forni rotanti dell'industria siderurgica: torre di lavaggio, desolforazione dei fumi a base di calcare e gesso, precipitazione elettrostatica a umido e recupero di calore MGGH per l'eliminazione del pennacchio bianco.

Caso di studio · Controllo delle emissioni industriali

Come un importante produttore di acciaio ha raggiunto un'efficienza di desolforazione del 99,7%, emissioni di SO₂ inferiori a 10 mg/Nm³, particolato inferiore a 3 mg/Nm³ e la completa eliminazione del pennacchio bianco da 90.000 Nm³/h di gas di scarico del forno rotante, implementando un sistema di trattamento integrato a cinque stadi con scambiatore di calore MGGH per una soppressione efficiente dal punto di vista energetico del pennacchio e un monitoraggio intelligente in tempo reale per un controllo adattivo dell'inquinamento.

Gas di scarico del forno rotante per acciaio
Scambiatore di calore MGGH
Precipitatore elettrostatico a umido
Desolforazione dei fumi di calcare e gesso
Eliminazione della colonna di fumo bianco

99.7%
Rimozione effettiva di SO₂
Uscita: 10 mg/Nm³
90%
Rimozione effettiva della polvere
Uscita PM: 3 mg/Nm³
90,213
Nm³/h
Volume dei gas di scarico del processo
Zero
Pennacchio bianco visibile
MGGH + ESP umido

01 — Contesto del settore

Produzione di acciaio, polveri da forni ad arco elettrico e trasformazione a bassissime emissioni

Nel processo di produzione dell'acciaio, sottoprodotti e particolato vengono generati in diverse fasi produttive, in particolare nelle fasi di sinterizzazione, fusione e forno ad arco elettrico, dove le reazioni metallurgiche ad alta temperatura determinano il rilascio di polveri sottili di ossido metallico. Le polveri provenienti dal forno ad arco elettrico (EAF), in particolare, rappresentano dai 12 ai 20 kg di polvere per tonnellata di acciaio prodotta, con un contenuto di ossido di zinco che spesso supera i 401 TP3T. Se sommate alle polveri derivanti dalla produzione di energia, dal trasporto di veicoli pesanti e dalle operazioni navali, le emissioni degli impianti siderurgici creano significative problematiche di inquinamento ambientale che incidono direttamente sulla salute delle comunità vicine ai distretti industriali.

Una gestione efficace delle polveri provenienti dai forni ad arco elettrico (EAF) non è quindi solo un obbligo di conformità ambientale, ma anche un'opportunità di recupero delle risorse: le polveri contengono concentrazioni significative di zinco, piombo e altri metalli che, se trattati attraverso l'apposita catena di recupero, assumono un valore commerciale. Il processo del forno rotante descritto in questo caso di studio è la principale tecnologia su scala industriale per il trattamento delle polveri provenienti dai forni ad arco elettrico e per il recupero di zinco e ferro, generando al contempo gas di scarico che richiedono un trattamento multi-inquinante completo.

L'impianto oggetto di questo progetto utilizza un forno rotante per il trattamento delle polveri provenienti da forni ad arco elettrico (EAF), producendo 56.890 Nm³/h di gas di combustione standard (90.213 Nm³/h in condizioni di processo) a 150–160 °C. L'impianto ha realizzato una piattaforma intelligente integrata per il controllo e la gestione ambientale, installando microstazioni di monitoraggio dell'aria e strumenti per il monitoraggio della concentrazione totale di particolato sospeso (TPP) al fine di ottenere un monitoraggio completo in tempo reale delle emissioni, un sistema di allerta precoce e una gestione coordinata intelligente. Queste misure hanno innalzato significativamente gli standard di gestione ambientale dell'impianto, consentendo il raggiungimento della conformità alle normative sulle emissioni ultra-basse.

Il progetto mira a Standard di emissioni ultra-basse per gli inquinanti atmosferici dell'industria siderurgica In base alle conclusioni delle migliori tecniche disponibili (BAT) dell'UE per la produzione di ferro e acciaio, che richiedono SO₂ ≤20 mg/Nm³, particolato ≤5 mg/Nm³, CO ≤100 mg/Nm³, HCl ≤5 mg/Nm³ e HF ≤20 mg/Nm³, il progetto ha ampiamente superato questi obiettivi, raggiungendo concentrazioni effettive in uscita ben al di sotto di tutti i limiti.

Scenari applicativi di un sistema integrato di rimozione delle polveri e desolforazione presso un impianto di trattamento delle polveri di un forno rotante per la produzione di acciaio, con installazione di un sistema di desolforazione a letto fluido (FGD) su calcare-gesso e di un precipitator elettrostatico a umido con eliminazione del pennacchio bianco.

"I gas di scarico del processo di trattamento delle polveri del forno elettrico ad arco rotante sono particolari perché la concentrazione di SO₂, pari a 2.800 mg/Nm³, deve essere ridotta al di sotto di 20 mg/Nm³ — un requisito di riduzione del 99,3% — gestendo contemporaneamente elevati carichi di polveri, CO, HCl, HF e la persistente colonna di fumo bianco proveniente dai gas di scarico post-scrubber ad alta umidità. L'approccio di scambio termico MGGH per l'eliminazione della colonna di fumo bianco evita il dispendio energetico del riscaldamento convenzionale del gas, sfruttando al contempo il calore di scarto dell'impianto stesso come fonte di energia per la soppressione della colonna di fumo."

— Sintesi tecnica del progetto di rimozione delle polveri e desolforazione nell'industria siderurgica

02 — Profilo di inquinamento

Gas di scarico del processo di lavorazione delle polveri del forno rotante EAF: elevati livelli di SO₂, elevate concentrazioni di polveri, CO, HCl, HF e pennacchio bianco.

Il forno rotante è alimentato a gas naturale (consumo di combustibile pari a circa 5.500 m³/h). Le condizioni di processo all'uscita del forno generano 90.213 Nm³/h di gas di scarico a 150–160 °C. Alle condizioni di riferimento standard (15% O₂, base secca) ciò corrisponde a 56.890 Nm³/h. I gas di scarico trasportano simultaneamente le seguenti categorie di inquinanti:

  • SO₂ a 2.800 mg/Nm³ all'ingresso della desolforazione: Generato da composti di zolfo presenti nel materiale di alimentazione in polvere del forno ad arco elettrico e dai gas di combustione. Dopo il pretrattamento della torre di lavaggio, SO₂ entra nell'assorbitore FGD a 2.800 mg/Nm³. Uscita target: ≤20 mg/Nm³ (progettato) / effettivamente raggiunto: 10 mg/Nm³. Efficienza di desolforazione: 99,3% di progetto / 99,7% effettiva.
  • Particolato (PM) a 100 mg/Nm³ iniziale: Particolato fine di ossido metallico e carbonio proveniente dall'alimentazione di polveri del forno ad arco elettrico e dalla zona di combustione del forno rotante. Dopo il pretrattamento della torre di lavaggio, il PM in ingresso all'assorbitore FGD è significativamente ridotto. Le particelle fini rimanenti vengono catturate dal precipitator elettrostatico a umido con un'efficienza ≥95%. Uscita target: ≤5 mg/Nm³ (progettato) / effettivo: 3 mg/Nm³. Rimozione complessiva delle polveri del sistema: 75% di progetto / 90% effettivo.
  • CO a 4.000 mg/Nm³ inizialiPresente a causa di combustione incompleta nel forno rotante. Una concentrazione significativa di CO richiede il monitoraggio del CO a monte e l'attivazione di dispositivi di sicurezza, nonché la verifica di un'adeguata miscelazione dell'aria di diluizione prima che il sistema raggiunga le zone di trattamento chiuse.
  • HCl a 15 mg/Nm³ e HF a 50 mg/Nm³ inizialiGas acidi derivanti da composti di cloruro e fluoruro presenti nelle polveri in ingresso al forno ad arco elettrico. Catturati dal processo di lavaggio della torre e dalle fasi di assorbimento del calcare-gesso del sistema di desolforazione dei fumi. Uscita: HCl ≤2 mg/Nm³ effettivo (limite di progetto 5), HF ≤6 mg/Nm³ effettivo (limite di progetto 20).
  • Sostanze corrosive a 30 mg/Nm³ NaClIl cloruro di metalli alcalini derivante dal processo di lavorazione delle polveri del forno ad arco elettrico crea un ambiente corrosivo per tutte le apparecchiature di trattamento a contatto con liquidi. Le specifiche dei materiali devono tenere conto di questo ambiente di servizio combinato di gas acidi e sali alcalini.
  • Pennacchio bianco visibileI gas di scarico post-scrubber, a circa 50 °C (all'uscita del sistema di desolforazione dei fumi), sono saturi di vapore acqueo. Senza un sistema attivo di soppressione del pennacchio, si genera un pennacchio bianco visibile nella maggior parte delle condizioni ambientali. Il sistema MGGH (Mist Generation and Gas Heating, ovvero scambiatore di calore gas-gas) utilizza i gas di scarico grezzi caldi del forno per riscaldare i gas puliti post-desolforazione a temperature superiori a 90 °C, portando la temperatura di scarico del camino al di sopra del punto di rugiada atmosferico ed eliminando la formazione di pennacchi visibili senza apporto di energia esterna.
Parametro Ingresso iniziale / FGD Aeroporto progettato Presa effettiva Limite UE per i dispositivi IED
SO₂ 2.800 mg/Nm³ ≤20 mg/Nm³ 10 mg/Nm³ 20 mg/Nm³
Particolato (PM) 100 mg/Nm³ ≤5 mg/Nm³ 3 mg/Nm³ 5 mg/Nm³
CO 4.000 mg/Nm³ ≤100 mg/Nm³ ≤100 mg/Nm³ 100 mg/Nm³
HCl 15 mg/Nm³ ≤5 mg/Nm³ 2 mg/Nm³ 5 mg/Nm³
HF 50 mg/Nm³ ≤20 mg/Nm³ 6 mg/Nm³ 20 mg/Nm³
Pennacchio bianco visibile Presente Nessuno (invisibile) Nessuno — confermato Nessuna colonna di fumo bianco visibile
Volume dei gas di scarico del processo 90.213 Nm³/h — — —
Volume standard dei gas di scarico 56.890 Nm³/h — — —
Temperatura dei gas di scarico (in uscita dal forno) 150–160 °C — — —
Sostanze corrosive (NaCl) 30 mg/Nm³ — — —

03 — Soluzione di trattamento

Sistema di trattamento a cinque stadi: preraffreddamento MGGH, torre di lavaggio, desolforazione dei fumi (FGD), elettrofiltro a umido (Wet ESP) e riscaldamento MGGH.

Il sistema di trattamento sfrutta i gas di scarico caldi del forno dell'impianto stesso come fonte di energia sia per il pre-raffreddamento (prima dello scrubber) che per il riscaldamento (dopo lo scrubber) tramite un sistema MGGH (scambiatore di calore gas-gas), recuperando il calore di scarto sia per la gestione termica della catena di trattamento sia per l'eliminazione dei fumi bianchi senza alcun apporto di energia esterna per il riscaldamento del gas. Questa autosufficienza energetica distingue l'approccio MGGH dal riscaldamento convenzionale del gas tramite vapore o riscaldatori elettrici.

Fase 1: Scambiatore di calore di preraffreddamento MGGH (160 °C → 115 °C)

I gas di scarico caldi del forno a 160 °C entrano nello scambiatore di calore di preraffreddamento MGGH (volume dei gas di scarico 52.320 m³/h; superficie di scambio termico 400 m²; ingresso lato caldo 160 °C; uscita lato caldo 115 °C; ingresso acqua calda 89 °C; uscita acqua calda 109 °C; dimensioni del dispositivo 3.000 × 2.120 × 3.524 mm). Questa fase di preraffreddamento ha una duplice funzione: riduce la temperatura del gas a un livello compatibile con i materiali anticorrosione presenti nella torre di lavaggio e nello scrubber FGD a valle, e recupera energia termica nel circuito dell'acqua calda che viene successivamente utilizzata per riscaldare il gas pulito post-FGD per l'eliminazione del pennacchio bianco. Gli scambiatori di calore MGGH devono essere realizzati con acciai inossidabili di qualità adeguata per evitare problemi di corrosione, perdite e deposizione di fanghi; La scelta del giusto tipo di acciaio inossidabile, l'impostazione di una velocità del gas adeguata e l'ottimizzazione della geometria dei condotti per ridurre la velocità di deposizione sono le discipline progettuali chiave per la longevità degli impianti MGGH.

Fase 2: Torre di lavaggio (prelavaggio con HCl e pre-rimozione del PM)

Il gas preraffreddato entra nella torre di lavaggio (volume dei fumi di processo 80.841 m³/h; temperatura di ingresso 115 °C; temperatura di uscita 65 °C; velocità del gas 2,4 m/s; diametro interno della torre φ3,5 m; 2 strati di spruzzatura; portata della singola pompa 80 m³/h; altezza della torre 23 m). La torre di lavaggio è dotata di tre strati di ugelli di spruzzatura che rimuovono efficacemente i gas acidi di HCl dai fumi. Dopo il lavaggio, la temperatura del gas si abbassa e il gas passa al sistema di desolforazione per il trattamento FGD. La torre pre-rimuove l'HCl per proteggere la sospensione di calcare FGD dalla contaminazione da cloruri che altrimenti comprometterebbe la chimica di assorbimento di SO₂ della sospensione e la qualità di cristallizzazione del gesso. La chiave per il funzionamento della torre di lavaggio è garantire una corretta gestione dell'acqua di circolazione: monitorare continuamente il pH e controllare la concentrazione di cloruri nel liquido di circolazione per evitare che aumenti a livelli che riducano l'efficienza di assorbimento dell'HCl.

Fase 3: Torre di assorbimento FGD in calcare e gesso (φ2,8 m, 70.500 Nm³/h)

Dopo la torre di lavaggio, il gas entra nell'assorbitore FGD a base di calcare e gesso per la rimozione di SO₂. Parametri chiave: volume dei gas di scarico 70.500 m³/h all'ingresso FGD; temperatura dei gas di scarico 65 °C; concentrazione di SO₂ in ingresso 2.800 mg/Nm³; concentrazione di SO₂ in uscita 20 mg/Nm³ (di progetto) / 10 mg/Nm³ (effettiva); rapporto molare calcio-zolfo 1,05; velocità del gas <3,2 m/s; diametro interno della torre φ2,8 m; rapporto liquido-gas 22,8; 4 strati di spruzzatura; portata della singola pompa 325 m³/h; tempo di sedimentazione della sospensione 3,5 h; consumo operativo di calcare 275 kg/h; produzione di gesso 395 kg/h; contenuto di umidità del gesso 12–15%; Eliminatori di nebbia: tipo a schermo a 2 strati (primo stadio) + 1 tipo a tubo (secondo stadio); capacità di stoccaggio del calcare 30 m³ (autonomia di 4,5 giorni). Il processo calcare-gesso raggiunge un'efficienza di rimozione di SO₂ pari al 99,3% (effettiva 99,7%) e cattura simultaneamente una frazione significativa dell'HF residuo dal flusso gassoso attraverso la formazione di fluoruro di calcio nella sospensione.

Fase 4: Precipitatore elettrostatico a umido (WESP, 70.500 Nm³/h)

Il gas post-FGD entra nel WESP per la lucidatura profonda del PM e la cattura della nebbia acida. Parametri chiave: volume dei gas di scarico 70.500 m³/h; temperatura dei gas di scarico 65 °C; velocità di lavaggio di progetto 1,4 m/s; area di raccolta effettiva del tubo anodico 14,16 m²; area di raccolta 943,5 m²; concentrazione di PM in uscita ≤5 mg/Nm³; resistenza del corpo 300 Pa; specifiche del tubo anodico φ360×6.000 mm; numero di tubi anodici 128; numero di fili catodici 2.205; tipo di alimentazione alta frequenza; parametri elettrici 72 kV / 800 mA; area di raccolta specifica 37 m²/(m³·s). Il sistema WESP raggiunge una purificazione ≥95% del particolato fine residuo e della nebbia acida che attraversano gli eliminatori di nebbia FGD, fornendo un PM in uscita di 3 mg/Nm³ (effettivo) rispetto all'obiettivo di progetto di 5 mg/Nm³.

Fase 5: Scambiatore di calore di riscaldamento MGGH (50 °C → 90 °C)

Il gas pulito post-WESP a circa 50°C viene riscaldato a 90°C dallo scambiatore di calore di riscaldamento MGGH (volume dei fumi 53.366 m³/h; superficie di scambio termico 812 m²; caduta di pressione del dispositivo 370 Pa; ingresso fumi 50°C; uscita fumi 90°C; ingresso acqua calda 108°C; uscita acqua calda 90°C; dimensioni del dispositivo 3.000×2.120×4.004 mm). Portando la temperatura di scarico del camino a 90°C — al di sopra del punto di rugiada atmosferico in tutte le normali condizioni operative — il pennacchio bianco visibile viene eliminato senza alcun apporto di energia esterna. L'acqua calda utilizzata per riscaldare il gas pulito è la stessa acqua calda riscaldata dal gas grezzo nella fase di preraffreddamento a monte dell'MGGH, creando un circuito di recupero del calore completamente autonomo.

Rotante
Forno
160 °C
→
MGGH ⭐
Preraffreddamento
160→115°C
→
Lavaggio ⭐
Torre
HCl/PM
→
FGD ⭐
Calcare
99.3% SO₂
→
ESP bagnato ⭐
PM+Nebbia
≥95%
→
MGGH ⭐
Riscaldare
50→90°C
→
Tifoso delle Forze di Difesa Israeliane
→ Stack
Nessuna traccia

⭐ Attrezzature nuove o aggiornate in questo progetto

Diagramma di flusso del processo integrato di rimozione delle polveri e desolforazione per il trattamento dei gas di scarico del forno rotante per acciaio EAF, che mostra le fasi di preraffreddamento della torre di lavaggio MGGH, del precipitator elettrostatico a umido calcare-gesso FGD e del riscaldamento del gas MGGH per l'eliminazione del pennacchio bianco

Modello di progetto 1 per un sistema integrato di rimozione delle polveri e desolforazione presso un impianto di forno rotante per acciaio, che mostra la torre di lavaggio, la torre di assorbimento FGD e il precipitator elettrostatico a umido in configurazione combinata.
Modello di progetto 2 per il sistema integrato di rimozione delle polveri e desolforazione presso l'impianto di forno rotante per acciaio, che mostra una vista alternativa della configurazione dello scambiatore di calore MGGH, della torre di lavaggio, dello scrubber FGD e della torre ESP a umido per la conformità alle emissioni ultra-basse.

04 — Vantaggi principali

Perché MGGH + Wet ESP è l'architettura ottimale per i gas di scarico dei forni rotativi per l'acciaio

  • ✓
    Autosufficienza energetica MGGH: eliminazione del pennacchio bianco senza apporto di energia esterna: Il vantaggio principale dell'approccio MGGH per l'eliminazione del pennacchio bianco è che utilizza il calore di scarto dell'impianto stesso, estratto dai gas di scarico caldi del forno nella fase di preraffreddamento, come fonte di energia per il riscaldamento del gas post-FGD. L'acqua calda riscaldata da 89 °C a 109 °C nel MGGH di preraffreddamento trasporta la stessa energia termica utilizzata per portare il gas post-WESP da 50 °C a 90 °C nel MGGH di riscaldamento. Non sono necessari vapore, riscaldatori elettrici o bruciatori a gas naturale per il riscaldamento del gas. Rispetto allo scambio termico diretto gas-gas con gas di scarico caldo, l'intermediazione dell'acqua calda evita i rischi di contaminazione incrociata tra flussi di gas pulito e grezzo e fornisce un migliore controllo termico attraverso la regolazione della portata del circuito dell'acqua.
  • ✓
    99.7% Rimozione effettiva di SO₂ da 2.800 mg/Nm³ a 10 mg/Nm³ — Ben al di sotto del limite ultra-basso di 20 mg/Nm³: L'efficienza di rimozione effettiva di SO₂ verificata, pari a 99,7% (uscita 10 mg/Nm³ rispetto all'obiettivo di progetto di 20 mg/Nm³ e al limite di 20 mg/Nm³), garantisce un margine di conformità di 50% al di sotto del limite ultra-basso. Questa solida prestazione è il risultato della combinazione del prelavaggio della torre di lavaggio (che rimuove l'HCl che altrimenti competerebbe con l'SO₂ per la capacità di assorbimento del calcare) e della progettazione ottimizzata della torre FGD (4 strati di nebulizzazione, rapporto L/G di 22,8, rapporto calcio/zolfo di 1,05, portata della singola pompa di 325 m³/h). La pre-rimozione dell'HCl da parte della torre di lavaggio è particolarmente importante per le prestazioni del sistema FGD a calcare in condizioni di ingresso ad alta concentrazione di SO₂.
  • ✓
    Il prelavaggio con HCl della torre di lavaggio protegge la composizione chimica dell'impianto di desolforazione dei fumi e la qualità del gesso: La torre di lavaggio svolge una duplice funzione: rimuove una frazione significativa di HCl dal gas prima che entri nell'assorbitore FGD e riduce la temperatura del gas da 115 °C a 65 °C per proteggere le parti interne dell'assorbitore FGD e la composizione chimica della sospensione. La pre-rimozione dell'HCl impedisce l'accumulo di cloruri nel circuito della sospensione FGD, che altrimenti comprometterebbe la qualità della cristallizzazione del gesso (il gesso contaminato da cloruri non può essere riutilizzato come materiale da costruzione) e ridurrebbe l'efficienza di assorbimento di SO₂ competendo per la capacità di assorbimento della calce. Per le applicazioni di trattamento dei gas di scarico dei forni rotativi per l'acciaio, dove sono presenti contemporaneamente HCl e un'elevata concentrazione di SO₂, l'architettura a due stadi con torre di lavaggio e FGD è superiore a uno scrubber monostadio integrato.
  • ✓
    La piattaforma di monitoraggio intelligente consente il controllo adattivo in base alle diverse condizioni operative del forno: La piattaforma intelligente integrata per il controllo e la gestione ambientale dell'impianto, dotata di microstazioni di monitoraggio dell'aria e del particolato totale sospeso, fornisce un monitoraggio completo in tempo reale delle emissioni e dell'ambiente circostante. Questi dati in tempo reale alimentano direttamente un algoritmo di controllo adattivo che regola i dosaggi della sospensione di calcare, la velocità delle pompe di circolazione della torre di lavaggio e i livelli di energizzazione del sistema WESP in risposta alle fluttuazioni rilevate di SO₂, PM e temperatura. La piattaforma intelligente migliora significativamente le capacità di gestione ambientale dell'impianto ed è un fattore chiave per il raggiungimento costante di prestazioni estremamente basse rispetto ai livelli di progetto.
  • ✓
    Il gesso, sottoprodotto della desolforazione dei fumi, consente un'economia circolare e zero rifiuti solidi secondari: La fase di desolforazione dei fumi (FGD) produce gesso a una velocità massima di 395 kg/h con un contenuto di umidità compreso tra 12 e 151 TTP/3 T. Questo gesso soddisfa le specifiche di qualità per il riutilizzo dei materiali da costruzione (substrato per cartongesso, additivo per cemento) quando il contenuto di cloruri risulta inferiore ai livelli di soglia previsti dalla norma EN 13279-1 (garantito dalla pre-rimozione dell'HCl nella torre di lavaggio a monte). Il gesso, sottoprodotto del processo, elimina i costi di smaltimento dei rifiuti solidi e la responsabilità ambientale derivanti dal trattamento del solfato di calcio come rifiuto, contribuendo al raggiungimento degli obiettivi di sviluppo "verde, pulito e a basse emissioni di carbonio" dell'impianto.
  • ✓
    Il design modulare consente di adattare il sistema agli standard futuri senza necessità di sostituire l'intero impianto: L'architettura modulare a cinque stadi MGGH + torre di lavaggio + FGD + WESP + MGGH consente l'aggiornamento dei singoli stadi senza dover sostituire l'intero sistema di trattamento. Se le future conclusioni UE sulle migliori tecniche disponibili per i dispositivi di emissione inquinanti (IED BAT) dovessero inasprire i limiti di SO₂ al di sotto di 10 mg/Nm³, lo stadio FGD potrebbe essere aggiornato indipendentemente (strato di nebulizzazione aggiuntivo, rapporto L/G aumentato, assorbitore di secondo stadio). Analogamente, se i limiti di PM dovessero essere inaspriti al di sotto di 3 mg/Nm³, l'energia erogata dal WESP potrebbe essere aumentata o si potrebbe aggiungere un secondo stadio WESP senza interferire con gli altri stadi di trattamento.

05 — Risultati operativi

Prestazioni effettive: tutti e sei i parametri sostanzialmente al di sotto dei limiti ultra-bassi dell'UE.

10 / 20
mg/Nm³ effettivo/limite
SO₂ — 50% al di sotto del limite
3 / 5
mg/Nm³ effettivo/limite
PM — 40% al di sotto del limite
2 / 5
mg/Nm³ effettivo/limite
HCl — 60% al di sotto del limite
6 / 20
mg/Nm³ effettivo/limite
HF — 70% al di sotto del limite
691 kW
potenza di funzionamento effettiva
(potenza massima installata: 850 kW)
Zero
pennacchio bianco visibile
Stack output invisibile

Potenza massima installata delle apparecchiature: 850,05 kW; potenza effettiva in esercizio: 691 kW. Con un funzionamento continuo di 24 ore e un costo equivalente a 0,36 RMB/kWh, il costo giornaliero dell'elettricità è di 5.970,24 RMB equivalenti; con 8.000 ore di funzionamento annue, il costo annuo dell'elettricità è di circa 199.008 RMB equivalenti. Costo annuo dell'acqua: circa 4,8 decine di migliaia di RMB equivalenti (3 t/h a 2 RMB/t). Costo annuo del calcare: circa 55 decine di migliaia di RMB equivalenti (275 kg/h a 250 RMB/t).

06 — Avvertenze sull'implementazione

Lezioni critiche di ingegneria e operative per il trattamento dei gas di scarico dei forni rotanti per la lavorazione dell'acciaio.

  • ⚠️
    Le fluttuazioni della temperatura dei fumi e della concentrazione di SO₂ rappresentano il principale rischio operativo: il controllo adattivo e la comunicazione tra forno e impianto di trattamento sono essenziali. Il rischio principale documentato è che le fluttuazioni della temperatura dei fumi e della concentrazione di SO₂ causino instabilità nello scarico del sistema. Nei forni rotativi per la lavorazione di polveri provenienti da forni elettrici ad arco (EAF), il contenuto di zinco e zolfo nella polvere in ingresso varia tra i diversi lotti, creando una significativa variabilità della concentrazione di SO₂ all'uscita del forno. È necessario implementare un protocollo formale per la notifica preventiva da parte del team operativo del forno alla sala di controllo del sistema di trattamento prima di qualsiasi modifica pianificata alla composizione della polvere in ingresso o ai setpoint della temperatura di esercizio del forno, consentendo una regolazione proattiva dei dosaggi di calcare prima che la variazione di concentrazione entri nell'assorbitore FGD.
  • ⚠️
    Il malfunzionamento delle apparecchiature di pretrattamento delle polveri a monte può facilmente causare incrostazioni e ostruzioni negli scambiatori di calore dell'MGGH: installare un monitor di PM online all'ingresso dell'MGGH. Il secondo rischio documentato è che un guasto alle apparecchiature di pretrattamento delle polveri del gas a monte porti a un aumento del carico di polveri che entrano nello scambiatore di calore MGGH, causando un progressivo intasamento e blocco dei condotti dello scambiatore di calore. Installare un monitor online della concentrazione di PM all'ingresso dell'MGGH (nel punto di riduzione della temperatura all'ingresso dello scambiatore di calore di preraffreddamento dell'MGGH) con una soglia di allarme impostata al di sotto del livello in cui il tasso di intasamento diventa significativo. Quando si attiva l'allarme, avviare il sistema di pulizia con soffiaggio di fuliggine dell'MGGH e indagare sul pretrattamento delle polveri a monte per individuare la causa dell'aumento del carico. Configurare inoltre il sistema di soffiaggio di fuliggine dell'MGGH per un funzionamento automatico periodico durante il normale funzionamento, e non solo per la risposta su richiesta agli allarmi.
  • ⚠️
    Le perdite nelle tubature del processo produttivo causano fuoriuscite di acque reflue: le ispezioni settimanali delle tubature sono obbligatorie. L'ambiente gassoso corrosivo e l'ampio intervallo di cicli termici creano notevoli sollecitazioni meccaniche su tutte le tubazioni a contatto con il fluido. Il terzo rischio documentato è rappresentato dalle perdite nelle tubazioni durante la produzione, che possono causare lo sversamento di acque reflue. Implementare un programma di ispezione visiva settimanale che copra tutti i giunti delle tubazioni, le guarnizioni delle valvole, le superfici di tenuta delle pompe, i soffietti dei giunti di dilatazione e i collegamenti di scarico della condensa. Mantenere un inventario di pezzi di ricambio per tutte le sezioni di tubazione standard e i componenti di tenuta. La procedura di intervento di emergenza per qualsiasi perdita rilevata deve includere l'isolamento immediato della sezione interessata e l'ispezione delle apparecchiature a valle per verificare l'eventuale contaminazione prima della ripresa della produzione.
  • ⚠️
    La corrosione di apparecchiature e condotti causata da gas ad alta corrosività riduce la resistenza strutturale: specificare il grado di acciaio inossidabile corretto per ogni sezione: Il quarto rischio documentato è che l'ambiente gassoso e corrosivo all'interno dei condotti riduca progressivamente la resistenza strutturale delle apparecchiature. La combinazione di HCl, SO₂, HF, sali alcalini NaCl e condensa a temperature che oscillano al di sopra e al di sotto del punto di rugiada acida crea un ambiente corrosivo multi-acido e multi-clorurato. Per lo scambiatore di calore MGGH in particolare, la scelta del grado di acciaio inossidabile appropriato (tipicamente 316L o duplex 2205 per applicazioni con cloruri severi), l'impostazione della velocità del gas entro l'intervallo di progetto per minimizzare l'erosione-corrosione e l'ottimizzazione della sezione trasversale del flusso nei condotti per ridurre la velocità di deposizione dei fanghi sono le discipline chiave relative ai materiali e alla progettazione che determinano la longevità dell'MGGH. Si raccomanda un'ispezione annuale dello spessore della parete del condotto e della parete del tubo dell'MGGH a partire dal terzo anno.
  • ⚠️
    La concentrazione di cloruri nell'acqua di circolazione della torre di lavaggio deve essere controllata attivamente: installare un analizzatore di conducibilità continuo. La torre di lavaggio rimuove l'HCl dal gas nell'acqua di circolazione. Se la concentrazione di cloruri nell'acqua di circolazione aumenta senza controllo (a causa della concentrazione per evaporazione senza un adeguato spurgo e diluizione), l'efficienza di assorbimento dell'HCl diminuisce poiché la forza motrice per l'assorbimento si riduce, una maggiore quantità di HCl entra nell'assorbitore FGD e la qualità del gesso si degrada a causa della contaminazione da cloruri. Installare un analizzatore di conducibilità continuo sul circuito dell'acqua di circolazione della torre di lavaggio e implementare un circuito di controllo automatico di spurgo e diluizione che mantenga la concentrazione di cloruri al di sotto di 20.000 mg/L (o come specificato dai requisiti di qualità del gesso).

07 — Considerazioni ingegneristiche

Quattro lezioni da questo progetto di trattamento dei gas di scarico di un forno rotante per l'acciaio

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    Lo scambio termico MGGH rappresenta la soluzione più efficiente dal punto di vista energetico per l'eliminazione delle emissioni di fumo bianco, qualora nell'impianto sia disponibile calore di scarto. Sia il riscaldamento a vapore che quello elettrico comportano un costo energetico continuo per l'eliminazione dei fumi bianchi. Il sistema MGGH utilizza il calore di scarto che altrimenti verrebbe disperso nell'atmosfera, trasformando un onere energetico in una risorsa per l'eliminazione dei fumi a costo marginale di combustibile pari a zero. Per qualsiasi impianto siderurgico, metallurgico o ceramico in cui i gas di scarico caldi del forno siano disponibili a una temperatura ≥150 °C prima del sistema di trattamento, il sistema MGGH dovrebbe essere valutato come la tecnologia preferibile per l'eliminazione dei fumi bianchi, sia dal punto di vista economico che ambientale, prima di optare per qualsiasi alternativa di riscaldamento con alimentazione esterna.
  • 2
    Il prelavaggio con HCl delle torri di lavaggio non è facoltativo per i sistemi di desolforazione dei fumi a base di calcare che trattano flussi di gas contenenti sia HCl che elevate concentrazioni di SO₂. Considerata isolatamente, la torre di lavaggio sembra aggiungere costi di capitale, ingombro e complessità. Nel contesto, tuttavia, protegge la sospensione di calcare derivante dal processo di desolforazione dei fumi (FGD) dalla contaminazione da cloruri, che comprometterebbe la chimica di assorbimento di SO₂, ridurrebbe la qualità del gesso al di sotto delle specifiche dei materiali da costruzione e, in definitiva, richiederebbe lo smaltimento della sospensione di FGD come rifiuto pericoloso anziché il riutilizzo del gesso come prodotto. L'architettura a due stadi con torre di lavaggio e sistema FGD presenta un costo totale di esercizio inferiore rispetto a un sistema a stadio singolo che deve gestire simultaneamente tutti gli inquinanti, poiché protegge la chimica del processo FGD dalla contaminazione da cloruri, difficile da eliminare una volta che si è instaurata.
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    Il divario tra le prestazioni effettive e quelle previste in questo progetto rivela il valore del monitoraggio intelligente e del controllo adattivo. Prestazioni previste: SO₂ in uscita 20 mg/Nm³ (rimozione 99,3%), PM in uscita 5 mg/Nm³ (rimozione 75%). Prestazioni effettive: SO₂ in uscita 10 mg/Nm³ (rimozione 99,7%), PM in uscita 3 mg/Nm³ (rimozione 90%). La piattaforma di monitoraggio intelligente dell'impianto, che regola in tempo reale il dosaggio di calcare, l'attivazione del WESP e la circolazione della torre di lavaggio, garantisce costantemente prestazioni ben al di sopra dei valori di riferimento previsti. Ciò dimostra che l'investimento nel monitoraggio in tempo reale e nella capacità di controllo adattivo non è solo una caratteristica che migliora la comodità operativa, ma un moltiplicatore di prestazioni quantificabile che crea un ulteriore margine di conformità rispetto al livello di sistema previsto.
  • 4
    SO₂ a 2.800 mg/Nm³ richiede un elevato rapporto calcio-zolfo (1,05) e un elevato rapporto liquido-gas (22,8) per ottenere una rimozione ≥99%: i parametri di progettazione standard dei sistemi FGD delle centrali elettriche non sono applicabili. I progetti di desolforazione dei fumi (FGD) per le centrali elettriche utilizzano in genere rapporti calcio-zolfo di 1,02-1,05 e rapporti L/G di 8-15 per concentrazioni di SO₂ in ingresso di 1.000-3.000 mg/Nm³. A 2.800 mg/Nm³, per ottenere una rimozione del 99,31% TP3T a ≤20 mg/Nm³ è necessario spingere entrambi i rapporti verso il limite superiore dell'intervallo di progettazione, combinati con 4 strati di nebulizzazione (rispetto ai tipici 3 nelle applicazioni per centrali elettriche) e un'attenta ottimizzazione del pH della sospensione, del rapporto calcio-calcare e delle condizioni di cristallizzazione del gesso. I parametri di progettazione per la desolforazione dei fumi nei forni rotativi per l'acciaio ad alte concentrazioni di SO₂ in ingresso devono essere ottimizzati in modo indipendente, non semplicemente copiati da riferimenti di progettazione di FGD per il settore energetico.

08 — Domande frequenti

Rimozione delle polveri e desolforazione nei forni rotativi per la lavorazione dell'acciaio: dieci domande con relative risposte.

Domande poste da responsabili delle autorizzazioni ambientali, ingegneri metallurgici e team per la sostenibilità di impianti siderurgici e di trattamento delle polveri in forni ad arco elettrico, impegnati nella pianificazione di interventi di riduzione delle emissioni in conformità con i requisiti del Decreto europeo sulle attività (IED) e del Decreto olandese sulle attività.

D1. Cos'è il sistema MGGH e come riesce a eliminare la nube bianca senza apporto di energia esterna?
Il sistema MGGH (scambiatore di calore gas-gas, tipicamente implementato come sistema di riscaldamento intermedio del gas con acqua calda) estrae energia termica dai gas di scarico caldi del forno in uno scambiatore di calore di preraffreddamento, trasferendola a un circuito di acqua calda circolante. Quest'acqua calda (in questo impianto: entra nello scambiatore di calore di preraffreddamento a 89 °C ed esce a 109 °C) viene quindi fatta circolare in uno scambiatore di calore di riscaldamento posizionato dopo il precipitator elettrostatico a umido, dove porta il gas pulito post-FGD da circa 50 °C a 90 °C. Elevando la temperatura di scarico del camino a 90 °C, il gas rimane al di sopra del punto di rugiada del vapore acqueo atmosferico in tutte le normali condizioni ambientali, impedendo la formazione di pennacchi di condensa visibili. L'apporto netto di energia dall'esterno del sistema è pari a zero: la fonte di calore è il calore di scarto dell'impianto stesso, proveniente dai gas di scarico del forno rotante. Questa autosufficienza distingue il sistema MGGH dal riscaldamento a vapore (che richiede vapore da caldaia) o dal riscaldamento elettrico (che richiede energia elettrica), entrambi i quali comportano costi energetici continui.
D2. Quali requisiti normativi UE IED/olandesi si applicano al trattamento dei gas di scarico dei forni rotativi per l'acciaio?
Gli impianti siderurgici che trattano polveri provenienti da forni ad arco elettrico (EAF) tramite forni rotanti sono regolamentati dalla direttiva UE 2010/75/UE sul settore siderurgico. Le conclusioni BAT (Best Available Techniques Reference Document for Iron and Steel Production) applicabili stabiliscono i valori limite di emissione per polveri, SO₂, NOx, CO, HCl, HF e metalli pesanti per ogni specifico tipo di processo. Nei Paesi Bassi, le autorizzazioni vengono rilasciate ai sensi del Decreto sulle attività (Activiteitenbesluit milieubeheer) e dell'Omgevingswet dall'Omgevingsdienst provinciale. I limiti tipici di emissione per i gas di scarico dei forni rotanti nel settore siderurgico nei Paesi Bassi sono: SO₂ ≤20 mg/Nm³, PM ≤5 mg/Nm³, CO ≤100 mg/Nm³, HCl ≤5 mg/Nm³, HF ≤20 mg/Nm³. I sistemi CEMS devono essere certificati secondo la norma EN 14181 QAL1/QAL2/AST e collegati al sistema di segnalazione dell'autorità competente. La segnalazione annuale di conformità ai sensi del regolamento (CE) 166/2006 (E-PRTR) è obbligatoria al di sopra delle soglie di segnalazione.
D3. In che modo la torre di lavaggio interagisce con il sistema di desolforazione dei fumi del calcare per proteggere la qualità del gesso?
La torre di lavaggio rimuove la maggior parte dell'HCl dal flusso di gas prima che entri nell'assorbitore FGD. Questa pre-rimozione dell'HCl è importante per due motivi: (1) Gli ioni cloruro nel circuito della sospensione FGD competono con gli ioni solfito per i siti di dissoluzione superficiale del calcare, riducendo l'efficienza di assorbimento di SO₂ all'aumentare delle concentrazioni di cloruro. Rimuovendo la maggior parte dell'HCl prima dell'FGD, la sospensione FGD opera a una concentrazione di cloruro allo stato stazionario inferiore con una migliore chimica di assorbimento. (2) La contaminazione da cloruro del gesso FGD riduce il suo valore commerciale come materiale da costruzione: il gesso al di sopra della soglia di cloruro nella norma EN 13279-1 non può essere utilizzato come substrato per pannelli murali e deve essere smaltito come rifiuto anziché venduto. La pre-rimozione dell'HCl nella torre di lavaggio garantisce che il gesso FGD rimanga al di sotto del limite di cloruro per il riutilizzo come materiale da costruzione, convertendo un potenziale rifiuto in un sottoprodotto vendibile.
D4. Quali costi operativi annuali ci si può aspettare per questo sistema a cinque stadi?
Le principali categorie di costi operativi annuali sono: (1) Elettricità: 691 kW di potenza operativa effettiva (850 kW massimo), a 8.000 ore annue e 0,36 RMB/kWh equivalente, circa 199.000 RMB equivalenti all'anno; (2) Acqua: consumo di circa 3 t/h, costo annuale di circa 4,8 decine di migliaia di RMB equivalenti; (3) Calcare: 275 kg/h a 250 RMB/t, costo annuale di circa 55 decine di migliaia di RMB equivalenti; (4) Parti di ricambio: ugelli di spruzzatura della torre di lavaggio (annualmente), elementi dell'eliminatore di nebbia FGD (ispezione annuale, sostituzione secondo necessità), pulizia del tubo anodico WESP (trimestrale), manutenzione della valvola di soffiaggio della fuliggine e dell'ugello dello scambiatore di calore MGGH (annualmente); (5) Smaltimento o vendita del gesso: il gesso con una produzione massima di 395 kg/h è un credito se soddisfa le specifiche dei materiali da costruzione, o un costo se deve essere smaltito come rifiuto industriale.
D5. Perché è necessario un monitor PM online specificamente all'ingresso dello scambiatore di calore MGGH?
Lo scambiatore di calore MGGH utilizza tubi o piastre di trasferimento del calore ravvicinati che possono sporcarsi e ostruirsi progressivamente quando la concentrazione di particolato nel flusso di gas supera il livello di progetto. A differenza degli scrubber o dei precipitatori elettrostatici, dove un elevato carico di polvere provoca un graduale degrado delle prestazioni, uno scambiatore di calore MGGH può subire un'accelerazione dell'ostruzione una volta che i depositi iniziano a ostruire i passaggi stretti, creando una modalità di guasto non lineare in cui lo scambiatore di calore passa da un'incrostazione parziale a un'ostruzione completa in un breve periodo. Un monitor di PM online all'ingresso dell'MGGH fornisce un allarme tempestivo di qualsiasi guasto al pretrattamento delle polveri a monte che immette elevate concentrazioni di PM nello scambiatore di calore, consentendo all'operatore di avviare la pulizia con soffiaggio di fuliggine o di intraprendere azioni correttive prima che l'ostruzione diventi sufficientemente grave da richiedere una pulizia offline.
D6. Come viene gestito in sicurezza l'elevato contenuto di CO (4.000 mg/Nm³ iniziale) attraverso il sistema di trattamento?
L'elevata concentrazione iniziale di CO derivante dalla combustione incompleta nel forno rotante per polveri del forno ad arco elettrico deve essere affrontata principalmente alla fonte attraverso la gestione della combustione (garantendo un adeguato rapporto aria/combustibile e un tempo di ritenzione sufficiente nella zona di combustione secondaria del forno), piuttosto che tramite apparecchiature di trattamento. Il sistema di trattamento stesso, una catena di lavaggio a umido, non rimuove efficacemente il CO. Il CO viene gestito mediante: (1) monitoraggio continuo del CO all'uscita del forno e all'ingresso del sistema di trattamento con livelli di allarme di CO elevato collegati a interblocchi di sicurezza automatici del sistema; (2) adeguata miscelazione dell'aria di diluizione nel condotto tra l'uscita del forno e l'ingresso del sistema di trattamento per ridurre la concentrazione di CO al livello in cui le apparecchiature chiuse possono funzionare in sicurezza; (3) ispezione periodica della zona di combustione del forno per garantire che la camera di combustione secondaria (se presente) funzioni alla temperatura di progetto. La concentrazione residua di CO in uscita dipende dalla gestione della combustione del forno piuttosto che dalle prestazioni del sistema di trattamento.
D7. Quali tipi di acciaio inossidabile sono specificati per gli scambiatori di calore MGGH in questo ambiente corrosivo?
Per gli scambiatori di calore MGGH impiegati nei gas di scarico dei forni rotativi per acciaio (HCl + HF + SO₂ + NaCl a 115–160 °C), lo scambiatore di calore di preraffreddamento (lato caldo: gas grezzo a 160 °C, gas ad alta concentrazione di polveri e acido) richiede in genere: acciaio inossidabile 316L come minimo per le sezioni a basso contenuto di cloruri; duplex 2205 o 904L per le sezioni soggette a concentrazioni di cloruri più elevate o a cicli di temperatura attraverso il punto di rugiada acida; e Hastelloy C-276 per tutti i componenti esposti a condensato acido concentrato. Lo scambiatore di calore di riscaldamento (che gestisce gas pulito post-WESP a concentrazione di cloruri inferiore e a 50–90 °C) può in genere utilizzare 316L in tutte le sue parti. Tutte le scelte dei materiali devono essere confermate da una revisione ingegneristica sulla corrosione utilizzando i dati specifici di composizione del gas misurati per l'installazione, non riferimenti generici di qualità.
D8. Come è progettato il sistema FGD a calcare per ottenere una rimozione di SO₂ del 99,3% da 2.800 mg/Nm³?
Per ottenere una rimozione di SO₂ pari al 99,3% da 2.800 mg/Nm³ è necessario spingere i parametri di progettazione dell'assorbitore FGD oltre l'intervallo operativo standard delle centrali elettriche: (1) 4 strati di spruzzo (rispetto ai tipici 3) che forniscono un tempo di permanenza di contatto gas-liquido maggiore; (2) rapporto liquido-gas di 22,8 L/Nm³ (rispetto ai tipici 8-15 per FGD di centrali elettriche a SO₂ inferiore); (3) rapporto molare calcio-zolfo di 1,05 (intervallo standard 1,02-1,05); (4) flusso di pompa singolo di 325 m³/h che fornisce un'elevata densità di spruzzo; (5) tempo di sedimentazione della sospensione di 3,5 h che consente un tempo di permanenza adeguato per l'ossidazione del solfito di calcio a gesso; (6) progettazione aggressiva dell'eliminatore di nebbia (schermo a 2 strati + 1 fascio tubiero) per impedire il trascinamento della sospensione alle apparecchiature a valle. La combinazione di questi parametri consente di raggiungere la classificazione 99.3%; il sistema di monitoraggio intelligente e di controllo adattivo contribuisce all'ulteriore miglioramento, che porta le prestazioni effettive a 99.7%, riscontrate durante il funzionamento.
D9. Quali parametri CEMS sono richiesti al camino di un impianto di forno rotante per acciaio in base alle condizioni dell'autorizzazione ambientale olandese?
Secondo le condizioni dell'autorizzazione ambientale olandese per gli impianti IED nel settore siderurgico, l'impianto CEMS presso il camino in genere copre: SO₂, PM, CO, NOx (ove pertinente), concentrazione di O₂, temperatura, portata e contenuto di umidità come canali continui. HCl e HF vengono in genere monitorati mediante campionamento manuale periodico (almeno trimestrale) anziché monitoraggio continuo, a meno che l'autorizzazione non richieda specificamente il monitoraggio continuo di HCl o HF. I metalli pesanti (zinco, piombo e altri provenienti dalla lavorazione delle polveri del forno ad arco elettrico) vengono monitorati mediante campionamento isocinetico manuale periodico, in genere semestrale. Tutti i canali CEMS devono essere certificati secondo la norma EN 14181 QAL1/QAL2/AST con test di accuratezza in situ (AST) annuali condotti da un organismo di verifica accreditato. I dati devono essere trasmessi in tempo reale al sistema di segnalazione dell'autorità competente (E-Monitoring o equivalente) e le relazioni annuali di conformità devono essere presentate all'Omgevingsdienst.
D10. Sono disponibili per visite in loco impianti di riferimento per il trattamento dei gas di scarico delle polveri provenienti da forni rotanti per acciaio e forni elettrici ad arco (EAF)?
Sì. Il sistema integrato MGGH + torre di lavaggio + FGD a calcare-gesso + WESP + trattamento di riscaldamento MGGH descritto in questo caso di studio è stato implementato presso impianti di trattamento delle polveri di forni rotanti EAF nel settore siderurgico, raggiungendo la conformità alle normative sulle emissioni ultra-basse. È possibile organizzare visite al sito di riferimento per potenziali clienti qualificati, che includono l'accesso a dati verificati di conformità CEMS, una dimostrazione della piattaforma di monitoraggio intelligente e la documentazione operativa che copre l'intera gamma di prestazioni annuali. Si prega di utilizzare il link di contatto sottostante per richiedere la documentazione di riferimento o per organizzare una visita al sito di un impianto di trattamento dei gas di scarico di un forno rotante dell'industria siderurgica comparabile.

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Questo studio di caso si basa su un'implementazione reale di una tecnologia integrata di rimozione delle polveri e desolforazione presso un impianto siderurgico che utilizza un forno rotante per il trattamento delle polveri provenienti da un forno ad arco elettrico (EAF). I parametri tecnici sono ricavati da documentazione tecnica verificata e dati di monitoraggio della conformità. I ​​risultati dei singoli progetti possono variare a seconda della composizione delle polveri in ingresso all'EAF, delle condizioni operative del forno rotante e della normativa applicabile. I riferimenti normativi si basano sulla Direttiva UE sulle emissioni industriali 2010/75/UE e sul Decreto olandese sulle attività (Activiteitenbesluit milieubeheer) applicabile nei Paesi Bassi.