Fiaccola nell'impianto di biogas: costruzione, requisiti ed esercizio sicuro

La fiaccola (flara) in un impianto di biogas è un dispositivo di sicurezza e protezione ambientale che brucia l'eccesso di biogas quando questo non può essere utilizzato nel CHP o nel serbatoio di stoccaggio del gas: in caso di guasto del motore, manutenzione, avviamento, alta pressione o bassa qualità del gas. La combustione trasforma il metano in CO₂, il cui potenziale di riscaldamento globale è notevolmente inferiore; rilasciare metano in atmosfera non rappresenta solo una perdita energetica, ma anche un grave problema climatico. La portata della fiaccola viene dimensionata in base alla produzione massima, non media, di gas.

Tipi di fiaccole

Nella fiaccola chiusa, la temperatura di combustione all'interno dell'involucro raggiunge solitamente circa 850–1200 °C (a seconda della costruzione e dei requisiti), e il tempo di permanenza del gas nella zona di combustione è prolungato. Per impianti situati vicino a edifici o in aree sensibili, la fiaccola chiusa è generalmente la soluzione preferita.

Elementi del sistema

1. Valvola di intercettazione con attuatore (si chiude in caso di perdita di alimentazione o fiamma).
2. Valvola di regolazione/soffiante — forniscono gas alla pressione richiesta dal bruciatore.
3. Accensione automatica (accenditore, bruciatore pilota).
4. Sensore di fiamma (UV o termocoppia) e controllo della temperatura.
5. Arresto fiamma (flame arrestor) per prevenire il ritorno della fiamma nella condotta.
6. Controllore integrato con il sistema di automazione dell'impianto di biogas.
7. Disidratazione e separatore di condensa prima della fiaccola.

Dimensionamento della portata — esempio

Ipotesi: impianto di biogas con produzione massima di 1 200 m³/h di gas; inoltre, è necessario considerare picchi imprevisti (ad es. aumento della produzione dopo la modifica del mix, formazione di schiuma) — si assume un margine del 10–20%. La fiaccola dovrebbe avere un campo di lavoro fino a circa 1 300–1 450 m³/h. Anche il campo inferiore di lavoro (turndown) è importante: la fiaccola deve bruciare stabilmente a basso flusso, solitamente a partire da alcune decine di percento del valore nominale. Il metano nel gas deve essere al di sopra del limite inferiore di mantenimento della fiamma (dipendente dalla costruzione, spesso circa 25–30% CH₄); il gas con un contenuto molto basso di CH₄ può richiedere gas ausiliario.

Localizzazione e sicurezza

• distanza dai serbatoi, edifici, linee elettriche e confine della proprietà conforme al progetto e alle normative antincendio,
• zona di pericolo di esplosione intorno alle condotte di alimentazione del gas,
• protezione contro l'accesso di persone non autorizzate,
• segnaletica e istruzioni operative.

Funzionamento della fiaccola e clima

Ogni attivazione della fiaccola comporta una perdita di energia e l'emissione di CO₂. Se la fiaccola funziona spesso o a lungo, è opportuno verificare le cause: affidabilità del CHP, serbatoio di gas troppo piccolo, strategia di controllo inadeguata, sovrapproduzione dovuta a dosaggio eccessivo. Ridurre il numero di fermi e aumentare il buffer spesso si ripaga più rapidamente del previsto.

Problemi tipici

Ispezioni

Controllo della funzione di accensione e intercettazione (test periodico secondo le istruzioni operative, spesso ogni pochi mesi), valvole, sensori di fiamma, arresto fiamma, tenuta, stato dell'involucro e del bruciatore. I risultati vengono registrati nel registro dell'impianto. Una buona pratica prevede test in presenza del servizio di assistenza e la simulazione di mancanza di alimentazione, per verificare che la valvola si chiuda automaticamente.

Lista di controllo

1. La fiaccola è dimensionata per il flusso massimo con margine?
2. Dispone di accensione automatica, controllo della fiamma e valvola di intercettazione fail-safe?
3. L'arresto fiamma è installato e controllato?
4. La disidratazione è protetta dal congelamento?
5. La fiaccola è inclusa nella documentazione delle zone a rischio e nel piano di emergenza?
6. Vengono registrati il tempo di funzionamento e la quantità di gas bruciato?

Fiaccola e normative/autorizzazioni

I requisiti relativi alla fiaccola derivano dalla documentazione progettuale, dalle normative antincendio, dalle condizioni della decisione ambientale e dal permesso di costruire. Poiché l'ambito e i dettagli dipendono dalla localizzazione e dalla potenza dell'impianto, è necessario definire gli obblighi con il progettista e le autorità competenti. Nell'Unione Europea si attribuisce sempre maggiore importanza alla riduzione delle emissioni di metano, il che riguarda anche la fiaccola come elemento per minimizzare le perdite; gli operatori dovrebbero monitorare le modifiche normative e i requisiti di reporting.

Scelta della strategia di esercizio

La fiaccola non dovrebbe essere utilizzata come metodo per regolare la produzione. Se il gas viene bruciato quotidianamente, è un segnale che il bilancio del gas è squilibrato: produzione eccessiva rispetto alla potenza del CHP, serbatoio troppo piccolo o fermi di emergenza. Le soluzioni possono includere un ulteriore gruppo elettrogeno, l'aumento della capacità di stoccaggio del gas, l'upgrading (purificazione del biogas) di una parte del flusso o la modifica del mix di substrati. Ciascuna di queste azioni deve essere confrontata in termini di costi e benefici.