Tesi di Laurea “Modellazione e prove sperimentali su un impianto di cogenerazione alimentato a biomassa solida” - Federico Sormani

Capitolo 3: Accensione impianto a biomassa e monitoraggio

Un ciclo EFGT (Externally Fired Gas Turbine) è basato su di un ciclo a gas convenzionale, in cui però la combustione diretta è sostituita da uno scambiatore di calore che consente il riscaldamento del fluido di lavoro, solitamente aria. In un ciclo EFGT, il processo di combustione avviene esternamente alla turbina, in una camera di combustione o fornace ed i fumi prodotti vengono usati per riscaldare, attraverso lo scambiatore di calore ad elevata temperatura, l'aria compressa che evolve in turbina producendo energia. Analizzando le caratteristiche relative ai sistemi turbogas a combustione interna si evince un certo limite al loro sviluppo legato per molti aspetti all'utilizzo della materia prima. Questi, come i motori a combustione interna, richiedono combustibili puliti, poiché i gas di combustione sono in diretto contatto con le parti metalliche in movimento della macchina. Sistemi "indiretti",

separano la combustione ed il ciclo termodinamico di conversione: un semplice esempio è quello dei cicli a vapore alimentati dalla combustione del carbone, lo stesso accade per le rare applicazioni dei motori Stirling. Con vantaggi analoghi sono stati proposti e realizzati impianti turbogas a combustione esterna (EFGT), i quali offrono la possibilità di produrre potenza tramite un ciclo aperto, quindi sfruttando aria come fluido termovettore o un ciclo chiuso, operando quindi con aria o in alternativa fluido con qualità termodinamiche l'elio, superiori come anidride carbonica o azoto.

In questo capitolo verrà descritto l'intero impianto a biomassa solida con i relativi componenti e verranno analizzati i risultati ottenuti durante la fase di monitoraggio.

Capitolo 3 Accensione impianto a biomassa e monitoraggio

3.1 Ciclo di lavoro

Il protocollo di accensione dell'impianto pilota di combustione alimentato a biomassa solida prevede quattro fasi:

fase di accensione, fino a una temperatura dei fumi di 120°C;

fase di riscaldamento, fino a temperatura dei fumi di 300°C;

fase a regime, fino a temperatura aria in uscita dallo scambiatore pari a 750°C (almeno);

fase di spegnimento, fino a una temperatura dei fumi di 100°C.

I parametri relativi a tali fasi sono impostati inizialmente e dipendono dalle caratteristiche fisico-chimiche del policombustibile in ingresso (potere calorifico, pezzatura, umidità, durezza), dalla temperatura del cemento refrattario, da temperatura, velocità e umidità del comburente.

L'avviamento dell'impianto avviene mediante apposito selettore di comando posto sul quadro di controllo. Un software di gestione permette di monitorare tutti i parametri dell'impianto al fine di garantire un corretto funzionamento.

Il protocollo di accensione e spegnimento consta delle seguenti fasi:

- start ciclo automatico: procedura che abilita rastrello tramoggia,

pompa oleodinamica tramoggia, elettrovalvola di carico, coclea di carico bruciatore e coclea della tramoggia. Tale fase ha una durata di 20 minuti;

accensione del bruciatore a gasolio;

caricamento della biomassa fino al riempimento della coclea;

accensione tramite fiamma della biomassa, verificando la presenza della fiamma dallo spioncino d'ispezione posto nella parete del bruciatore. Durata della fase: 15 minuti;

accensione del depressore;

avvio della coclea di carico dopo 5 minuti, con 5 cicli composti da 2 minuti di carico e 2 minuti di pausa, verificando che la coclea rimanga sempre in funzione;

dell'impianto spegnimento automatico pilota nel caso in cui la temperatura dei fumi decresce fino a 100°C;

inizio fase di riscaldamento e fase a regime, in cui vengono attivati gli ossigenatori, i rastrelli della griglia, il ventilatore posto a valle dello scambiatore, la coclea per il trasporto delle ceneri dal bruciatore;

avvio spegnimento da pannello di

controllo; la fase termina al raggiungimento dellatemperatura dei fumi pari a 100°C.

3.2 Fase di accensionesono riportate le varie componenti nell'impianto con il relativo stato

In Tabella 3.1 nella fasedi accensione. Viene quindi riassunto il suo comportamento, controllato dal sistema PLCsecondo le impostazioni del costruttore.

38Capitolo 3 Accensione impianto a biomassa e monitoraggio

Fino a temperatura fumi 120 °C

Fase di accensione

• off onCoclea trasporto ceneri da bruciatore on
• off onCoclea trasporto ceneri da scambiatore on
• off onCoclea trasporto ceneri a cassa on
• off onVentilatore pompa scambiatore on
• off onVentilatore batteria radiante 1 on
• off onVentilatore batteria radiante 2 on
• off onVentilatore batteria radiante 3 on
• off onVentilatore batteria radiante 4 on
• off onSistema pulizia filtro a manica on
• off onPompa deNOX on
• off onCoclea deSOX on
• off onMiscelatore deSOX on
• off onTabella 3.2 Fase di riscaldamento 40Capitolo 3 Accensione impianto a biomassa e monitoraggio3.4 Fase a regimeIn Tabella 3.3 è riportata la fase di lavoro. Tale fase ha come obbiettivo quella di arrivare aduna temperatura del circuito aria pari almeno a 750 °C ma, come si vedrà nel capitolosuccessivo, le prove svolte sono state effettuate senza il compressore e il rigeneratore(fondamentali per raggiungere tale valore di temperatura). Fino a temperatura aria 750 °CFase a regime –Pompa

1. oleodinamica tramoggia Hz off 50–
2. Ellettrovalvola pompa tramoggia Hz off 50–
3. Coclea tramoggia Hz off 50–
4. Trasportatore carburante Hz off 50–
5. Coclea carico bruciatore Hz off 20
6. Quantità combustibile kg/h 128
7. Potenza termica kcal/h 384562
8. Bruciatore gasolio on - off off
9. Ossigenatore 1° on - off on
10. Ossigenatore 2° on - off on
11. Depressione impostata mmcH2O 10
12. Depressore camino on - off on
13. Rastrello griglia bruciatore on - off on
14. Rastrello ceneri bruciatore on - off on
15. Coclea ceneri camera combustione on - off on
16. Sistema pulizia fascio tubiero on - off on
17. Coclea trasporto ceneri da bruciatore on - off on
18. Coclea trasporto ceneri da scambiatore on - off on
19. Coclea trasporto ceneri a cassa on - off on
20. Ventilatore pompa scambiatore on - off on
21. Ventilatore batteria radiante 1 on - off on
22. Ventilatore batteria radiante 2 on - off on
23. Ventilatore batteria radiante 3 on - off on
24. Ventilatore batteria radiante 4 on - off on
25. Sistema pulizia filtro a manica on - off on
26. Pompa deNOX on - off

onCoclea deSOX on - off

onMiscelatore deSOX on - off

onTabella 3.3 Fase di lavoro 41Capitolo 3 Accensione impianto a biomassa e monitoraggio

3.5 Fase di spegnimento

Infine, in Tabella 3.4 è riportata la fase di spegnimento, che avviene nel momento in cui si ritiene che la fase di lavoro è terminata. Ha come obbiettivo portare la temperatura dei fumi dopo di che si lascerà l'impianto raffreddare perfino ad una temperatura pari a 100 °C, convezione naturale, lasciando solamente il depressore acceso, in modo tale che i fumi siano sempre espulsi. Fino a temperatura fumi 100 °C

Fase di spegnimento

Tempo scandito minuti 15–

Pompa oleodinamica tramoggia Hz off off off–

Ellettrovalvola pompa tramoggia Hz off off off–

Coclea Tramoggia Hz off off off–

Trasportatore carburante Hz off off off–

Coclea carico bruciatore Hz off 30 off

Bruciatore gasolio on - off off off

Ossigenatore 1° on - off on off

Ossigenatore 2° on - off on off

Depressione

impostata mmcH2O 10 10
Depressore camino on - off on
Rastrello griglia Bruciatore on - off on off
Rastrello ceneri Bruciatore on - off on off
Coclea ceneri camera combustione on - off on off
Sistema pulizia fascio tubiero on - off on off
Coclea trasporto ceneri da bruciatore on - off on off
Coclea trasporto ceneri da scambiatore on - off on off
Coclea trasporto ceneri a cassa on - off on off
Ventilatore pompa scambiatore on - off on off
Ventilatore batteria radiante 1 on - off