All’interno del programma di ricerca “Validation of combustion modelling for practical combustion systems”, l’IFRF ha iniziato tutta una serie di tests su scala semi – industriale.
Le prove sono iniziate nel 2006 con tests su profili di velocità, temperature, composizione di gas e distribuzione di solidi sia in fiamma sia lungo la fornace. I vari tests sono stati eseguiti con bruciatori e combustibili diversi.
Parallelamente a questi esperimenti, l’IFRF ha ripreso l’attività di costruire e testare la maggior parte delle sonde progettate dalla stessa IFRF usate negli ultimi decenni in tutto il mondo.
Uno step fondamentale di questo programma, per ciò che riguarda l’acquisizione di dati sperimentali, lo sviluppo della strumentazione e lo studio di modelli matematici, è proprio il riferimento alla conoscenza ed esperienza attuale consultando i lavori IFRF in modo da comprendere come muoversi per sviluppi futuri.
All’interno di questo programma di ricerca si inserisce questo lavoro di tesi che consiste nello studio non solo del bruciatore AASB “Aerodynamically Air Staged Burner” (par.3.1), un bruciatore Low-NOx studiato approfonditamente, per comprenderne le potenzialità in termini di riduzione delle emissioni inquinanti con fiamma a carbone e gas ma anche del bruciatore TEA – C (par.3.3) per l’oxy-combustion di gas e carbone. A tal fine si analizza il sistema bruciatore-fornace studiando i dati ottenuti di temperature, campi di moto e produzione di inquinanti per stabilirne le prestazioni.
La sperimentazione viene eseguita su scala semi – industriale, presso l’area sperimentale ENEL di Livorno, in modo da avere una riproducibilità delle reali condizioni di funzionamento.
In particolare, gli obiettivi del lavoro di tesi sono:
• studio dei bruciatori AASB e TEA – C;
• esecuzione dei test a freddo (caratterizzazione aerodinamica del bruciatore)
a. misure di velocità (AASB burner)
• esecuzione test di combustione a carbone e gas:
a. profili di temperatura;
b. profili di concentrazione di specie gassose;
c. misure di flusso termico totale
• confrontare i risultati con lavori precedenti dell’IFRF
• esecuzione test in oxy – combustion a gas e carbone:
a. profili di temperatura;
b. profili di concentrazione di specie gassose
Sviluppi futuri:
• Convalidare modelli matematici della fornace e del bruciatore con i dati sperimentali
Il testo è organizzato come segue:
nel secondo capitolo viene illustrato il sistema sperimentale. Si presenta la Fornace Sperimentale, Fo.Sper. e
il terzo capitolo spiega i bruciatori utilizzati durante le campagne sperimentali, bruciatori AASB e TEA – C e i rispettivi sistemi di swirler;
nel quarto capitolo viene presentata tutta la strumentazione utilizzata nelle prove sperimentali, principi di funzionamento e realizzazione ( il Pitot a 5 fori, pirometro ad aspirazione, sampling probe). Attenzione particolare è rivolta all’heat flux meter di cui viene mostrato una procedura dettagliata della calibrazione;
nel quinto capitolo vengono spiegati i bilanci termici e materiali effettuati in caldaia, si presentano le principali reazioni che avvengono e vengono eseguite verifiche sui parametri principali della combustione;
il sesto capitolo presenta uno degli argomenti più innovativi che riguardano la combustione, cioè OXY-COMBUSTION. Contiene lo stato dell’arte della tecnologia, gli studi eseguiti su alcuni impianti pilota soffermandosi su Fo.Sper. e le modifiche impiantistiche effettuate, quindi il problema del retrofitting ;
il settimo capitolo contiene tutte le prove sperimentali effettuate nelle due campagne sperimentali e spiega i risultati ottenuti: prove a freddo per la caratterizzazione aerodinamica del bruciatore AASB, combustione del carbone in aria con AASB, combustione di gas e carbone in aria con TEA – C e la combustione con ossigeno;
gli allegati contengono tutti i risultati ottenuti e i dati di tutte le prove sperimentali
