Il Carbone come fonte energetica di domani – Anatomia di un impianto termoelettrico

Dopo avere iniziato la scorsa settimana la serie di post che avrà come topic l’impiego del carbone come fonte energetica, con un riferimento particolare alle rinnovate attenzione che esso sta suscitando nello scenario energetico globale, andiamo prima ad analizzare alcuni componenti degli impianti termoelettrici con un grado di dettaglio non offerto in passato, e con l’attenzione posta sulla particolare tipologia di combustibile in modo da comprendere al meglio le problematiche e le potenzialità di questa risorsa, tenendo presente che la grande parte delle spiegazioni che verranno fornite sarà comunque valida in generale per qualsivoglia Impianto Termoelettrico a Vapore.

CALDAIA A LETTO TRASCINATO ED A LETTO FLUIDO

La caldaia rappresenta la parte più voluminosa ed evidente di un impianto termoelettrico a vapore, quali sono gli impianti alimentati a carbone (ma non vale la relazione inversa, ovvero non tutti gli impianti a vapore sono alimentati a carbone), ed oltretutto rappresenta il primo componente della catena dell’impianto, facilmente riconoscibile perché appare come un parallelepipedo dalle dimensioni rilevanti, soprattutto in altezza, ed è costituito da pareti ottenute saldando tra loro i tubi dentro i quali scorrerà il fluido vettore fino a trasformarsi in vapore, come visibile nella seguente immagine:

Iniziamo la nostra analisi proprio da essa, esaminando le due configurazioni utilizzate:

  • Caldaia a Letto Trascinato
La caldaia a letto trascinato rappresenta la soluzione tradizionale e per certi versi più consueta degli impianti a vapore alimentati a carbone, il quale viene triturato finemente (50 ÷ 200µm di diametro) fino a trasformarlo nel cosiddetto “polverino” ed immesso nella caldaia attraverso degli ugelli collocati secondo varie configurazioni che influenzano notevolmente la combustione, e di conseguenza il profilo della temperatura all’interno della caldaia.
Una soluzione molto semplice consiste nell’impiego di una sola fila di bruciatori, attraverso i quali viene introdotto il polverino di carbone insieme all’aria primaria.
Tale soluzione viene chiamata Single Wall e, come facilmente intuibile, non rappresenta la condizione ottimale per il processo di combustione/trasmissione del calore al fluido, a causa degli evidenti gradienti di temperatura presenti in camera.
Un miglioramento rispetto a questa soluzione consiste nell’impiego di una seconda fila di bruciatori, contrapposti ai primi, in modo da rendere più omogenee le condizioni termo-fluidodinamiche in camera (Opposed Walls)
La migliore condizione si ottiene installando i bruciatori nei quattro angoli della caldaia, in modo da generale complessivamente un forte moto tangenziale che permette un ottimo miscelamento tra il combustibile e l’aria, con conseguente profilo termico più omogeneo (Tangential).
La massa di aria e combustibile viene poi trascinata verso l’altro attraverso l’azione esercitata dall’aria secondaria, immessa nella caldaia dal basso a forte velocità, producendo il fenomeno di trascinamento che contribuisce a dare il nome a questa configurazione della camera di combustione.
  • Caldaia a Letto Fluido

Di caldaie a letto fluido ne abbiamo già parlato in precedenza, in riferimento agli impianti di Termovalorizzazione dei rifiuti (ed ancora prima riguardo i Gassificatori) e qui riporto quanto già esposto.

Si tratta di un sistema che permette di tenere in sospensione il combustibile ed il letto di sabbia (che funge da vettore termico) nel quale viene miscelato attraverso l’utilizzo di forti getti di aria che generano pertanto una sorta di simil-fluido all’interno della camera di combustione, permettendo delle condizioni di combustione particolarmente favorevoli per la riduzione delle emissioni inquinanti rispetto ai sistemi a griglia, ed inoltre l’assenza di parti in movimento permette di non avere particolari problemi di manutenzione.

(Schema della soluzione a Letto Fluido – Wikipedia)

La configurazione della caldaia a letto fluido può seguire varie tipologie, ma il principio di base rimane analogo a quello esposto.

Con questo anche per oggi è tutto, l’appuntamento è come di consueto rinnovato per lunedì prossimo per proseguire la serie di post sul carbone, pertanto continuate a seguirci, sempre su AppuntiDigitali, sempre  con la rubrica Energia e Futuro.

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