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OrizzontEnergia

Letti Fluidi Pressurizzati (PFBC)

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LA COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO E UTILIZZO DEI PFBC CON LE TG

La tecnologia PFBC (pressurized fluid bed combustion) rappresenta un’altra tipologia di impianti in fase di sviluppo nell’ambito delle clean coal technologies.

La combustione a letto fluido è un processo alternativo ai metodi tradizionali di combustione in caldaiacaldaia
Dispositivo in cui l'energia chimica posseduta da un combustibile viene trasformata in calore attraverso un processo di combustione. Il calore ottenuto generalmente assolve compiti di riscaldamento oppure viene impiegato per produrre vapore (in questo caso si parla di generatore di vapore).
e viene utilizzato per combustibili di ‘scarsa qualità’, ovvero con scarsa densitàenergetica, con elevato contenuto d’acqua o di altri elementi indesiderati come cenericeneri
Materiale di natura inorganica che rappresenta il residuo della combustione del carbone.
e zolfo.

Essa consiste nel distribuire il combustibile in un ‘letto’ (dov’è presente un certo quantitativo di materiale a base di calcio) mantenuto fluido da una corrente d’aria comburente che circola con una certa velocità.

Infatti, mentre in una caldaia convenzionale il carbonecarbone
Il carbone è una roccia sedimentaria composta prevalentemente da carbonio, idrogeno e ossigeno. La sua origine, risalente a circa 300 milioni di anni fa, deriva dal deposito e dalla stratificazione di vegetali preistorici originariamente accumulatisi nelle paludi. Questo materiale organico nel corso delle ere geologiche ha subito delle trasformazioni chimico-fisiche sotto alte temperature e pressioni. Attraverso il lungo processo di carbonizzazione questo fossile può evolvere dallo stato di torba a quello di antracite, assumendo differenti caratteristiche che ne determinano il campo d'impiego.
I carboni di formazione relativamente più recente (ovvero di basso rango) sono caratterizzati da un'elevata umidità e da un minore contenuto di carbonio, quindi sono 'energeticamente' più poveri, mentre quelli di rango più elevato hanno al contrario umidità minore e maggiore contenuto di carbonio.
ridotto quasi in polvere viene bruciato per formare una lunga fiamma che agisce lentamente, nelle caldaie e letto fluido le particelle di carbone sono sospese e fluiscono come il magma che bolle in un vulcano. È per questo che vengono chiamate “a letto fluido”.

L’unione di una turbina a gasturbina a gas
In senso stretto il termine turbina a gas indica la macchina in cui avviene l'espansione dei fumi derivanti dalla combustione di gas naturale. Essa è costituita da un compressore che comprime l' aria comburente, un combustore dove avviene la reazione chimica di combustione vera e propria ed un turbo espansore che è l'organo da cui si ricava lavoro utile. In senso più ampio, invece, il termine turbina a gas identifica l'intero impianto motore per la produzione di energia elettrica.
con un combustore PFBC, che può rivelarsi determinante nella tematica di utilizzo ‘pulito’ del carbone, consiste nell’utilizzo del compressorecompressore
Macchina operatrice che impartisce ad un gas in ingresso (per esempio aria o gas naturale) una certa quantità di moto tale da innalzarne la pressione fino al valore richiesto.
di una TG per fornire aria comburente pressurizzata al letto PFBC, mentre la turbina servirà a produrre energia meccanicaenergia meccanica
Somma dell'energia potenziale e dell'energia cinetica che in un mondo ideale privo di attriti rimarrebbe costante. In realtà in tutti i processi fisici parte dell'energia meccanica viene dissipata dalle forze d'attrito, ma non scompare nel nulla: essa si trasforma nell'energia interna delle molecole che costituiscono i corpi tra cui c'è stato attrito ed è accompagnata da un aumento di temperatura. Facciamo l' esempio di un sasso che cade. Durante il moto dell'oggetto l'energia cinetica e l'energia potenziale assumono valori diversi istante per istante. In particolare, l'energia cinetica aumenta (perché cresce la velocità) e quella potenziale gravitazionale diminuisce (perché l'altezza diminuisce). Nonostante queste grandezze cambino continuamente, la loro somma rimane costante in assenza di attriti. Ma visto che gli attriti esistono, parte del l'energia meccanica viene dispersa e, alla fine, si ritrova sotto forma di calore del sasso e dell'aria che, sebbene in modo impercettibile, si sono portati ad una temperatura maggiore.
dall’espansione dei gas combusti prodotti nel letto.

PRESTAZIONI E PROBLEMATICHE

I rendimenti sono molto simili a quelli di centrali a vapore con le stesse condizioni di temperatura e pressione del vapore: il miglioramento dei PFBC passa dunque non tanto attraverso l’evoluzione delle turbine a gas, quanto attraverso un avanzamento delle condizioni del vapore negli impianti a vapore (cosa limitata dai problemi di resistenza dei materiali alle alte temperature).

Per superare i limiti delle tecnologie descritte precedentemente (IGCC e PFBC) sono in fase di studio (non esistono impianti dimostrativi) sistemi ‘ibridi’, che alcuni definiscono letti fluidi di seconda generazione: si tratta di operare una gassificazionegassificazione
La gassificazione è un processo utilizzato a livello industriale da molto tempo (i primi sistemi risalgono addirittura alla prima metà dell' '800), tutt'oggi oggetto di continui miglioramenti. Essa consiste nella trasformazione di un combustibile solido o liquido in un gas combustibile (syngas), ricco di elementi incombusti (CO e H2), a seguito di complesse reazioni chimiche di 'ossidazione parziale'. Questo significa che si 'blocca' il processo a metà tra la fase di pirolisi (rottura dei legami chimici ad alta temperatura in assenza di ossigeno) e quella di combustione.
’parziale’ del carbone e bruciare il residuo ricco di carboniocarbonio
Elemento chimico costituente fondamentale degli organismi vegetali e animali. È alla base della chimica organica, detta anche chimica del carbonio: sono noti più di un milione di composti del carbonio. È molto diffuso in natura, ma non è abbondante: è presente nella crosta terrestre nella percentuale dello 0,08% circa, e nell'atmosfera prevalentemente come monossido (CO) e biossido (CO2CO2
Gas inodore, incolore e non infiammabile, la cui molecola è formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. È uno dei gas più abbondanti nell'atmosfera, fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali (fotosintesi e respirazione).

) di carbonio (anidride carbonica). Allo stato di elemento si presenta in due differenti forme cristalline: grafite e diamante.
che ne deriva (cioè il char) in un letto fluido.

Questa tipologia di impianto è teoricamente promettente perché supera i limiti dei PFBC dovuti alla bassa temperatura e semplifica lo schema di funzionamento di un IGCC.

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