GRADO DI ADIABATICITA’ DEI COMBUSTORI
Correlazioni fra grado di adiabaticità
e prestazioni del sistema forno/caldaia
Ing. Ph. D. Daniele De Lodovici
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PECULIARITA’ DEI FORNI DI INCENERIMENTO
La
variabilità
delle
caratteristiche
qualitative
del
combustibile
può
determinare fluttuazioni importanti nei parametri di marcia.
Al fine di garantire il massimo rendimento dell’impianto occorre garantire:
• la stabilizzazione della portata fumi
• la stabilizzazione della temperatura in postcombustione
• il controllo automatico delle altre principali variabili (O2 in postcombustione, portata di vapore, ecc.)
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PECULIARITA’ DELLA REGOLAZIONE DEI FORNI
- Portata fumi La stabilizzazione della portata fumi consente:
• funzionamenti regolari della sezione di depurazione fumi
• minori fluttuazioni della portata vapore quindi:
– variazioni di marcia più contenute del macchinario del ciclo
termico
– maggiore regolarità nell’erogazione di energia elettrica
– minori sovradimensionamenti del macchinario coinvolto.
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PECULIARITA’ DELLA REGOLAZIONE DEI FORNI
- Temperatura in postcombustione La stabilizzazione della temperatura in postcombustione determina:
• minore produzione di NOx alle alte temperature
• minore produzione di incombusti alle basse temperature
• minore pericolo di fusione delle ceneri
• minore cimento dei materiali lambiti dai fumi
• minore pericolo di danneggiamento delle murature
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FORNI
ADIABATICI
Sono
forni
FORNI NON
ADIABATICI
completamente
Forni integrati con la caldaia
refrattariati adatti per bassi o
adatti per elevati poteri calorifici
medi
hanno:
poteri
calorifici
caratterizzati da:
•minore
•maggior produzione specifica di
fumo
fumo
•migliori prestazioni energetiche
•minori prestazioni energetiche
•scarsa
•grande flessibilità rispetto alle
fluttuazioni di PCI
variazioni di PCI
•scarsa flessibilità rispetto al carico
•grande flessibilità rispetto al
termico
produzione
flessibilità
specifica
rispetto
di
alle
carico termico
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DIAGRAMMA DI COMBUSTIONE
DI UN FORNO ADIABATICO
70
60
1'
6
100% MCR
52,07 MW
50
1
5
40
5'
30
4
20
2'
2
4'
3
3'
10
4,2MJ/kg
1003 kCal/kg
110% Nom.
19,638 T /h
12,5 MJ/kg
2985 kCal/kg
100% Nom.
17,85 T /h
Potenza Ter mica [MW]
6'
110%MCR
57,28 MW
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Por tata Massica [T/h]
Funzionamento g arantito
Funz. temporaneo OVERLOAD
Funz. temporaneo UNDERLOAD
Heating Line
Fuel Line
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22
DIAGRAMMA DI COMBUSTIONE
DI UN FORNO NON ADIABATICO
70
60
1
5
5'
2'
40
2
16,7 M J/kg
4000 kCal/kg
30
4
3
4'
8,4 M J/kg
2000 kCal/kg
10
110% Nom.
19,638 T/h
3'
20
100% Nom.
17,85 T/h
Potenza Termica [MW]
6
100% M CR
52,07 M W
50
1'
6'
110%M CR
57,28 M W
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Portata Massica [T/h]
Funzionamento g arantito
Funz. temporaneo OVERLOAD
Funz. temporaneo UNDERLOAD
Heating Line
Fuel Line
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22
A R IA C OM B .
A U SI LI A R I O
C O M B U ST I B I LE
A U SI LI A R I O
P5 (bar a)
T5 (°C)
m 5 (kg/h)
H5 (kJ/kg)
Combustibile ausiliario
P4 (bar a)
T4 (°C)
m 4 (kg/h)
H4 (kJ/kg)
R I C I R C O LO F U M I
Aria di combust.comb.aux
P8 (bar a)
T8 (°C)
m 8 (kg/h)
H8 (kJ/kg)
Fumi al generatore di vapore
P3 (bar a)
T3 (°C)
m 3 (kg/h)
H3 (kJ/kg)
P11 (bar a)
R SU
P15 (bar a)
T15 (°C)
m 15 (kg/h)
H15 (kJ/kg)
T 6 (°C)
m 6 (kg/h)
H6 (kJ/kg)
Fumi di ricircolo
T 11 (°C)
m 11 (kg/h) H11 (kJ/kg)
Vapore surriscaldato
F U M I A L G EN ER A T O R E
D I V A PO R E
Rifiuto solido
P6 (bar a)
GENERATORE
DI VAPORE
V A PO R E
SU R R I SC A LD A T O
Spurgo caldaia
B LO W D O W N
T9 (°C)
m 9 (kg/h)
H9 (kJ/kg)
T10 (°C)
H10 (kJ/kg)
Acqua di alimento
FORNO
INCENERITORE
P9 (bar a)
P10 (bar a)
m 10 (kg/h)
A C QU A D I
A LI M EN T O
A R IA 2
Dissipazioni dalle pareti
A R IA 1
P2 (bar a)
T2 (°C)
m 2 (kg/h)
H2 (kJ/kg)
F U M I A LLA
D EPU R A Z I O N E
Aria secondaria
P12 (bar a)
T12 (°C)
m 12 (kg/h)
H12 (kJ/kg)
Fumi alla depurazione
SC O R I E
C EN ER I
P1 (bar a)
T1 (°C)
P7 (bar a)
T7 (°C)
P13 (bar a)
T13 (°C)
m 1 (kg/h)
H1 (kJ/kg)
m 7 (kg/h)
H7 (kJ/kg)
m 13 (kg/h)
H13 (kJ/kg)
Aria primaria
Scorie dalla combustione
Ceneri leggere
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FLUSSI DI MASSA ED ENERGIA DEL FORNO
Flusso
Indice
Portata
Temp.
Press.
Entalpia
Flusso termico
Kg/s
°C
Bar a
KJ/kg
kW
Aria primaria
1 - entrante
m1
T1
P1
H1=Cp1 x T1
W 1= m1 x H1
Aria secondaria
2 - entrante
m2
T2
P2
H2=Cp2 xT2
W 2= m2 x H2
Rifiuto solido caricato
3 - entrante
m3
T3
P3
H3= Cp3xT3 + PCI3
W3= m3 x H3
Aria comb. ausiliariao
4 - entrante
m4
T4
P4
H4=Cp4 x T4
W4= m4 x H4
Combustibile ausiliario
5 - entrante
m5
T5
P5
H5=Cp5 xT5 + PCI5
W5= m5 x H5
Fumi di ricircolo
6 - entrante
m6
T6
P6
H6=Cp6 x T6
W6= m6 x H6
Scorie scaricate - Inclusi
7 - uscente
m7
T7
P7
H7=Cp7 x T7 + PCI inc
W7= m7 x H7
Fumi prodotti
8 - uscente
m8
T8
P8
H8=Cp8 x T8
W8= m8 x H8
Dissipaz. Term. pareti
9 - uscente
m9
T9
P9
-
W9= SiTi
incombusti
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EQUAZIONI DI BILANCIO
Bilancio energetico
6
Bilancio di massa
9
W  W
i 1
i
i 7
i
Wi=potenza i-esima
6
8
m  m
i 1
i
i 7
i
mi=massa i-esima
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GRADO DI ADIABATICITA’  DEL FORNO
Introduciamo il grado di adiabaticità  di un forno: esso correla
il calore
scambiato con le pareti ed il flusso termico complessivo.
• Forno quasi adiabatico: le pareti sono costituite interamente da materiale
refrattario:   0,95  1
• Forno non adiabatico: in caldaia sono presenti pareti membranate:   0,65
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PORTATE DI ARIA E FUMI IN FUNZIONE DELLA
TEMPERATURA DI COMBUSTIONE
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GRADO DI ADIABATICITA’ DEL FORNO E
PRODUZIONE SPECIFICA DI FUMI
Il bilancio energetico di un forno può essere scritto come segue:
Q fumi Cpfumi TPC   WiIN   Wjdiss  Wpareti
i
j
Wdiss  Wscorie  Wincombusti  Waltre
diss
WIN  Wsensibile  WPCI  Wricircolo  Wsensibile  Wcomb  Wsensibile
fumi
RSU
aux
aria_comb
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Ovvero:
W
iIN
Qfumi 
i
  Wjdiss  Wpareti
j
Cpfumi TPC TPC
Definiamo ora il grado di adiabaticità  di un forno come segue:
 WiIN  ( Wjdiss  Wpareti )
i
j
ψ
 WiIN
i
Dunque:
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ψ
Q fumi Cp fumi TPC Tfumi
Q fumi 
 WiIN
i
ψ WiIN
i
Cpfumi TPC TPC
Q  Q()
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GRADO DI ADIABATICITA’ DEL FORNO
E PRODUZIONE SPECIFICA DI FUMI
Alcune considerazioni sul grado di adiabaticità
•
La portata fumi è direttamente proporzionale al grado di adiabaticità. Meno un
forno è adiabatico e minore è la produzione specifica di fumo
•
Il grado di adiabaticità, influenzando il quantitativo di aria secondaria, agisce
sul tenore di O2 nei fumi.
•
Il ricircolo fumi, essendo un moderatore del tenore di O2 riduce in parte la sua
utilità.
•
Poiché il tenore di O2 risulta contenuto, le operazioni a basso PCI o basso
flusso termico divengono rapidamente critiche.
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TENORE DI O2 NEI FUMI
IN FUNZIONE DEL GRADO DI ADIABATICITA’ 
E DELLA TEMPERATURA DI PRERISCALDO ARIA
14
12
Tenore di ossigeno
10
8
6
Fuel Line
Ricircolo Fumi
4
2
0
40%
T=150°C
50%
T=100°C
60%
70%
T=50°C
80%
T=0°C
90%
100%
Coefficiente di adiabaticità
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