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da gianca53 » 20 mar 2016, 13:11
Il processo di combustione del pellet può essere sinteticamente descritto attraverso i seguenti stadi successivi :
• Essiccazione ed evaporazione dell'acqua
• Gassificazione (pirolisi)
• Combustione del gas
• Formazione carbone
Nella combustione del pellet circa l' 80% dell'energia è rilasciata sotto forma di gas ed il restante 20 % sotto forma di carbone residuo.
Più in dettaglio le fasi che si susseguono sono le seguenti:
Essiccazione
Quando sullo strato superficiale del pellet viene attivata la combustione, il calore che si sprigiona farà evaporare l'acqua contenuta nei trucioli. Questa evaporazione richiede calore che viene continuamente fornito dalla combustione stessa già in atto. Dato che il contenuto di acqua nel pellet è piuttosto bassa, questa fase si esaurirà velocemente e si passerà alla successiva fase di gassificazione.
Pirolisi e Gassificazione.
Procedendo nel riscaldamento, ovvero con calore prodotto dalla combustione del pellet medesimo, si ha formazione di gas. A circa 250° vengono prodotti, fra gli altri idrocarburi, monossido di carbonio (CO), idrogeno (H2) e metano (CH4). Questa miscela di gas viene chiamato syngas o gas di sintesi Accanto a questi, se la temperatura di combustione è inferiore a circa 600 ° C si ha la formazione di TAR ovvero costituiti da idrocarburi ad elevato peso molecolare che possono essere condensati.
Combustione dei gas
I gas cosi prodotti, in presenza di idonea quantità di ossigeno, si infiammano quando raggiungono la loro temperatura di accensione. L'idrogeno reagirà con l'ossigeno e formerà acqua, mentre il carbonio degli idrocarburi ed il monossido di carbonio, bruceranno producendo diossido di carbonio e vapore acqueo. Se la temperatura non è alta abbastanza o non c'è abbastanza ossigeno per alimentare la combustione i gas si manifestano come fumo.
Formazione del carbone
A combustione dei gas esaurita si avrà il progressivo spegnimento delle fiamme e le particelle di carbone componenti le braci tenderanno a spegnersi , in ciò favorite dalla temperatura in rapida diminuzione e dal raffreddamento indotto dall’aria primaria. Ci saranno tizzoni ardenti, ma una quasi totale assenza di fiamme. Al termine di questa fase si ottengono ceneri residue che consistono principalmente in minerali incombusti.
Cenere
Il pellet di legno ha un basso contenuto di ceneri, spesso attorno allo 0.5%. La cenere è parzialmente costituita da sali minerali, principalmente sodio e potassio, e da materiale minerale - sabbia e sporco - che possono essere presenti nella corteccia oppure assorbiti dal suolo della foresta. Il contenuto di ceneri nel pellet di origine è un parametro importante perchè esso rappresenta una parte di combustibile che non può essere usata per produrre calore, anzi ne richiede per la sua formazione di ossidi, allo stato finale.
Aspetti tecnico –ambientali della combustione.
Per utilizzare il pellet come combustibile ecologico è necessario ottenere la sua completa combustione, in questo modo oltre ad ottenere un'alta efficienza energetica, si ottiene la contemporanea riduzione dei componenti nocivi per l'ambiente.
É importante sapere che il gas brucia sotto forma di fiamma mentre le particelle solide bruciano senza fiamma e che durante la combustione del legno, l' 80% dell'energia è rilasciata come gas, mentre la parte rimanente è costituita da carbone e cenere.
Durante il mescolamento del combustibile e dell'aria si deve ottenere un buon grado di contatto tra l'ossigeno nell'aria ed i componenti infiammabili del legno. Migliore è il contatto, migliore e più veloce sarà la combustione .
Qualità della combustione
Il tipo, la natura e la provenienza del combustibile influenzano nel loro insieme la qualità della combustione . In una combustione completa vengono prodotti soltanto anidride carbonica ed acqua. Al contrario una combustione incompleta, vuoi per errato schema d’impianto oppure per cattiva fornitura di aria ne deriva un cattivo utilizzo del carburante con conseguenti ed indesiderati effetti ambientali.
Condizioni essenziali richieste per una buona combustione sono :
• Alta temperatura
• Surplus di ossigeno
• Adeguato tempo di ritenzione
• Adeguata miscelazione tra combustibile e comburente in modo da evitare zone locali con deficienza di ossigeno
In questo modo sono garantiti una bassa emissione di monossido di carbonio (CO) e di idrocarburi non metanici , ovvero con formula e peso molecolare di grado superiore al metano (NMH) insieme con un basso contenuto di carbonio nelle ceneri incombuste.
Se non si alimenta l'impianto con aria sufficiente, alcuni dei gas infiammabili non avranno abbastanza ossigeno per bruciare ed i gas di scarico lasceranno il camino come incombusti unitamente al monossido di carbonio (CO). Al contrario, in caso di un eccesso d’aria il suo riscaldamento richiederà altro calore ed i gas di scarico lasceranno il camino ad una temperatura più elevata .
Nella maggior parte degli impianti che utilizzano il pellet l'alimentazione dell’aria di combustione avviene artificialmente con l’aiuto di una ventola . Grazie alla tecnologia della doppia combustione i fumi di combustione primaria, ricchi di monossido di carbonio, vengono combusti nella parte alta della camera con l’iniezione di ulteriore aria (ossigeno) preriscaldata .
Detta riaccensione, con l’avvio di una seconda combustione garantisce una resa termica elevata , unita a un radicale abbattimento delle emissioni inquinanti.
Le principali reazioni coinvolte nel processo sono essenzialmente le seguenti:
C + O2 ⇔ CO2
Combustione (esotermica)
C + 0,5O2 ⇔ CO
Combustione (esotermica)
C + H2O⇔ CO+ H2
Gassificazione (endotermica)
C + CO2 ⇔ 2CO
Gassificazione (endotermica)
C + 2H2 ⇔ CH4
Idrogassificazione (esotermica)
CO+ H2O⇔ CO2 + H2
Shift Conversion (esotermica
Aspetti ambientali della combustione
In una combustione ottimale, completa, si possono avere le seguenti emissioni in atmosfera, ovviamente in relazione alla composizione della biomassa di partenza :
- anidride carbonica(CO2),
- ossidi di azoto (NOx)
- ossido nitroso (N2O)
- ossido di zolfo (SOx)
- cloruro di idrogeno
- particolato ,
- metalli pesanti
In una combustione incompleta :
- monossido di carbonio (CO)
- idrocarburi volatili non metanigeni (NMH)
- idrocarburi policiclici aromatici (PAH)
- diossine e furani
- ammoniaca
- ozono
- particolato
Composizione e impatto sulla salute
Come sopra riportato le emissioni nocive degli apparecchi a biomasse legnose sono composte principalmente da quattro elementi:
• Monossido di carbonio (CO)
• Composti organici volatili (COV, CnHm)
• Polveri totali - Polveri sottili
• Ossidi di azoto (NOx)
Monossido di carbonio (CO). Il CO rappresenta uno dei prodotti intermedi principali del processo di ossidazione del carbonio a CO2, per questo motivo viene solitamente utilizzato come indicatore per valutare la qualità della combustione. La reazione di ossidazione da CO a CO2 è legata alla quantità di ossigeno disponibile e l’emissione di CO presenta un minimo in funzione dell’eccesso d’aria, caratteristico per ogni apparecchio di combustione : elevati eccessi d’aria comportano un abbassamento della temperatura di combustione mentre bassi valori non generano sufficiente turbolenza per garantire una buona miscelazione con l’aria comburente.
Composti organici volatili (COV). I COV sono idrocarburi caratterizzati da un’elevata volatilità, prodotti durante il processo di conversione del carbonio e dell’idrogeno contenuti nel combustibile a CO2 ed H2O rispettivamente.
I COV vengono solitamente distinti in due gruppi:
• metano (CH4): importante intermedio nella conversione del carbonio a CO2. Riveste particolare importanza poiché fonte di gas serra.
• Composti organici volatili non metanici (NMH): tutti gli idrocarburi volatili ad esclusione del metano . Questi idrocarburi sono emessi a causa di temperature di combustione troppo basse, tempi di residenza troppo brevi o mancanza di ossigeno disponibile. Essi formano un gruppo di sostanze con un impatto sulla salute umana e sull’ambiente, poiché sono classificati in parte come sostanze cancerogene. Come il CO essi sono il risultato della combustione incompleta.
Idrocarburi policiclici aromatici (IPA)
Gli IPA sono idrocarburi ma vengono considerati come classe a parte per via della loro elevata tossicità. Tali composti si formano dalla ricombinazione di frammenti, per lo più radicalici, prodotti dalla scissione termochimica degli idrocarburi generati dalla devolatilizzazione del legno alle alte temperature di fiamma ( pirosintesi.) Diversi meccanismi sono stati ipotizzati, ma il processo generale vede in un primo step la formazione dell’anello aromatico, con conseguente crescita per addizione di specie C2, C3 o altre piccole unità, tra cui molecole di acetilene, ad IPA radicalici. Come per il CO anche per gli IPA l’aumento della temperatura di combustione ne riduce l’emissione, già con temperature di 750-800 °C se ne osserva la riduzione quasi totale.
Polveri totali. Contengono principalmente elementi minerali del combustibile (particelle di cenere). A seconda della bontà della combustione possono essere originati anche incombusti carboniosi organici e catrami. Sulla loro superficie possono essere adsorbiti composti organici altamente tossici quali policiclici aromatici (PAH) e le diossine. Questo effetto di adsorbimento chimico-fisico si rileva in particolare nella componente più fine delle polveri contenute nei gas in emissione a causa della loro elevata superficie di captazione .
Polveri sottili (PM). Con questo termine sono indicate tutte le particelle con un diametro aerodinamico equivalente (dae) inferiore ai 10 μm.
Sotto 1 μm inizia il cosi detto campo dimensionale submicron. Per la salute umana sono significative soprattutto le particelle che riescono a penetrare nel sistema respiratorio (polmoni).
Mentre le particelle con dae>10 μm sono trattenute quasi completamente nel naso e nella gola, nel campo inferiore ai 2,5 μm una gran parte delle particelle entra nei polmoni e sotto 1 μm entrano negli alveoli e si depositano nei tessuti polmonari.
Ossidi di azoto. Inizialmente sono emessi informa di NO e poi, in presenza di ossigeno, sono rapidamente ossidati in diossido di azoto (NO2); entrambe i composti sono indicati come NOx. Essi derivano sostanzialmente dall’azoto contenuto nel combustibile che nel legno assume valori relativamente bassi (0,15%). La reazione dell’azoto con l’ossigeno avviene a temperature superiori a 1.300 °C le quali, nel corso della combustione del legno, si manifestano per lo più solo localmente e temporaneame
Guarda, ti ringrazio per la condivisione. Casomai poi facciamo una discussione nuova, che dici?