Si confrontano i risultati ottenuti sulla granulometria media e su quella fine partendo dalle stesse considerazioni fatte per la granulometria grossolana.
Con questi dati si può quindi osservare, oltre all’effetto di split dell’aria in ingresso, anche l’effetto della diversa granulometria del cippato.
Il punto a mtot = 0, 28kg/s con granulometria fine non viene riportato su ogni
grafico seguente perché vi sono stati problemi di acquisizione durante le prove. Per differenziare ogni prova visivamente si utilizza lo stesso colore a parità di mtot
e si utilizza la linea continua per la granulometria media e quella tratteggiata per la granulometria fine.
Nella seguente figura 4.6 si riportano gli andamenti del rendimento della caldaia e dell’eccesso di aria dei due set di prove della granulometria grossolana. Le portate sono in kg/s.
(a) Andamento rendimento
(b) Andamento eccesso d’aria
In queste prove si è sempre lavorato con valori degli eccessi di aria altissimi; questo è dovuto ad una ricerca del miglior campo di lavoro.
L’indagine di un miglior modo per far lavorare la caldaia con eccessi non così gran- di sarà uno dei più importanti obiettivi futuri; ma tutto ciò esula dall’intento del lavoro di questa tesi.
In generale poi valgono tutte le considerazioni e premesse fatte nel caso con gra- nulometria grossa sulle motivazioni della scelta di lavorare a eccessi così grandi. Ciò che è interessante notare, ed è obiettivo di questa tesi, dai grafici in figura 4.8, è come gli andamenti della granulometria media e di quella fine, cambiando le condizioni di lavoro, siano però uguali a coppie.
Questo vale sia per il rendimento della caldaia che per l’eccesso di aria.
Così come per il caso precedente si mostrano gli andamenti delle temperature (in Kelvin) dei fumi in uscita, al variare di λ:
Gli andamenti delle percentuali in peso di O2, CO, CO2, N Oxin uscita seguono
i seguenti andamenti riportati in figura 4.8
(a) Andamento O2 (b) Andamento CO
(c) Andamento CO2 (d) Andamento N Ox
Figura 4.8: Andamenti composizioni dei fumi in uscita
Da questi grafici si può vedere come anche in questo caso c’è una forte cor- relazione tra gli andamenti, a differenti ipotesi, della granulometria media (linee tratteggiate) e di quella fine (linee continue).
Cambiano gli andamenti delle varie composizioni a differenti valori di λ ma non cambiano i trend a coppie con la stessa mtot.
In ultima analisi si riportano gli andamenti delle temperature sopra il letto di biomassa nelle solite sei posizioni.
Durante le prove sulla granulometria media, una termocoppia (quella contrasse- gnata da LC) si è rotta smettendo di mandare segnali normali. Si é scelto quindi di omettere i suoi dati anche per la granulometria fine visto che non è possibile un confronto tra le due.
Si riportano gli andamenti per il caso a mtot = 0, 19kg/s con tutte le acquisizioni
su granulometria media e fine per poterli confrontare.
Figura 4.9: Andamento temperature a mtot = 0, 19 kg/s
Si nota subito come ogni andamento con granulometria media (linee continue) è sempre più basso del corrispettivo andamento con granulometria fine (linee trat- teggiate). Quindi le temperature nella granulometria fine sono sempre più alte. Si nota come le temperature più alte si hanno nella parte sinitra (HS e LS) della caldaia, dove le biomassa arriva prima e brucia meglio.
Poi ci sono le temperature centrali (HC) poco più basse e paragonabili a quelle di sinistra.
In ultimo ci sono quelle nella parte destra (HD e LD) della caldaia, la parte più lontana dall’ingresso e dove quindi la biomassa arriva peggio e brucia peggio.
5
Modello numerico
5.1
Introduzione
Uno degli obiettivi della presente tesi è sviluppare un modello termico e fluido- dinamico della caldaia del CRIBE che dovrà essere validato dai dati sperimentali a disposizione.
Tale modello numerico della caldaia è descritto in questo capitolo.
L’utilizzo di modelli multifase richiederebbe, come spiegato nel capitolo 2.4 un costo computazionale troppo elevato che però non è compensato dalle numerose incertezze che caratterizzano il presente sistema.
Quindi si è scelto di accoppiare il CFD del flusso monofase turbolento reattivo del freeboard con un modello di letto di biomassa nel quale sono risolti i bilanci di materia ed energia, tenendo conto dei vari processi di essiccamento, pirolisi e ossidazione del char.
Sulla base di tale modello, opportune condizioni al contorno sono assegnate al mo- dello monofase della camera di combustione.
Uno sforzo è stato fatto per cercare di tenere conto dell’effetto di orientamento dell’aria sul campo risultante attraverso l’implementazione di un modello comun- que abbastanza semplificato.
La procedura è iterativa per tener conto della radiazione che impatta a sua volta sul letto.
In questo lavoro di tesi in prima analisi sono stati considerati e rimplementati i modelli sviluppati nel precedente lavoro di tesi di S.Patronelli [31] sulla stessa cal- daia del CRIBE: ovvero i modelli con letto separato dalla camera di combustione con ingressi modellati come tubazione uniforme e come piastra forata.
In seconda analisi si è sviluppato un modello a letto separato trattato come un mezzo poroso in cui sono presenti delle sorgenti interne di volatili, CO2 ed energia,
utili poi alle condizioni al contorno sulla simulazione CFD del freeboard.
Si definisce una subroutine in linguaggio C++ specifica per definire l’andamento della generazione di sorgenti interne.
In ultima analisi si confrontano i risultati ottenuti da questo ultimo modello con quelli ottenuti dai precedenti.