Indici di slagging/fouling proposti dalla letteratura

Nell’ambito degli studi sul comportamento del carbone durante la combustione, nel corso degli anni è stata proposta una serie di indici empirici di slagging/fouling, ovvero dei parametri che, nell’intenzione di chi li ha proposti, dovrebbero dare un’indicazione sulla tendenza della frazione inorganica di un dato combustibile a formare depositi di slag e/o fouling all’interno di una caldaia.

Tutti gli studi seri (si veda ad es. [76, 13, 10]) sottolineano che tali parametri vanno accoppiati a test sperimentali sull’impianto che si intende utilizzare, dal momento che la storia termica delle ceneri dipende da esso; ciononostante, data l’ampia documentazione disponibile in merito alla combustione del carbone, per alcune correlazioni sono stati proposti dei range di comportamento (si veda ad es. [76, 13, 10, 35]), ovvero si è cercato di darne un’interpretazione semiquantitativa.

Data l’esistenza di tali correlazioni, diversi studi su biomasse hanno provato ad applicarle, più o meno correttamente: infatti, se da un lato c’è chi [76, 13, 10] sottolinea che si tratta di indici elaborati per il carbone (e che i range di comportamento non sono applicabili alle biomasse), dall’altro c’è addirittura chi [7] erroneamente afferma che si tratti di correlazioni per biomasse.

Suscita un certo stupore, inoltre, il fatto che non vi siano studi, tra quelli analizzati, che abbiano condotto campagne sperimentali in impianti di trattamento termico12, con l’eccezione di quello di LLorente et al. [33]. Ancora più strano, Vamvuka et al. [7] han fatto dei test su un reattore a letto fluido ma non li hanno sfruttati per convalidare le informazioni dedotte dagli indici!

Purtroppo, LLorente si è limitato a verificare l’efficacia di un solo indice, che confronta metalli alcalini e alcalino terrosi (gli ossidi sono espressi come % in peso delle ceneri su base secca):

i test ne hanno sancito l’inaffidabilità.

In conclusione, per quanto tali indici siano non di rado riportati in studi sulle biomasse, non risulta che ad oggi qualcuno si sia preso la briga di perderci un po’ di tempo sopra. Tuttavia, vi è un generale accordo nel ritenerli utili per farsi un’idea del diverso comportamento che potrebbe avere una biomassa rispetto ad un’altra; in altre parole, si ritiene siano utili a fini comparativi, soprattutto nel caso l’impianto di

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In letteratura ci sono molte pubblicazioni sul co-firing, ma in tali applicazioni l’effetto del carbone rimane preponderante; non sono pertanto utili per dedurre se gli indici siano applicabili alle sole biomasse.

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trattamento termico sia già noto: in tal caso infatti il confronto è “a parità di impianto”, ovvero si elimina una variabile [13].

Stando così le cose, di seguito sono riportati gli indici trovati in letteratura, brevemente commentati e volutamente senza accostarvi i range di comportamento, ricavati per il carbone; a meno che non sia diversamente specificato, tutti gli ossidi sono espressi in peso % sul totale delle ceneri (base secca). Una famiglia intera di indici deriva dall’idea di base di contrapporre composti a basso (B) ed alto (A) punto di fusione:

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indice Rif. commento

[76, 13, 10, 35,

7]

Nel caso dei carboni, graficando le temperature di fusione ed emisferica1 in funzione dell’indice si ottiene una curva con un minimo [13]; tuttavia, secondo Jenkins et al. [76] la sua interpretazione cambia passando alle biomasse.

⁄

[13, 10, 77]

Secondo Pronobis [13], l’indice B/A è stato introdotto per combustibili fossili a basso tenore di P, ragion per cui non compare; P però esalta lo sviluppo di fasi a basso punto di fusione, quindi l’indice è stato corretto [13, 10].

⁄

[13, 10] Versione semplificata dell’indice B/A.

[13, 10,

77] Sostanzialmente esprime la percentuale di composti basici nelle ceneri.

[13, 10, _35]

Slagging index: secondo Biagini et al. [35], nei carboni associati allo slagging molto zolfo è presente come pirite, che è un agente che facilita la fusione; da qui l’elaborazione di questo indice.

[13, 10] Fouling index.

1

Le due temperature sono ricavate attraverso il test di fusibilità delle ceneri. * S è riferito al campione di combustibile (sempre su base secca), non alle ceneri.

Altri indici molto diffusi sono i seguenti:

indice Rif. commento

[13, 10, 35]

Secondo Pronobis [13], un valore più alto di corrisponde ad una maggiore viscosità dello slag e quindi ad una minore tendenza allo slagging.

[13, 10] Contenuto di cloro nel combustibile tal quale (as received).

[76, 10, 7, 77]

Alkali index: esprime la quantità di composti alcalini per GJ di PC (di solito quello superiore; il numeratore è espresso in kg (da cui la dicitura).

147 Per completezza, di seguito sono riportati altri indici pubblicati, meno citati e/o ambigui:

indice Rif. commento

[13]

Secondo Pronobis [13], all’aumentare dell’indice la probabilità di slagging aumenta, nonostante aumenti anche la viscosità dello slag.

[35] Fouling index. Si distingue dagli altri per esser basato sul test di fusibilità delle ceneri (DT = T di deformazione; HT = T emisferica).

[33, 11]

Indice ambiguo: Tonn et al. [11] affermano che influenza notevolmente la fusibilità delle ceneri, sulla base sia di proprie simulazioni che di altri studi; citano tuttavia LLorente [33], che (vedi sopra) ha testato sperimentalmente senza successo un indice molto simile.

[7] Indice di agglomerazione del letto: sviluppato per letti fluidi.

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Osservazioni

Se pur a livello puramente comparativo, gli indici su cui vi è almeno accordo sul significato possono avere una qualche utilità per gli addetti ai lavori. Ai fini del database, però, è opportuno dedicare l’attenzione a quelli facili da interpretare anche dall’utente meno esperto; un paio di esempi illustreranno il concetto:

 Supponiamo che le caratteristiche di fusibilità delle ceneri di una biomassa peggiorino (o

migliorino) all’aumentare dell’indice x: in tal caso, sarà facile per chiunque, confrontando i valori associati a biomasse diverse, capire quali sono maggiormente tendenti allo slagging e quali meno, se pur in modo qualitativo e relativo. E’ il caso degli indici e AI (ammesso valga quanto osservato per il carbone!), ad es.; più in generale, di tutti quelli in relazione ai quali il comportamento delle ceneri presenta una tendenza monotòna.

 Supponiamo invece che, in corrispondenza di un dato valore (o intervallo) di un indice y, le ceneri presentino il comportano migliore (o peggiore): in tal caso, possiamo sfruttare y solo se abbiamo informazioni sui range di comportamento, altrimenti rischiamo di trarre conclusioni sbagliate dal confronto tra biomasse che presentano valori diversi di y. Baxter et al. [77] ad es. hanno rilevato un andamento parabolico (con minimo) di ⁄ ed nel caso del miscanto.