RISULTATI

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80 Piano verticale a x=-4m Piano verticale di mezzeria (x=0) Piano verticale a x=4m

Figura 52 Risultati per il campo di temperatura

Velocità.

I risultati della distribuzione dei valori assoluti della velocità, misurata in m/s, sono riportati per le tre sezioni di seguito illustrate. Si può notare come le velocità siano generalmente basse, attorno ai 2 m/s, fatta eccezione per la zona di ingresso dei gas secondari, dove le maggiori velocità di input aumentano il mixing turbolento, che favorisce la combustione. I maggiori gradienti si trovano sul piano mediano, in corrispondenza degli ugelli dell’aria secondaria, che, infatti, entra a una velocità di circa 11 m/s, secondo l’ipotesi semplificativa già riportata nel paragrafo dedicato ai dati di input. Lungo la parete posteriore della caldaia la velocità si attesta a velocità leggermente superiori alla media, questo è indice dello sviluppo lungo la parete stessa del moto ascendente. Il flusso poi tende a stabilizzarsi man mano che si avvicina alla volta, per poi cambiare direzione da verticale a orizzontale.

Va precisato che il campo di velocità è stato ricavato considerando unicamente i fenomeni di trasporto di tipo naturale. Tuttavia, nell’impianto del termovalorizzatore è presente un ventilatore a valle della caldaia e dei filtri dei fumi, il cui effetto di tiraggio viene qui trascurato. Nella realtà quindi ci si attende una velocità media maggiore rispetto a quella del flusso simulato.

81 Piano verticale a x=-4m Piano verticale di mezzeria (x=0) Piano verticale a x=4m

Figura 53 Risultati per il campo della velocità

CO2.

Di seguito si riportano le concentrazioni in percentuale dell’anidride carbonica, principale prodotto della combustione. Le maggiori quantità di CO2 si accumulano nella zona principale della combustione sopra la griglia, con valori di frazioni massiche attorno al 16 %. Le concentrazioni minori si trovano, invece, in corrispondenza degli ingressi dell’aria primaria, in particolare nelle zone 1 e 4 della griglia, e dell’aria secondaria. Salendo di quota la distribuzione della CO2 tende a omogenizzarsi. La sua presenza nelle giuste quantità, unita alla contemporanea scarsità di monossido di carbonio indicano che la combustione è completa, garanzia del fatto che gli inquinanti prodotti saranno limitati. Si precisa che il modello della combustione adottato in questa simulazione ha fatto riferimento al meccanismo predefinito GRI 3.0 per descrivere la cinetica chimica. Questo meccanismo, seppur molto solido e usato, è soprattutto adatto all’ossidazione di alcuni combustibili di origine fossile, come il metano, e non è stato studiato esplicitamente per la combustione dei rifiuti. Per questo motivo nell’applicazione reale la distribuzione dell’anidride carbonica potrebbe differire leggermente da quella fornita dal modello.

82 Piano verticale a x=-4m Piano verticale di mezzeria (x=0) Piano verticale a x=4m

Figura 54 Risultati per la distribuzione di CO2

Dettagli della griglia.

Il cuore della modellizzazione sta nella griglia di combustione. Per questo si sceglie di riportare di seguito alcuni dettagli aggiuntivi in merito ai risultati ottenuti. Come già spiegato, si è scelto di dividere la griglia in quattro zone fittizie, che sono state definite nel CAD come dei gradini di lunghezza omogenea. Nella realtà la griglia si presenta come descritto nel primo capitolo di questo elaborato, quindi sempre inclinata ma con un letto di rifiuti distribuito più o meno omogeneamente. Nelle immagini seguenti si osserva ancora meglio la distribuzione di temperatura riportata in precedenza, anche questa volta espressa in Kelvin. Le temperature di picco raggiungono circa i 1430°C e le zone più sollecitate termicamente sono quella del tratto centrale della parete posteriore e delle pareti laterali. In particolare, si ribadisce che le temperature maggiori si trovano verso gli estremi laterali della caldaia, contrariamente a quanto ci si aspetterebbe. Ciò è legato a come si è deciso di rappresentare gli ingressi dell’aria secondaria. Infatti, data quella forma, mantenendo le reali portate fornite dai dati di TRM, il fluido subisce una deviazione del moto verso i lati della caldaia a causa della spinta dovuta all’elevata velocità di ingresso dei gas secondari. Ulteriori rappresentazioni dettagliate sulle linee di flusso del campo di temperatura e di velocità sopra la griglia verranno fornite successivamente.

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Figura 55 Distribuzione di temperatura (K), vista laterale della griglia

Figura 56 Distribuzione di Temperatura (K), vista frontale della griglia

I grafici sottostanti rappresentano la distribuzione delle concentrazioni delle principali specie chimiche e della temperatura lungo la lunghezza della griglia e a circa un metro di altezza da essa. L’origine dell’asse è fissata all’inizio della zona 1 della griglia, lungo il piano mediano. Come si evince dalla maggiore concentrazione di CO, CH4 e CO2, la combustione avviene nei primi tre quinti della griglia. Questo è anche in linea con l’andamento della temperatura, che è tanto più elevata quanto è più vicina alla zona di combustione. Nella parte finale della griglia si trova più ossigeno, in quanto non utilizzato ancora come ossidante. Il cospicuo aumento di temperatura nel tratto finale della griglia è dovuto al ricircolo di gas caldo in quella zona. Per come è stata modellata la griglia, infatti, la zona in basso non ha sbocchi; quindi, il flusso una volta che incontra le pareti tende a tornare verso l’alto ma viene in parte ostacolato dal flusso discendente dei gas secondari. Nella realtà la zona finale della griglia ha la funzione di espellere dalla camera di combustione le scorie quindi non si tratta di una zona ermeticamente chiusa.

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Figura 57 Distribuzione della composizione percentuale dei composti a circa un metro dalla griglia

Figura 58 Distribuzione di temperatura a circa un metro dalla griglia

Infine, seguono le immagini delle linee di flusso dei campi di temperatura e velocità. Questo tipo di rappresentazione rende chiaro il moto del fluido, evidenziandone la complessità. Le linee di campo consentono di vedere con maggior chiarezza la direzione del moto, che è caratterizzata da una forte anisotropia. Le figure mettono in evidenza il mixing turbolento che si viene a creare tra i gas della combustione e l’aria secondaria.

Si tratta di un fenomeno benefico al fine della combustione. Ancora una volta si evidenzia la tendenza a sviluppare il moto caldo ascendente a ridosso della parete posteriore e l’effetto di ricircolo nell’ultimo tratto chiuso della griglia.

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Figura 59 Linee di flusso del campo di temperatura (K), dettaglio griglia.

Figura 60 Linee di flusso del campo di velocità (m/s), dettaglio griglia.

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