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INDICE
1. Introduzione 10
1.1. Ruolo del carbone per la generazione di energia elettrica 10 1.2. Inquinanti da combustione del carbone e cattura dell’anidride carbonica 11
1.3. Obiettivo della tesi 13
2. Stato dell’arte 14
2.1. Classificazione del carbone 14
2.2. Devolatilizzazione del carbone 15
2.3. Ossidazione del char 20
2.4. Effetto della combustione di gruppo 22
2.5. Effetto della composizione dell’atmosfera 27
2.6. Effetto della velocità di riscaldamento delle particelle 30
3. Apparato sperimentale e tecniche di misura 32
3.1. Descrizione reattore IPFR 32
3.2. Descrizione sonde ODC 36
3.3. Condizioni operative delle prove 39
3.3.1. Tipo di alimentazione 39
3.3.2. Combustibili utilizzati 40
3.3.3. Variabili di processo 40
3.4. Posizionamento delle sonde 43
4. Caratterizzazione dei combustibili 45
4.1. Analisi proxymate 45
4.1.1. Descrizione della tecnica analitica 45
4.1.2. Risultati 48
4.2. Analisi ultimate 49
4.2.1. Descrizione della tecnica analitica 49
4.2.2. Risultati 50
5. Analisi dei segnali delle prove ad alimentazione continua 52
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5.2. Prove su carbone 55
5.2.1. Effetto della temperatura 55
5.2.2. Effetto della concentrazione di ossigeno 57
5.2.3. Effetto della dimensione delle particelle di combustibile 59
5.2.4. Effetto della composizione dell’atmosfera 61
5.2.5. Effetto della composizione del gas di trasporto 62
5.2.6. Analisi dei picchi 64
5.2.6.1 Valutazione del numero di gruppo nelle prove 64
5.2.6.2 Prove a 1100°C con polverino di grande dimensione (dp>125 μm) 66 5.2.6.3 Prove a 1100°C con polverino di piccola dimensione (dp=38-90 μm) 68 5.2.6.4 Prove a 900°C con polverino di grande dimensione (dp>125 μm) 70
5.2.6.5 Considerazioni 70
5.3. Prove su char di carbone 72
5.3.1. Effetto della dimensione delle particelle di combustibile 72
5.3.2. Effetto della composizione del gas di trasporto 73
5.4. Prove su biomassa 75
5.4.1. Effetto della concentrazione di ossigeno 75
6. Analisi dei segnali delle prove ad alimentazione pulsata 77
6.1. Forma del segnale e trattamento dei dati 77
6.2. Prove su carbone 80
6.2.1. Valutazione del numero di gruppo 80
6.2.2. Effetto della temperatura 81
6.2.3. Effetto della concentrazione di ossigeno 83
6.2.4. Effetto della dimensione delle particelle di combustibile 86
6.2.5. Effetto della composizione dell’atmosfera 88
6.2.6. Effetto della composizione del gas di trasporto 90
6.3. Prove su char di carbone 92
6.3.1. Effetto della dimensione delle particelle di combustibile 92
6.4. Prove su biomassa 94
6.4.1. Effetto della concentrazione di ossigeno 94
7. Post processamento dei segnali delle prove ad alimentazione pulsata del combustibile 98 7.1. Valutazione della velocità media delle particelle solide 98
7.1.1. Procedura utilizzata 98
7.1.2. Risultati sperimentali 99
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7.1.2.2 Prove su char di carbone 100
7.1.2.3 Prove su biomassa 101
7.2. Valutazione dell’ignition delay 101
7.2.1. Considerazioni preliminari 101
7.2.2. Procedura utilizzata 102
7.2.3. Risultati sperimentali 104
7.2.3.1 Prove su carbone 104
7.2.3.2 Prove su biomassa 107
7.2.4. Discussione dei risultati sperimentali 107
7.3. Valutazione della durata di ossidazione dei volatili 112
7.3.1. Procedura utilizzata 112
7.3.2. Risultati sperimentali 113
7.3.3. Discussione dei risultati sperimentali 116
8. Conclusioni 120
9. Appendice 122
9.1. Confronto tra risultati sperimentali e simulazioni con modello CFD 122
9.1.1. Obiettivo del lavoro 122
9.1.2. Modello CFD del reattore IPFR 122
9.1.3. Simulazione di alcune prove sperimentali 123
9.1.3.1 Prova con T=1100°C, YO2=3% dry, gas diluente N2, dp=38-90 μm 124 9.1.3.2 Prova con T=1100°C, YO2=3% dry, gas diluente CO2, dp=38-90 μm 126 9.1.3.3 Prova con T=1100°C, YO2=3% dry, gas diluente N2, dp>125 μm 128 9.1.3.4 Prova con T=900°C, YO2=3% dry, gas diluente N2, dp=38-90 μm 130
9.1.4. Considerazioni 132
10. Bibliografia 134
