Particolare attenzione è stata posta alla valutazione dell’impatto del sistema di ossicombustione sul generatore di vapore, poiché proprio il generatore di vapore risulta il componente maggiormente sollecitato dalle modifiche introdotte.

112

Conclusioni

La tesi ha messo a fuoco ed analizzato gli aspetti principali del retrofit ad ossicombustione dell’unità termoelettrica a carbone da 660 Mwe di Brindisi, di proprietà ENEL, nell’ottica di dotare l’impianto di una tecnologia in grado di catturare la CO

per un successivo sequestro geologico.

Il quadro generale sulla tecnologia di ossicombustione, sviluppato sulla base delle evidenze delle più recenti conferenze sul tema, ha permesso di identificare le scelte progettuali per l’impegnativa modifica d’impianto, mentre con specifiche analisi sono stati stimati gli impatti dovuti al nuovo assetto di esercizio, rispetto al caso convenzionale ad aria che è stato assunto come caso di riferimento.

Particolare attenzione è stata posta alla valutazione dell’impatto del sistema di ossicombustione sul generatore di vapore, poiché proprio il generatore di vapore risulta il componente maggiormente sollecitato dalle modifiche introdotte.

Le analisi condotte sono state dapprima incentrate sulla stima delle variazioni che interessano i principali parametri di funzionamento dell’impianto; a tale scopo si è fatto uso di uno strumento per simulare termodinamicamente la porzione d’impianto comprendente la caldaia e i sistemi di trattamento dei fumi.

Successivamente sono stati analizzati in maniera più dettagliata, con un modello CFD, i fenomeni di combustione e scambio termico all’interno della fornace della caldaia.

Dai risultati delle simulazioni termodinamiche effettuate in ambiente THERMOFLEX emerge che, in assetto di ossicombustione, con rapporto di ricircolo intorno al 75% si ottengono valori di scambio termico nella fornace vicini a quelli del caso di riferimento.

Per quanto riguarda lo scambio sul percorso convettivo, i risultati indicano invece che la corrispondenza tra i calori scambiati avviene per valori di R più alti, intorno al 77%. Nella sezione convettiva si osserva inoltre uno scostamento più o meno marcato per ciascun banco; nel banco SH2 per R=75% si raggiunge una temperatura superiore ai 540 °C, mentre per banco RH si riesce a raggiungere tale temperatura solamente con R più alti.

I risultati dello studio consentono di affermare che, in linea di principio, dal

punto di vista dello scambio termico è possibile individuare una condizione per

Capitolo 7. Aspetti economici del retrofit

113

esercire la caldaia in ossicombustione, attraverso la modulazione del rapporto di ricircolo. In questo modo si ottiene un assetto di funzionamento tale da riprodurre uno scambio termico nella fornace simile a quello del funzionamento ad aria; la condizione per cui questo avviene è quella che prefigura un rapporto di ricircolo impostato su un valore tra il 75% e l’80%.

Utilizzando un R=75%, sono necessarie delle modifiche sulle superfici del percorso convettivo, per fare in modo che avvenga il raggiungimento della temperatura di 540 °C per il vapore surriscaldato e risurriscaldato. La modifica delle superfici dei banchi convettivi potrebbe comunque essere non necessaria, nel caso in cui sia possibile attuare metodi di regolazione per ottenere la temperatura di progetto. L’attuazione di queste regolazioni deve essere comunque valutata parallelamente ad analisi in cui si tiene conto dei possibili riflessi sul ciclo termico.

La stima del rendimento mette in luce la forte penalizzazione energetica introdotta attraverso l’installazione dell’unità di separazione aria e di quella di purificazione e compressione della CO

; l’installazione di tali unità introduce infatti consumi aggiuntivi di energia ausiliaria, comportando una caduta del rendimento valutata in circa dieci punti percentuali rispetto al funzionamento convenzionale.

Alla luce dei risultati ottenuti dalle simulazioni termodinamiche, è stata simulata la termofluidodinamica dei fenomeni di combustione e di scambio termico all’interno della fornace della caldaia, facendo utilizzo del codice IPSE. Sono state effettuate simulazioni per il caso ad aria e per i casi ad ossicombustione, i cui risultati sono stati confrontati in termini di: campi delle temperature e di velocità, flusso termico alle pareti, concentrazioni delle specie chimiche principali.

I risultati ottenuti confermano in linea di massima quelli ottenuti dalle simulazioni termodinamiche.

Gli andamenti del flusso termico alle pareti indicano che con un rapporto di ricircolo intorno tra 75% e 80% lo scambio termico all’interno della fornace è simile al caso di combustione con aria.

Anche dalle mappe delle temperature si ottiene un risultato simile, infatti

confrontando i campi di temperatura, si osserva che quello relativo alla

combustione in aria è una condizione intermedia tra i casi ad ossicombustione del

75% e dell’80%.

Capitolo 7. Aspetti economici del retrofit

114

Gli andamenti delle concentrazioni delle principali specie chimiche non evidenziano problematiche particolari legate al completamento della combustione;

le concentrazioni di ossigeno e CO nei fumi si mantengono su valori ragionevoli.

Specifici studi teorici e sperimentali per il sistema di combustione sono necessari allo scopo di valutare la stabilità della fiamma e le emissioni relative al nuovo assetto.

In definitiva da un punto di vista teorico sembra possibile riutilizzare la fornace della caldaia per il funzionamento in ossicombustione, impostando un rapporto di ricircolo tra 75% e 80%: l’analisi evidenzia comunque che le variazioni delle condizioni di scambio termico in fornace si riflettono sulla zona convettiva, per la quale possono essere necessari adeguamenti delle superfici di scambio.

Le stime preliminari sull’investimento di retrofit ipotizzato evidenziano che la sua convenienza è fortemente dipendente dai possibili scenari futuri, in relazione ai meccanismi di penalizzazione delle emissioni di CO

. Nella situazione attuale il margine di convenienza è molto ristretto, tuttavia nell’ipotesi che nel futuro aumentino gli oneri da sostenere per le emissioni di CO

, l’investimento di retrofit potrebbe risultare una scelta conveniente.

Con il presente studio sono state affrontate le problematiche principali legati alla tecnologia di ossicombustione, tuttavia vi sono molti aspetti che necessitano di una analisi più approfondita e che aprono la strada per ulteriori sviluppi:

1. Studio e sviluppo di un bruciatore per ossicombustione;

2. Studio accurato delle opzioni di trattamento dei fumi;

3. Ottimizzazione dei processi.