Capitolo 1
L’IMPIANTO DI TURBINA A GAS A
COMBUSTIONE ESTERNA ALIMENTATO A
BIOMASSE
1.1 Introduzione
In questo capitolo viene presentata una descrizione sintetica di tipo strutturale e
funzionale degli impianti a combustione esterna alimentati con biomasse.
Viene anzitutto presentata una panoramica dell’attuale utilizzo di combustibili
solidi per la produzione energetica, con particolare interesse verso le due tecnologie
potenzialmente piø promettenti: gli impianti di gassificazione integrata (IGCC,
Integrated Gassification Combined Cycle) e gli impianti di turbina a gas a combustione
esterna (EFGT, Externally Fired Gas Turbine). Scopo di tale confronto è evidenziare il
potenziale della seconda tipologia di impianti che, almeno a breve termine, può
garantire costi di investimento e gestione inferiori rispetto alla prima, unitamente a
prestazioni di rilievo.
Alla descrizione generale del lay-out impiantistico, segue quella relativa ai due
componenti “critici”, che attualmente costituiscono il principale oggetto di ricerca per il
miglioramento delle prestazioni globali dell’impianto: il combustore alimentato con
biomasse e lo scambiatore ad alta temperatura.
Capitolo 1 L’impianto di turbina a gas a combustione
esterna alimentato a biomasse
6
Molti degli aspetti qui presentati in forma introduttiva, saranno oggetto di
approfondimento nei capitoli successivi.
1.2 Sviluppo degli impianti a combustione esterna alimentati a
biomasse
L’utilizzo di combustibili solidi, e in particolar modo di biomasse, è di sicuro
interesse economico e ambientale, in coerenza con gli obiettivi di riduzione delle
emissioni di gas serra stabiliti dal protocollo di Kyoto (1998) [1].
Una tecnologia particolarmente promettente che rientra in quest’ottica è quella
degli impianti IGCC (Ciclo combinato a gassificazione integrata) in cui si effettua il
processo di Gassificazione, che consiste nella produzione di un gas di sintesi (syngas) a
partire da combustibili solidi o liquidi di scarso pregio (fig. 1.1).
Figura 1.1 Rappresentazione schematica di un impianto di gassificazione
Vapore
Energia
elettrica
H
2
O
N
2
Vapore
Syngas
depurato
H
2
S, COS,
NH
3
, TAR,
polveri, etc.
Slag O
2
N
2
, CO
2
,
H
2
O, etc.
Syngas
grezzo
Aria
Acqua
Carbone
Gassificazione Raffreddamento Depurazione
Produzione
ossidante
Sezione di
potenza
Capitolo 1 L’impianto di turbina a gas a combustione
esterna alimentato a biomasse
7
La maggior limitazione relativa alla diffusione di questo impianto è legata alla
complessità di progettazione e di gestione del gassificatore, sensibilmente influenzato
dalla qualità e dalla pezzatura del combustibile, nonchØ al costo elevato dell’unità.
Queste motivazioni restringono la fattibilità economica dei sistemi IGCC al
campo degli impianti di grande potenza e dimensioni, e all’utilizzo su larga scala del
carbone quale combustibile, in merito al suo elevato potere calorifico e alla notevole
concentrazione nel territorio [1] [2].
Una alternativa alla soluzione descritta, recentemente sviluppatasi, prevede
l’utilizzo di biomasse nei sistemi energetici. Le ragioni che giustificano l’utilizzo di tale
combustibile sono essenzialmente inerenti agli accordi internazionali di riduzione delle
emissioni di anidride carbonica. Bisogna inoltre tener conto del fatto che, generalmente,
i prodotti derivanti dalla combustione delle biomasse presentano ridotti contenuti di
ossidi di zolfo e di azoto, oltre che di ceneri.
In Italia la produzione di energia elettrica a partire da fonti rinnovabili ha assunto
un ruolo di grande importanza a seguito dell’introduzione del decreto Bersani; esso
prevede la liberalizzazione del mercato elettrico e impone, per i nuovi impianti
termoelettrici, che una quota di produzione pari al 2% dell’energia elettrica prodotta o
importata in Italia derivi dall’utilizzo di fonti rinnovabili.
L’uso delle biomasse si presenta problematico negli impianti di grande potenza a
causa del ridotto potere calorifico e della bassa densità sul territorio, fattori che
comportano grandi difficoltà relativamente alle fasi di trasporto, conservazione e
stoccaggio di tali risorse. In particolare, l’elevata dispersione territoriale delle biomasse
ha costituito fino ad oggi il principale vincolo per un loro esteso sfruttamento: come
noto, gli impianti di generazione elettrica di tipo convenzionale alimentati con
combustibili solidi non possono essere realizzati con taglie inferiori ai 10 MW
e
, per
evitare eccessivi costi specifici e rendimenti modesti.
Per queste motivazioni si sviluppa, nei riguardi delle biomasse, una filosofia
impiantistica sensibilmente diversa da quella dei piø tradizionali sistemi energetici, in
quanto si auspica una decentralizzazione degli impianti di produzione energetica che
spinge all’utilizzo di turbine a gas di potenza ridotta (dell’ordine di qualche centinaio di
kWe), adatte quindi alla generazione di energia diffusa sul territorio e caratterizzate da
minori costi iniziali e da prestazioni di rilievo [3].
Capitolo 1 L’impianto di turbina a gas a combustione
esterna alimentato a biomasse
8
La piccola taglia degli impianti in questione e il conseguente limitato fabbisogno
annuo di combustibile comportano una notevole semplificazione delle procedure di
approvvigionamento, trasporto e conservazione.
Essendo le biomasse un combustibile tipicamente poco pregiato, non è consentito
il loro utilizzo in impianti basati su processi di combustione interna: considerato
l’elevato potere corrosivo ed erosivo dei gas “sporchi”, attualmente non esistono turbine
a gas in grado di operare in tali condizioni. Una soluzione potrebbe essere rappresentata
dagli impianti IGCC, dotati di un sistema di pulitura dei gas operante ad alta
temperatura (da installare a valle del gassificatore di biomasse); in tal caso si dovrebbe
tuttavia rinunciare all’obiettivo di limitare il costo dell’impianto.
La ricerca di una tecnologia per l’impiego delle biomasse ha portato quindi allo
sviluppo di microturbine a gas a combustione esterna (EFmGT- Externally fired micro
gas turbines), originariamente concepite per la combustione del carbone. Questa
configurazione può essere affiancata ad un’ampia varietà di camere di combustione,
attualmente presenti sul mercato o in fase di sviluppo, come i modelli a letto fluido o
quelli a griglia.
Le microturbine a gas devono il loro appellativo alle piccole potenze sviluppate
(dai 40 ai 200 kWe) e alle loro ridotte dimensioni. Dal punto di vista costruttivo sono
tipicamente composte da un compressore centrifugo monostadio, una turbina centripeta
o assiale, anch’essa monostadio e priva di sistemi di refrigerazione delle pale, e da un
rigeneratore, necessario per elevare il rendimento di queste macchine a livelli
competitivi. Infatti il basso rapporto di compressione b e le ridotte temperature di
ingresso in turbina conferiscono a questo parametro dei valori solitamente modesti [4].
Tale tecnologia si prospetta pertanto come una valida alternativa ai motori a
combustione interna per uso cogenerativo, rispetto ai quali presenta minori emissioni
inquinanti, limitata rumorosità e minori pesi ed ingombri. Aggiungendo infatti una
generica utenza termica a valle dell’impianto, il ciclo EFGT assume connotazione
cogenerativa.
Le difficoltà di progettazione e gestione dell’impianto basato su ciclo EFGT sono
compensate dai seguenti vantaggi [4]:
- gas puliti (aria) in turbina;
Capitolo 1 L’impianto di turbina a gas a combustione
esterna alimentato a biomasse
9
- temperatura d’ingresso in turbina piø vicina a quella di progetto, rispetto alle
turbine a gas di taglia medio-grande, a causa dell’assenza dei sistemi di
raffreddamento;
- possibilità di sfruttamento della camera di combustione esistente come
topping combustor per le fasi di avvio e regolazione del sistema.
Rispetto inoltre ai sistemi energetici alimentati a biomasse che fanno ricorso al
processo di gassificazione, il ciclo a combustione esterna consente di:
- utilizzare i combustibili in una combustione diretta, dato che lo sporcamento è
limitato ai soli scambiatori, non interessando la turbina;
- rinunciare all’isola di gassificazione, limitando i costi;
- facilitare l’approvvigionamento di biomassa che, essendo una risorsa
distribuita, si presta ad un utilizzo in loco.
1.3 Descrizione dell’impianto EFGT
Il lay-out impiantistico di base è mostrato in figura 1.2.
Il ciclo termodinamico dell’impianto EFGT si presenta essenzialmente come un
ciclo Joule-Brayton [3] [4]. La camera di combustione, normalmente situata a monte
della turbina, è trasferita a valle di questa, operando quindi con valori di pressione
prossimi a quella atmosferica. Come evidenziato nella figura 1.2, l’aria prelevata
dall’ambiente (punto 1) viene compressa con un rapporto di compressione b compreso
nell’intervallo 2÷5, raggiungendo una temperatura di circa 200÷250°C; quindi è
alimentata ad uno o piø scambiatori di calore aria/gas (punto 2).
La necessità di uno scambio termico ad alta temperatura porta a scomporre il
recuperatore in due corpi: lo scambiatore primario, operante ad alte temperature (da
800°C fino a oltre 1000°C), e lo scambiatore secondario, che lavora a temperature
ordinarie (fino a 800°C). Questa suddivisione consente di riutilizzare l’eventuale
rigeneratore fornito con la turbina e di aggiungere soltanto uno scambiatore ad alta
temperatura (HTHE, high temperature heat exchanger) a valle di questo.
Capitolo 1 L’impianto di turbina a gas a combustione
esterna alimentato a biomasse
10
Figura 1.2 Lay-out dell’impianto EFGT
L’aria compressa, attraversando nell’ordine lo scambiatore secondario (punto 3) e
quello primario (punto 4), raggiunge una temperatura di ingresso in turbina (TIT,
Turbine Inlet Temperature) di 750÷1200°C, in funzione della tecnologia utilizzata per
lo scambiatore primario.
La camera di combustione normalmente presente nell’impianto di turbina a gas
viene by-passata. La presenza di tale unità risulta comunque indispensabile nelle fasi di
avvio e durante i transitori.
In seno alla turbina avviene un processo di espansione dei gas combusti che rende
possibile la produzione di energia elettrica. A causa del basso rapporto di espansione,
l’aria in uscita dalla turbina presenta una temperatura ancora piuttosto elevata (intorno
ai 500°C). Per tale motivo essa viene direttamente inviata al combustore (punto 5),
alimentato con biomasse, in cui svolge il ruolo di comburente. Questa unità produce gas
Capitolo 1 L’impianto di turbina a gas a combustione
esterna alimentato a biomasse
11
combusti ad una temperatura di circa 900÷1300°C (punto 6) che, dopo aver attraversato
i due scambiatori di calore aria/gas (punti 7 e 8 rispettivamente), vengono scaricati in
atmosfera ad una temperatura di circa 250÷300°C.
In alternativa tali gas combusti possono essere ulteriormente raffreddati in un
terzo scambiatore di calore, gas/acqua, per produrre acqua calda a 80÷90°C, o ancora
essere inviati ad un essiccatore di biomasse [3]. In questi ultimi due casi i gas vengono
scaricati in atmosfera (punto 9) a temperature inferiori rispetto al caso in cui l’utenza
termica sia assente (circa 110÷120°C); il valore della temperatura allo scarico deve
mantenersi rigorosamente al di sopra del limite inferiore di tale campo, per evitare
problemi di condense acide nell’ultimo scambiatore.
In uscita dalla turbina la portata dell’aria può essere regolata tramite una valvola
di by-pass, in funzione dell’eccesso d’aria richiesto in caldaia, ovvero delle differenze
terminali di temperatura nello scambiatore primario ad alta temperatura (HX1). La
quantità di aria by-passata consente peraltro di ottimizzare il rendimento elettrico
dell’impianto, come verrà mostrato nel capitolo 3.
1.3.1 Lo scambiatore primario ad alta temperatura
Lo scambiatore ad alta temperatura è indubbiamente l’elemento di piø difficile
progettazione e gestione dell’intero impianto. I principali problemi connessi a tale unità
sono:
- elevati stress termici in fase di avviamento e regolazione del sistema;
- elevata inerzia termica;
- rischio di trafilamento dell’aria compressa, con peggioramento delle
prestazioni globali;
- presenza di sporcamento degli scambiatori primario e secondario lato fumi
(fouling).
Per temperature dei gas in uscita dal combustore a biomasse superiori a 850°C è
necessario ricorrere a materiali metallici di costo molto elevato per lo scambiatore
primario (superleghe al nichel, appartenenti alle categorie Inconel, Hastelloy, etc.).
Capitolo 1 L’impianto di turbina a gas a combustione
esterna alimentato a biomasse
12
In alternativa si può optare per la realizzazione dello scambiatore in materiale
ceramico, la cui produzione è ancora ostacolata da importanti problemi di natura tecnica
ed economica [4].
1.4 Sistemi di combustione per biomasse
La figura 1.3 riporta una classificazione delle principali tecnologie attualmente
adottate per la combustione delle biomasse [1] [4].
Figura 1.3 Classificazione delle metodologie di combustione per le biomasse
Combustione
diretta
Combustione
indiretta
Gassificazione
delle biomasse
Combustori a
griglia
Letto fluido
bollente (BFB)
Letto fluido
circolante (CFB)
Combustori a
letto fluido
Camere di combustione
alimentate
con biomasse
Capitolo 1 L’impianto di turbina a gas a combustione
esterna alimentato a biomasse
13
Nell’ambito del ciclo EFGT, la combustione delle biomasse può avvenire secondo
una modalità diretta oppure indiretta.
Nel caso di combustione diretta, si utilizza un combustore di tecnologia
convenzionale, a griglia o a letto fluido; questa soluzione è abbastanza versatile per
quanto concerne la qualità del combustibile, presentando inoltre costi ridotti e
semplicità di utilizzo. Nelle tecnologie convenzionali il principale limite risiede nella
temperatura massima dei fumi, e quindi in quella massima del fluido evolvente nel ciclo
(nel caso di sola combustione esterna), che raggiunge valori estremi di circa 800°C.
I fumi derivanti dalla combustione delle biomasse possono essere molto
aggressivi, in quanto ricchi di composti organici condensati (TAR) e di composti
corrosivi, in dipendenza dalla tipologia di biomassa e dunque dalla sua composizione.
In tali condizioni è necessario mantenersi al di sotto di 850°C, temperatura oltre la quale
si verifica la penetrazione dei composti alcalini nelle superfici metalliche.
Sono tuttavia in fase di sviluppo combustori a griglia di nuova concezione, il cui
profilo di temperatura presenta valori sensibilmente piø elevati (con picchi di
temperatura di circa 1350°C). Questa è la tecnologia che verrà presa in considerazione
piø avanti nella trattazione, nell’ambito della fase simulativa.
Una variante, sempre basata su combustione diretta, è rappresentata dall’utilizzo
di combustori a letto fluido circolante, che limitano la presenza di sostanze aggressive,
basandosi su una dinamica di combustione differente.
Alternativamente si ricorre a una combustione indiretta, nella quale si procede
preventivamente alla gassificazione delle biomasse e successivamente al trattamento dei
gas prima del loro invio nel combustore. In questo caso i gas in uscita dalla struttura
presentano nella loro composizione minori concentrazioni di specie aggressive e
inquinanti. L’utilizzo di questi sistemi di combustione consente agli impianti EFGT di
evitare la compressione dei gas fino alle pressioni richieste dai sistemi a combustione
interna, risultando quindi strutturalmente piø semplice rispetto agli impianti IGCC, pur
mantenendo valori del rendimento elettrico elevati.
E’ anche possibile mantenere in funzione la preesistente camera di combustione al
fine di effettuare una post-combustione (top-firing) e garantire una TIT di circa
900÷1200°C, permettendo in tal modo una notevole semplificazione nella progettazione
dei precedenti scambiatori (fig. 1.4) [1]. In questo caso l’impianto assume una
configurazione ibrida a combustione esterna di biomasse e combustione interna di gas
Capitolo 1 L’impianto di turbina a gas a combustione
esterna alimentato a biomasse
14
naturale. Comunque, come verrà mostrato meglio nel seguito, questa configurazione
presenta grossi limiti che ne condizionano la fattibilità.
Figura 1.4 Lay-out dell’impianto EFGT in presenza di post-combustione (top firing)
Capitolo 2
LE BIOMASSE
2.1 Introduzione
Biomassa è un termine che riunisce una gran quantità di materiali di natura
estremamente eterogenea. Da un punto di vista generale si può dire che è biomassa tutto
ciò che ha matrice organica, con esclusione delle plastiche e dei materiali fossili, che
pur rientrando nella chimica del carbonio non hanno nulla a che vedere con la
caratterizzazione che qui interessa dei materiali organici.
La biomassa rappresenta la forma piø sofisticata di accumulo dell’energia solare.
Questa, infatti, consente alle piante di convertire la CO
2
atmosferica in materia organica
tramite il processo di fotosintesi. Questo discorso è particolarmente valido nei riguardi
dei residui agricoli o di tutti quei vegetali che vengono periodicamente piantati, potati e
colti. Durante le fasi di crescita queste piante prelevano dall’ambiente circostante
anidride carbonica per la fotosintesi, che viene poi rilasciata in atmosfera durante la
combustione. In questo modo vengono fissate complessivamente circa 2,1 miliardi di
tonnellate di carbonio all’anno, con un contenuto energetico dell’ordine di 70 miliardi di
tonnellate equivalenti di petrolio (tep).
La biomassa utilizzabile ai fini energetici consiste in tutti quei materiali organici
che possono essere utilizzati direttamente come combustibili, oppure trasformati in altre
sostanze (solide, liquide o gassose) di piø facile utilizzo negli impianti di conversione.
Altre forme di biomasse possono inoltre essere costituite dai residui delle coltivazioni
Capitolo 2 Le biomasse
16
destinate all’alimentazione umana o animale (paglia), o piante espressamente coltivate
per scopi energetici. Le piø importanti tipologie di biomassa sono i residui forestali, gli
scarti dell’industria di trasformazione del legno (trucioli, segatura, etc.), gli scarti delle
aziende zootecniche, gli scarti mercatali ed i rifiuti solidi urbani. I residui derivanti da
attività nei boschi, escludendo il contributo del legno, costituiscono circa il 65%
dell’apporto energetico totale relativo alle biomasse.
2.1.1 Produzione ed utilizzo delle biomasse
Ad oggi, le biomasse soddisfano il 15% circa degli usi energetici primari nel
mondo, con 55 milioni di TJ/anno (1250 Mtep/anno), costituendo così la terza
principale risorsa energetica nel mondo, dopo il carbone e l’olio combustibile.
L’utilizzo di tale fonte mostra però un forte grado di disomogeneità fra i vari
Paesi. I Paesi in via di sviluppo, nel complesso, ricavano mediamente il 38% della
propria energia dalle biomasse, con 48 milioni di TJ/anno (1074 Mtep/anno), ma in
molti di essi tale risorsa soddisfa fino al 90% del fabbisogno energetico totale, mediante
la combustione di legno, paglia e rifiuti animali.
Nei Paesi industrializzati invece, le biomasse contribuiscono appena per il 3% agli
usi energetici primari con 7 milioni di TJ/anno (156 Mtep/anno). In particolare, gli USA
ricavano il 3.2% della propria energia dalle biomasse, equivalente a 3.2 milioni di
TJ/anno (70 Mtep/anno); l’Europa, complessivamente, il 3.5%, corrispondenti a circa
40 Mtep/anno, con punte del 18% in Finlandia, 17% in Svezia, 13% in Austria [5].
La biomassa vegetale è una fonte di energia poco utilizzata in Italia, in quanto
copre meno del 2% del fabbisogno energetico, portandosi al di sotto della media
europea. Questo è soddisfatto in larghissima parte da combustibili fossili, che devono
essere importati e che contribuiscono alle emissioni di gas serra e di altri inquinanti.
L’impiego delle biomasse in Europa soddisfa, dunque, una quota piuttosto
marginale dei consumi di energia primaria, ma il reale potenziale energetico di tale
fonte non è ancora pienamente sfruttato.
Sulla base della rapidità con cui le risorse fossili sono attualmente utilizzate, il
loro esaurimento è previsto in tempi relativamente brevi, diversi per ciascun tipo di
risorsa, ma nel loro complesso contenuti in un arco di tempo di circa 150 anni. Le
Capitolo 2 Le biomasse
17
biomasse, coltivate in maniera ciclica, costituiscono invece una risorsa completamente
rinnovabile, ed inoltre il loro utilizzo non contribuisce all’accrescimento dell'effetto
serra o all'acidificazione delle piogge, per quanto sussistano i problemi relativi alle
emissioni di NO
x
.
Esistono settori di mercato nei quali la biomassa è già fortemente competitiva
rispetto ai combustibili fossili:
– nel riscaldamento degli edifici pubblici e privati, dove metano e gasolio
costano 2÷4 volte di piø rispetto alle biomasse ligneo-cellulosiche;
– nella produzione di energia elettrica, grazie agli incentivi previsti dai
“certificati verdi”.
2.1.2 Vantaggi derivanti dall’uso delle biomasse
Un maggiore uso energetico delle biomasse potrebbe produrre consistenti benefici
ambientali, occupazionali e di politica energetica [6].
– Benefici ambientali
Le biomasse sono neutre per quanto riguarda l'effetto serra poichØ il
biossido di carbonio (CO
2
) rilasciato durante la combustione viene riassorbito
dalle piante stesse mediante il processo di fotosintesi; il basso contenuto di
zolfo e di altri inquinanti fa sì inoltre che, quando utilizzate in sostituzione di
carbone o di olio combustibile, le biomasse contribuiscano ad alleviare il
fenomeno delle piogge acide.
– Benefici occupazionali
Vantaggi di tipo occupazionale derivano dal fatto che le diverse fasi del
ciclo produttivo del combustibile da biomassa, sia esso di origine agricola o
forestale, creano posti di lavoro e favoriscono una valorizzazione e
rivitalizzazione di questo settore. Anche l'industria collegata alle tecnologie di
conversione energetica potrebbe trarre un considerevole beneficio
occupazionale. E’ inoltre da considerare la possibilità di uno sviluppo di
nuove iniziative industriali.
Capitolo 2 Le biomasse
18
– Benefici per la politica energetica
L'energia delle biomasse vegetali contribuisce a ridurre la dipendenza dalle
importazioni di combustibili fossili e a diversificare le fonti di
approvvigionamento energetico. Aderendo alla convenzione internazionale
sul clima, l'Italia si è impegnata a stabilizzare le emissioni in atmosfera di gas
serra. La sostituzione di combustibili fossili con biomasse vegetali può
fornire un contributo al conseguimento di questo obiettivo. Sempre
considerando il sistema energetico nazionale, si osservi inoltre che lo
sfruttamento delle biomasse potrebbe permettere di limitare l’importazione di
energia elettrica (attualmente pari al 5.2% del consumo interno lordo
nazionale). Si valuta, infatti, che la disponibilità di biomasse residuali (legno,
residui agricoli e dell’industria agroalimentare, rifiuti urbani e dell’industria
zootecnica), in Italia, corrisponde ad un ammontare di circa 66 milioni di
tonnellate di sostanza secca all’anno, equivalenti ad un contributo energetico
di 27 Mtep, che rappresenta circa il 14.6% del consumo interno lordo (184.8
Mtep, rif. anno 2000).
Tra i fattori che limitano l'affermazione delle biomasse per l'uso energetico ve ne
sono tuttora diversi di natura tecnica, collegati sia alle fasi di approvvigionamento che
di conversione. Tuttavia, la principale difficoltà di sviluppo del settore dello
sfruttamento energetico delle biomasse è legata essenzialmente al superamento delle
barriere non tecniche (finanziamenti dei costi di investimento alquanto elevati, Politica
Agricola Comunitaria, diffusione delle informazioni).
Il costo dell'energia da biomassa è attualmente ancora maggiore di quello
derivante dalle fonti fossili, ma vi è una tendenza verso la competitività, in tempi
ragionevolmente brevi, da sostenere e valorizzare. E’ comunque da evidenziare come, in
tutti i casi, la differenza di costo tra le fonti rinnovabili e quelle fossili sarebbe invertita
se venissero considerati nell'analisi costi-benefici gli aspetti ambientali ed i costi sociali
derivanti dalla combustione dei materiali fossili [6].
Capitolo 2 Le biomasse
19
2.2 Classificazione delle biomasse
A causa del rinnovato interesse nell’uso delle biomasse come combustibile, e in
vista della notevole varietà di biomasse, esiste una grossa esigenza di effettuarne una
classificazione.
Negli ultimi anni sono stati condotti degli studi dettagliati sulle caratteristiche
fisiche e sulla composizione chimica di questo tipo di combustibile [7]. Lo scopo di
stabilire un sistema di classificazione è quello di consentire all’operatore dell’impianto
energetico di predire il comportamento di una determinata tipologia di biomasse,
qualora questa venga usata come combustibile.
Le proprietà delle biomasse di interesse ai fini della combustione includono
essenzialmente: reattività nei processi di pirolisi, produzione di TAR, composizione dei
volatili, produzione e composizione del char e sua reattività nei confronti dell’ossigeno.
Chiaramente la valutazione di queste proprietà per ogni tipologia esistente di biomasse
sarebbe inutile e probabilmente irrealizzabile. Piø realisticamente si potrebbe provare a
determinare delle corrispondenze tra i vari tipi di biomasse [8].
Le biomasse possono essere classificate in:
1. rifiuti (scarti dell’industria del legno, combustibile derivante da rifiuti);
2. di tipo erbaceo (come ad esempio residui da potatura, paglia, ecc.);
3. di tipo acquatico (ad esempio alghe secche);
4. di tipo legnoso;
5. derivativi (come ad esempio la carta).
Le proprietà chimiche e fisiche delle biomasse in ciascuna categoria variano
sensibilmente. Parametri fisici importanti sono le dimensioni delle particelle, la loro
densità, il potere calorifico e il contenuto di acqua. La densità e il potere calorifico
influiscono sulla quantità di combustibile che deve essere alimentato alla caldaia; il
contenuto di acqua influenza il comportamento durante la fase di combustione, la
temperatura di fine combustione adiabatica e il volume di gas combusti prodotto per
unità di energia. Biomasse con elevato tasso di umidità richiedono un maggiore tempo
di permanenza entro la camera di combustione, e questo si traduce nell’esigenza di
avere caldaie di dimensioni maggiori.
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