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Evoluzione tecnologica e
mercato degli apparecchi ad uso privato
Sessione 1 Biogas, Biomassa:
La filiera della legna per il riscaldamento domestico: dal bosco al caminetto
Ing. Roberta ROBERTO - Ricercatrice ENEA
ENEA UTTS-Saluggia
[email protected]
FORUM BIOENERGY EXPO 2010
Sessione 1: Biogas, Biomassa
Verona, 4 febbraio 2010
La combustione della biomassa
(FONTE: http://www.rika.at)
migliorare il rendimento
contenere le emissioni
avere un flusso termico controllato recuperando il
massimo del calore rilasciato dal combustibile
R. Roberto
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La combustione della biomassa
Processo di combustione della biomassa
(energia chimica contenuta nel combustibile
viene liberata sotto forma di calore)
coinvolge molti aspetti e fenomeni
chimico-fisici di notevole complessità
reazioni
complete
+ O2 R. Roberto
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Q
+ H2O +
CO2
NOx N2O
SOx HCl
fly-ash
aerosols
Calore Q
Particella di
combustibile
Ambiente focolaio
Strato esterno
H2O
reazioni
incomplete
+
CO
PM NMVOC
PAH TOC
NH3 O3
PCDD/F
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La combustione della biomassa
Variabili che influenzano il processo di combustione
• caratteristiche e qualità del combustibile
(potere calorifico, tenore idrico, composizione, omogeneità, contenuto di
cenere, presenza di corpi estranei o sporcizia, presenza di corteccia, etc…);
• condizioni in camera di combustione
Temperatura, Turbolenza e Tempo di residenza (regola delle 3 T);
• tipologia di apparecchio e parametri progettuali
(particolarità del focolare, griglia, camera primaria, camera secondaria, aria
primaria, aria secondaria, sistemi di controllo e regolazione, sistemi
automatici di pulizia (estrazione ceneri, pulizia automatica superfici di
scambio termico));
• gestione del processo
(aria, combustibile,…);
• manutenzione
R. Roberto
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La combustione della biomassa
Ottimizzazione del processo di combustione
Misure primarie:
primarie
progettazione e conduzione impianto (focolare, camere di combustione,
combustione a più stadi, punti di immissione aria primaria e secondaria,
quantità e velocità aria, flusso/turbolenza in camera, ricircolo fumi, preriscaldamento aria comburente, sistemi automatici di regolazione,
ventilazione forzata, dispositivi pulizia automatici);
impiantistica correlata (sistema accumulo inerziale, impianto idraulico, …);
combustibile (qualità del combustibile e utilizzo combustibili ammessi);
manutenzione
Sistemi di controllo e regolazione
(sonde Lambda, CO, incombusti e T, regolazioni automatiche)
Misure secondarie
secondarie:
sistemi di contenimento delle emissioni (filtri a maniche, precipitatori elettrostatici,
cicloni, SCR, SNCR, …)
R. Roberto
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Impianti a biomassa
Conversione energetica della biomassa mediante combustione
diretta:
apparecchi ad uso termico (da pochi kWt a diversi MWt)
impianti cogenerativi (potenze termiche tipiche da 0,5 a 5 MWt
con applicazioni anche >10 MWt)
impianti per la produzione di energia elettrica
R. Roberto
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Impianti a biomassa
Apparecchi a biomassa legnosa (combustione):
caminetti
termo-caminetti
riscaldamento/produzione di acqua calda
stufe
caldaie
diverse soluzioni tecnologiche e possibili
configurazioni
bruciatori
(vd. potenza richiesta e tipo di combustibile)
termo-cucine
Combustibile:
forni
legna da ardere
barbecue
bricchette
cippato di legna
pellet
R. Roberto
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Impianti a biomassa
Migliori condizioni di funzionamento degli apparecchi a biomassa:
carico nominale e alte temperature del focolare
condizioni di regime (si raggiungono a dopo un periodo di
funzionamento più lungo rispetto a quello richiesto dai
tradizionali combustibili)
pochi arresti nel funzionamento dell’apparecchio
brevi periodi di stand-by
funzionamento con il carico più alto e stabile possibile
sistema di accumulo inerziale
R. Roberto
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Caminetti e termo-camini
Caminetti a focolare aperto:
aperto efficienze inferiori al 30%, tanto da non essere considerati sistemi di
riscaldamento a tutti gli effetti ed emissioni decisamente alte di CO, PM, NOx
Caminetti a focolare chiuso:
chiuso rendimenti < 65%
Termo--camini
Termo
camini: rendimenti < 70%
legna
pellet
Caminetti potenze nominali ca. 5÷15 kW
Caminetti:
Termo--camini
Termo
camini: potenze nominali ca. 10÷35 kW
Caminetti a focolare chiuso di più recente
costruzione:
costruzione
aria primaria (sul piano del fuoco o sotto la
griglia), aria secondaria (entrante dalla sommità
del portellone) e aria di post-combustione
(immessa nella parte superiore della camera di
combustione).
caminetto a focolare chiuso
alimentato a legna
(FONTE: http://www.edilkamin.com)
termo-camino alimentato a legna
irraggiamento
e convezione
(FONTE: http://www.caminettimontegrappa.it)
R. Roberto
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Caminetti e termo-camini
Caminetti a focolare aperto:
aperto efficienze inferiori al 30%, tanto da non essere considerati sistemi di
riscaldamento a tutti gli effetti ed emissioni decisamente alte di CO, PM, NOx
Caminetti a focolare chiuso:
chiuso rendimenti < 65%
Termo--camini
Termo
camini: rendimenti < 70%
Caminetti potenze nominali ca. 5÷15 kW
Caminetti:
Termo--camini
Termo
camini: potenze nominali ca. 10÷35 kW
Caminetti a focolare chiuso di più recente
costruzione:
costruzione
aria primaria (sul piano del fuoco o sotto la
griglia), aria secondaria (entrante dalla sommità
del portellone) e aria di post-combustione
(immessa nella parte superiore della camera di
caminetto a focolare chiuso
combustione).
alimentato a legna
caminetto a focolare chiuso
alimentato a legna
(FONTE: http://www.edilkamin.com)
irraggiamento
e convezione
(FONTE: http://www.edilkamin.com)
R. Roberto
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Stufe e termo-stufe
Stufe a legna:
legna rendimenti < 73%
legna
Moderne stufe hanno rendimenti anche superiori pellet
Stufe a pellet : rendimenti < 80%
Potenze nominali ca. 6÷15 kW
stufa alimentata a legna
aria primaria
aria secondaria
aria di post-combustione
cenere
(FONTE: http://www.rika.at)
irraggiamento
e convezione
termo-stufa alimentata a pellet
(FONTE: http://www.palazzetti.it)
R. Roberto
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Stufe e termo-stufe
stufe alimentata a legna
(FONTE: http://www.rika.at)
R. Roberto
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Caldaie
Possono essere costituite da due unità distinte (bruciatore a
biomassa e caldaia tradizionale) o da un sistema integrato.
Potenze nominali: da ca. 4 kW a diversi MW
legna
pellet
cippato
Caldaie a legna:
legna fino a circa 200 kW.
Moderne caldaie a legna: progettate per realizzare le condizioni di combustione in
più stadi (vd. caldaie a fiamma rovesciata e gassificazione con sistemi di controllo
della combustione e di regolazione automatici).
Caldaie a legna di tipo tradizionale raggiungono rendimenti inferiori.
Caldaie a pellet:
pellet da pochi kW a circa 50 kW.
Anche apparecchi di piccola potenza garantiscono rendimenti > 90% e basse
emissioni e possono essere dotati di sistemi di controllo e di regolazione automatici.
Caldaie a cippato:
cippato da circa 30 kW a diversi MW.
Le moderne caldaie, dotate di dispositivi di controllo e regolazione automatici,
raggiungono rendimenti superiori al 90%.
R. Roberto
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Caldaie
Moderne caldaie (dotate di sistemi di regolazione a microprocessore e sensori):
rendimenti > 90%
aria primaria
aria secondaria
sistemi di controllo e regolazione
cenere
caldaie alimentate a legna e a pellet
(FONTE: Biomass Combustion in Europe Overview on
Technologies and Regulations, 2008, NYSERDA Report
08-03 , NYSERDA 9477)
caldaia alimentata a legna
(FONTE http://www.froeling.com)
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Sistemi a fiamma inversa
combustione a due
stadi
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Caldaie
bruciatore alimentato a pellet
(FONTE http://www.mepe.it)
caldaia alimentata a cippato
(FONTE http://www.viessmann.it)
caldaie alimentata a pellet
(FONTE http://www.kwb.at in alto,
http://www.guntamatic.at a sinistra)
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Impianti a biomassa
Indici di buona combustione:
fumo non visibile
assenza di odori
poco residuo di cenere
cenere di colore grigio chiaro/bianco
poca fuliggine nello scambiatore di calore
Indici di cattiva combustione:
(si possono avere per non più di 15 minuti nella fase
fumo visibile
di accensione)
odori
grande quantità di cenere
cenere pesante di colore grigio scuro
deposito di cenere nelle vicinanze del camino
fuliggine nello scambiatore di calore
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Impianti a biomassa
Influenza sulle emissioni del metodo di accensione:
metodo tradizionale dal basso
metodo corretto dall’alto
(riduzione dal 50 all’80% dell’emissione di particolato)
(FONTE http://www.holzenergie.ch)
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Impianti a biomassa
Influenza sulle emissioni del metodo di accensione:
metodo tradizionale dal basso
metodo corretto dall’alto
(riduzione dal 50 all’80% dell’emissione di particolato)
Per apparecchi in cui non c’è una camera secondaria
non mettere tanta legna
L’effetto negativo di legna umida può essere ridotto utilizzando
ciocchi più piccoli
R. Roberto
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Conclusioni
Misure per ottimizzare la combustione
aumentare il rendimento e ridurre le emissioni:
qualità del combustibile
(NO incenerimento domestico e utilizzo di biomassa qualsiasi)
corretto dimensionamento/scelta della potenza
qualità e prestazioni dell’apparecchio
(rendimento, controllo ottimizzato della combustione, sistemi di
regolazione, sistemi di pulizia)
qualità dell’impianto
(progettazione, accumulo termico, impianto idraulico)
installazione
corretta conduzione e manutenzione
R. Roberto
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www.enea.it
http://www.enea.it/produzione_scientifica/edizioni_tipo/dossier.html
www.saluggia.enea.it
R. Roberto
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Evoluzione tecnologica e
mercato degli apparecchi ad uso privato
Grazie dell’attenzione!
R. Roberto
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