Scheda monografica di sintesi: Produzione di energia da fonti convenzionali. A cura di: Via Mirasole 2/ Bologna (BO)

Transcript

1 Scheda monografica di sintesi: Produzione di energia da fonti convenzionali Olio Combustibile A cura di: Via Mirasole 2/ Bologna (BO)

2 GENERALITA E CLASSIFICAZIONE DEGLI OLI COMBUSTIBILI[1, 3] Gli oli combustibili sono distillati pesanti o residui della distillazione o di altre operazioni di raffineria, usati per la produzione di calore per l'industria (forni e caldaie) e per il riscaldamento domestico o per la produzione di energia (motori), sfruttando il suo potere calorifico, che è di circa Kcal/Kg. La distillazione del petrolio, data l enorme complessità della miscela, non consente (e del resto non è tecnicamente necessario) di separare i costituenti allo stato puro, ma si limita ad un frazionamento in quattro frazioni principali: 1. oli leggeri che distillano fino a C (gas di petrolio - benzine); 2. oli lampanti che distillano tra 180 e 260 C (cherosene - petrolio solvente); 3. oli medi che distillano tra 260 e 320 C (gasolio - olio per Diesel); 4. oli pesanti che distillano oltre i 320 C (olio combustibile - oli lubrificanti). Con successivi processi di rettifica è possibile separare dalle relative frazioni i composti desiderati. Esistono diverse tipologie di oli combustibili, i quali sono classificati in base: 1. all utilizzo cui verrà destinato, 2. al tenore di zolfo 3. alla viscosità. Seguendo il primo criterio gli oli combustibili sono così classificati: 1. olio combustibile denso (Bunker C fuel oil) che è molto usato dall'industria per il riscaldamento, per la propulsione delle navi e quale combustibile negli impianti per la produzione di energia termoelettrica; 2. olio per il riscaldamento (heater oil) è il tipo più pregiato di olio combustibile; 3. olio combustibile denso (heavy fuel) è un residuo di qualità meno pregiate, usato per forni e caldaie industriali. La classificazione in base al tenore di zolfo prevede in Italia, per la "legge antismog" un contenuto di zolfo non superiore per l'olio fluido al 3%, per l'olio denso ATZ (alto tenore di zolfo) al 4%, per l'olio denso BTZ (basso tenore di zolfo) all'1%. La classificazione degli oli combustibili basata sulla viscosità prevede: 1. oli fluidissimi; 2. oli fluidi; 3. oli semifluidi; 4. oli densi. La viscosità è la proprietà fisica che caratterizza la resistenza al moto dei fluidi semplici. Essa è definita dal punto di vista quantitativo dalla legge di Newton: F = µ * dv x /dx* A dove F è la forza di trascinamento necessaria per mantenere il profilo di velocità che si stabilisce in regime stazionario, quando un fluido posto tra due lastre parallele infinite (lo spessore è molto più piccolo della lunghezza) si muove con velocità relativa (una lastra è in moto e l altra rimane ferma) V nella direzione x, A è l area delle lastre e µ è la viscosità. Tutti i fluidi che seguono questa legge sono detti newtoniani: i gas e i fluidi semplici come l acqua obbediscono alla legge di Newton; un aumento di temperatura provoca un incremento della viscosità nei gas e una diminuzione nei liquidi. Negli Stati Uniti gli oli combustibili sono classificati, secondo i "gradi", con i numeri 1, 2, 3, 4, 5,

3 Gli oli combustibili distillati rientrano nei gradi n. 1, 2, 3, 4; gli oli combustibili residui nei gradi n. 5 e 6 ed in particolare: il combustibile n. 1 è un olio combustibile leggero usato per il riscaldamento e cottura dei cibi; il n. 2 ed il n. 3 sono oli medio-leggeri per riscaldamento domestico centralizzato; il n. 4 è un distillato più pesante o una miscela di oli distillati e di oli residui, utilizzato per riscaldamento commerciale a piccola scala; il n. 5 e il n. 6 sono oli residui medio - pesanti che richiedono preriscaldamento, utilizzati per riscaldamento commerciale a grande scala. L'olio combustibile n. 6 è detto anche Bunker C. Nella tabella 1 vengono riportate le caratteristiche fisiche e termodinamiche dell olio combustibile, mentre nella tabella 2 sono riportati i valori di riferimento contenuti nel decreto attuativo (D.P.R. n del 22/12/1970) della Legge n.615 del 13/7/1966. Tab. 1 Caratteristiche fisiche e termodinamiche dell'olio combustibile Caratteristich e Unità di Misura Fluidissimo Fluido Semifluido Denso Aspetto. opacità opacità opacità opacità Denaturante. Regolam.... Viscosità a 50 C Acqua e sedimenti mm 3 /s 21,2 a 37,4 37,5 a 91,0 > 91 > 91 % v/v 0,5 max 1,0 max 1,0 max. Acqua % v/v... 1,5 max Sedimenti % v/v... 0,5 max Zolfo % m/m 2,5 max 3,0 max 4,0 max 4,0 max Ceneri % m/m 0,05 max 0,10 max 0,15 max 0,20 max Distillato a 300 C a 350 C % v/v % v/v 3

4 Tab. 2 Caratteristiche fisiche e termodinamiche dell'olio combustibile secondo il decreto di esecuzione della legge n.165 del Caratteristi che Unità di Misura Fluidissimo Fluido Semifluido Denso Opacità mm Viscosità a 50 C Acqua e sedimenti E <3 da 3 a 5 da oltre 5 a 7 oltre7 % v/v 0,5 max 1,0 max 1,0 max 2 Zolfo % in peso 2,5 max 3,0 max 4,0 max 4,0 max Ceneri % in peso 0,05 max 0,10 max 0,15 max - Distillato a 250 C a 350 C % v/v % v/v >=85 <85 <85 <85 IMPIANTI TERMOELETTRICI[4] Negli impianti termoelettrici si sfrutta l energia del vapore, prodotto da una "caldaia" nella quale si brucia un combustibile, che può essere carbone o un combustibile liquido (nafta e olio combustibile) o metano; normalmente le moderne caldaie possono bruciare indifferentemente tutti e tre i tipi di combustibile. Generalmente gli impianti termoelettrici sono installati in prossimità di grandi centri di consumo e necessitano di adeguati rifornimenti di acqua per la produzione di vapore, e di depositi di combustibile. Costruttivamente sono più semplici di quelli idroelettrici, essendo privi di tutte le opere di sbarramento e di canalizzazione dell'acqua, quindi di tutte le parti a monte delle turbine, che sono costituite, per questi impianti, dalle apparecchiature per la preparazione ed il trattamento del combustibile e dalla caldaia. La combustione avviene in una zona della caldaia chiamata "camera di combustione", con le pareti costituite da un insieme di tubi dove l'acqua si riscalda e si trasforma gradualmente in vapore. Nella camera di combustione arriva il combustibile attraverso apposite aperture, mediante le quali viene immessa, tramite appositi ventilatori, anche l'aria necessaria per la combustione. Seguendo un determinato percorso, i gas prodotti dalla combustione cedono buona parte del loro calore ed attraversano, all'uscita dalla caldaia, i preriscaldatori che riscaldano l'aria che verrà immessa nella caldaia; poi passano in una serie di filtri depuratori ed infine vanno nella ciminiera che li disperde nell'aria. Le turbine a vapore sono, con molta approssimazione, paragonabili a quelle idrauliche, ma costruttivamente si differiscono notevolmente perchè hanno a che fare non con 4

5 acqua, ma con vapore surriscaldato, con tutti i problemi di temperatura e di tenuta che ne conseguono. La descrizione seguente si riferisce ad una moderna centrale termoelettrica, quella di Fusina (Venezia) dell'enel. L'impianto è composto da 4 sezioni, per una potenza complessiva di 994 MW, e le caldaie possono funzionare indifferentemente con olio combustibile, carbone o metano; i fumi derivanti dalla combustione vengono immessi in atmosfera da tre camini, alti rispettivamente 55, 90 e 150 metri. Un altro tipo di impianto termoelettrico è quello che impiega, al posto della caldaia, una turbina a gas, ossia una macchina termica rotativa che converte il calore in lavoro, usando direttamente i gas combusti come fluido di lavoro, erogando potenza meccanica su un albero ruotante. L'aria aspirata dal compressore viene compressa ed inviata alla camera di combustione, dove viene bruciato il combustibile (gasolio, benzinone o metano) e la miscela di aria e gas ad alta temperatura viene inviata direttamente nella turbina, dove avviene la conversione dell'energia termica in quella meccanica. Una parte dell'energia meccanica viene convertita dall'alternatore accoppiato alla turbina in energia elettrica; l'altra parte viene utilizzata per azionare il compressore. In pratica, una centrale turbogas è basata sullo stesso principio sfruttato nei propulsori degli aerei a reazione, con la differenza che negli aerei la turbina produce solo la parte di energia richiesta per l'azionamento del compressore, mentre la rimanente parte viene sfruttata come getto di gas in pressione per generare la spinta necessaria per il volo. Questo tipo di impianto presenta diversi vantaggi: costi ridotti, la possibilità di avviamento anche in caso di mancanza di energia dalla rete, semplicità e rapidità di costruzione e infine non necessita di acqua di raffreddamento, il che permette di ubicarlo in qualsiasi zona, anche sprovvista di rifornimento idrico. Prevenzione contro l'inquinamento Negli ultimi tempi si è posta una grande attenzione anche agli aspetti ambientali. La combustione viene controllata in caldaia con l'utilizzo di telecamere ed all'uscita dalla caldaia i fumi vengono fatti passare attraverso elettrofiltri per abbattere le eventuali ceneri. Le centrali inoltre sono dotate di camini con un'altezza tale da assicurare un'efficace diluizione dei fumi nell'atmosfera in modo da non innalzare i valori di inquinamento al suolo. Inoltre le immissioni al suolo delle sostanze inquinanti disperse nell'atmosfera sono rilevate da una rete di stazioni che trasmette i dati ad un sistema automatico di elaborazione. La stessa attenzione è posta nel controllo e nella depurazione dell'acqua di raffreddamento, mediante vasche di neutralizzazione per la acque acide o alcaline, bacini di chiarificazione per le acque sanitarie, impianti di trattamento chimico per le acque di lavaggio e separatori e depuratori per le acque inquinabili da oli. L'acqua quindi viene scaricata nei corsi d'acqua solo quando le concentrazioni di sostanze inquinanti sono entro i limiti previsti dalla legge. PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEGLI IMPIANTI DI RISCALDAMENTO A OLIO COMBUSTIBILE[2] I moderni impianti di riscaldamento sono ecocompatibili Grazie al basso contenuto di zolfo, le emissioni di anidride solforosa sono minime Forte riduzione dell ossido di azoto grazie ai bruciatori Low-NOx a fiamma blu 5

6 I moderni impianti di riscaldamento a olio riscaldano fino all ultima goccia L olio combustibile è la soluzione ideale per il riscaldamento domestico e la produzione di acqua calda Le caldaie a condensazione sfruttano il calore del vapore acqueo dei gas di scarico. Il rendimento può così essere ulteriormente ottimizzato. Il riscaldamento a olio è ideale per essere combinato con tecnologie alternative (collettori solari). Dà senso di sicurezza sentirsi padroni della propria fonte di energia Le riserve di petrolio coprono il fabbisogno fino al 21 mo secolo L olio combustibile garantisce la sicurezza dell approvvigionamento individuale L olio combustibile è di facile stoccaggio e non provoca esplosioni Il riscaldamento a olio è conveniente L olio combustibile è una fonte energetica molto conveniente Le qualità di olio combustibile disponibili sono numerose L olio combustibile viene consegnato ovunque e in ogni momento Con l olio combustibile il mercato offre prezzi trasparenti Un impianto di riscaldamento a olio è una soluzione economicamente attrattiva. FONTI E RIFERIMENTI [1]: [2]: [3]: energialab (ingg. Doria, Forni, Andretta, Puglioli) [4]: 6