Evoluzione tecnologica e mercato degli apparecchi ad uso privato

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1 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 FORUM BIOENERGY EXPO 2010 Sessione 1: Biogas, Biomassa Verona, 4 febbraio 2010

2 La combustione della biomassa migliorare il rendimento contenere le emissioni (FONTE: avere un flusso termico controllato recuperando il massimo del calore rilasciato dal combustibile ENEA UTTS-Saluggia Verona ::::: 4 febbraio 2009 ::::: 2

3 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 Particella di combustibile Calore Q Ambiente focolaio Strato esterno H 2 O + O 2 reazioni complete CO 2 NO x N 2 O SO x HCl fly-ash aerosols Q + H 2 O + + reazioni incomplete CO PM NMVOC PAH TOC NH 3 O 3 PCDD/F ENEA UTTS-Saluggia Verona ::::: 4 febbraio 2009 ::::: 3

4 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 ENEA UTTS-Saluggia Verona ::::: 4 febbraio 2009 ::::: 4

5 La combustione della biomassa Ottimizzazione del processo di combustione Misure primarie: progettazione e conduzione impianto (focolare, camere di combustione, combustionea più stadi, punti di immissione aria primaria esecondaria, 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: sistemi di contenimento delle emissioni (filtri a maniche, precipitatori elettrostatici, cicloni, SCR, SNCR, ) ENEA UTTS-Saluggia Verona ::::: 4 febbraio 2009 ::::: 5

6 Impianti a biomassa Conversione energetica della biomassa mediante combustione diretta: apparecchi ad uso termico (da pochi kw t a diversi MW t ) impianti cogenerativi (potenze termiche tipiche da 0,5 a 5 MW t con applicazioni anche >10 MW t ) impianti per la produzione di energia elettrica ENEA UTTS-Saluggia Verona ::::: 4 febbraio 2009 ::::: 6

7 Impianti a biomassa Apparecchi a biomassa legnosa (combustione): caminetti termo-caminetti stufe caldaie bruciatori termo-cucine forni barbecue riscaldamento/produzione di acqua calda diverse soluzioni tecnologiche e possibili configurazioni (vd. potenza richiesta e tipo di combustibile) Combustibile: legna da ardere bricchette cippatodi legna pellet ENEA UTTS-Saluggia Verona ::::: 4 febbraio 2009 ::::: 7

8 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 ENEA UTTS-Saluggia Verona ::::: 4 febbraio 2009 ::::: 8

9 Caminetti e termo-camini Caminetti a focolare aperto: efficienze inferiori al 30%, tanto da non essere considerati sistemi di riscaldamento a tutti gli effetti ed emissioni decisamente alte di CO, PM, NO x Caminetti a focolare chiuso: rendimenti < 65% Termo-camini: rendimenti < 70% Caminetti: potenze nominali ca kw Termo-camini camini: potenze nominali ca kw legna pellet Caminetti a focolare chiuso di più recente 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). termo-camino alimentato a legna (FONTE: caminetto a focolare chiuso alimentato a legna (FONTE: irraggiamento e convezione ENEA UTTS-Saluggia Verona ::::: 4 febbraio 2009 ::::: 9

10 Caminetti e termo-camini Caminetti a focolare aperto: efficienze inferiori al 30%, tanto da non essere considerati sistemi di riscaldamento a tutti gli effetti ed emissioni decisamente alte di CO, PM, NO x Caminetti a focolare chiuso: rendimenti < 65% Termo-camini: rendimenti < 70% Caminetti: potenze nominali ca kw Termo-camini camini: potenze nominali ca kw Caminetti a focolare chiuso di più recente 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: caminetto a focolare chiuso alimentato a legna (FONTE: irraggiamento e convezione ENEA UTTS-Saluggia Verona ::::: 4 febbraio 2009 ::::: 10

11 Stufe e termo-stufe Stufe a legna: rendimenti < 73% Stufe a pellet : rendimenti < 80% Moderne stufe hanno rendimenti anche superiori legna pellet Potenze nominali ca kw aria primaria aria secondaria aria di post-combustione cenere stufa alimentata a legna (FONTE: irraggiamento e convezione termo-stufa alimentata a pellet (FONTE: ENEA UTTS-Saluggia Verona ::::: 4 febbraio 2009 ::::: 11

12 Stufe e termo-stufe stufe alimentata a legna (FONTE: ENEA UTTS-Saluggia Verona ::::: 4 febbraio 2009 ::::: 12

13 Caldaie Possono essere costituite da due unità distinte (bruciatore a biomassa e caldaia tradizionale) o da un sistema integrato. Potenzenominali:daca.4kWadiversiMW legna pellet cippato Caldaie alegna:finoacirca200kw. 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 apellet:dapochikwacirca50kw. Anche apparecchi di piccola potenza garantiscono rendimenti > 90% e basse emissioni e possono essere dotati di sistemi di controllo e di regolazione automatici. Caldaie acippato:dacirca30kwadiversimw. Le moderne caldaie, dotate di dispositivi di controllo e regolazione automatici, raggiungono rendimenti superiori al 90%. ENEA UTTS-Saluggia Verona ::::: 4 febbraio 2009 ::::: 13

14 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 Sistemi a fiamma inversa combustione a due stadi ENEA UTTS-Saluggia Verona ::::: 4 febbraio 2009 ::::: 14

15 Caldaie bruciatore alimentato a pellet (FONTE caldaie alimentata a pellet (FONTE in alto, a sinistra) caldaia alimentata a cippato (FONTE ENEA UTTS-Saluggia Verona ::::: 4 febbraio 2009 ::::: 15

16 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: fumo visibile odori grande quantità di cenere (si possono avere per non più di 15 minuti nella fase di accensione) cenere pesante di colore grigio scuro deposito di cenere nelle vicinanze del camino fuliggine nello scambiatore di calore ENEA UTTS-Saluggia Verona ::::: 4 febbraio 2009 ::::: 16

17 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 ENEA UTTS-Saluggia Verona ::::: 4 febbraio 2009 ::::: 17

18 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 ENEA UTTS-Saluggia Verona ::::: 4 febbraio 2009 ::::: 18

19 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 ENEA UTTS-Saluggia Verona ::::: 4 febbraio 2009 ::::: 19

20 ENEA UTTS-Saluggia Verona ::::: 4 febbraio 2009 ::::: 20

21 Evoluzione tecnologica e mercato degli apparecchi ad uso privato Grazie dell attenzione! ENEA UTTS-Saluggia Verona ::::: 4 febbraio 2009 ::::: 21

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