Caldaia a vapore a letto fluido

Specifiche tecniche:

Principio di funzionamento delle caldaie a letto fluido

Il principio di funzionamento di una caldaia a vapore a letto fluidizzato è fondamentalmente un metodo di combustione avanzato utilizzato per bruciare particelle di combustibile solido in sospensione all’interno di una camera. Per fornire l’ossigeno necessario per la combustione, getti d’aria vengono soffiati attraverso il letto, consentendo ad altri materiali particolati come sabbia e calcare di passare attraverso il letto fluidizzato gorgogliante. Ciò supporta la miscelazione rapida e completa di gas e solidi, un rapido trasferimento di calore nel letto e reazioni chimiche. Gli impianti di caldaie a letto fluido possono bruciare vari combustibili solidi di bassa qualità come carbone, legno e biomassa con elevata efficienza, senza richiedere costose preparazioni di combustibile come la polverizzazione del carbone. Inoltre, le versioni di nuova generazione di queste caldaie sono più piccole dei forni convenzionali equivalenti, offrendo così notevoli vantaggi in termini di costi e flessibilità. Riducono la quantità di zolfo rilasciata come emissioni di SO2. Il calcare aggiunto durante la combustione consente la precipitazione dei solfati. Di conseguenza, si verifica un trasferimento di calore più efficiente ai tubi dell’acqua che catturano l’energia termica. Il calore rilasciato entra in contatto diretto con i tubi e cede calore per conduzione. Questo processo migliora significativamente l’efficienza complessiva.

Quali sono i vantaggi?

Il calcare fa precipitare il solfato durante la combustione, fornendo così un trasferimento di calore più efficiente ai tubi dell’acqua che catturano l’energia termica. Il precipitato riscaldato entra in contatto diretto con i tubi, trasferendo calore per conduzione e aumentando l’efficienza complessiva. Questo sistema contribuisce a ridurre le emissioni di NO2 consentendo la combustione a temperature più basse nelle centrali elettriche a carbone. Tuttavia, la combustione a bassa temperatura può anche portare ad un aumento delle emissioni di idrocarburi. Le caldaie commerciali a letto fluido funzionano con elevata efficienza, hanno costi inferiori rispetto alle caldaie convenzionali odierne e forniscono basse emissioni di SO2 e NO2. Questo li rende uno dei preferiti di frequente Caldaie a vapore.

Quali sono gli svantaggi?

Tuttavia, ci sono degli svantaggi come l’usura dei tubi all’interno della caldaia, una distribuzione non uniforme della temperatura causata da blocchi nelle prese d’aria del letto e lunghi tempi di avvio che in alcuni casi possono raggiungere fino a 48 ore.

• Un sistema con caldaia a letto fluido ha una temperatura di combustione inferiore a 750 °C, mentre una normale caldaia funziona a 850 °C.
• Il processo di sinterizzazione è basso in una caldaia a vapore a letto fluidizzato (fusione delle ceneri).
• Minore produzione di NO2 a causa della temperatura più bassa.
• Minore produzione di SO2 perché catturata dal calcare.
• Maggiore efficienza di combustione grazie al trasferimento di calore 10 volte maggiore rispetto ad altri processi di combustione dovuto alle particelle che bruciano.
• Meno spazio è richiesto per una caldaia a vapore a letto fluidizzato a causa dell’elevato coefficiente di trasferimento di calore convettivo.
• Può verificarsi una combustione nel letto isotermico poiché la temperatura rimane costante nel bordo libero e nel letto attivo.

Tipi di caldaie a vapore a letto fluido

Gli esperti classificano le caldaie a vapore a letto fluido in due gruppi principali: sistemi atmosferici e sistemi pressurizzati. I sistemi pressurizzati sono ulteriormente suddivisi in due sottogruppi più piccoli: caldaie a letto fluido gorgogliante e circolante.

Caldaia atmosferica a letto fluido

Le caldaie a vapore a letto fluido atmosferico utilizzano calcare o dolomite per legare lo zolfo prodotto dalla combustione del carbone. Getti d’aria sospendono carbone e assorbente durante la combustione, rendendo la miscela fluida. Questa miscela forma una sospensione fluida di particelle roventi. Questo sistema rende il processo di combustione efficiente e controllabile. Tutti i processi avvengono sotto pressione atmosferica.

Caldaia a letto fluido pressurizzata

Le caldaie a letto fluido pressurizzato sospendono carbone e assorbente con getti d’aria mescolandoli insieme. Il sistema funziona ad alta pressione, producendo un flusso di gas caldo e denso. Questo gas aziona direttamente la turbina a gas. Il letto fluidizzato genera un’elevata quantità di calore durante la combustione. Il calore generato avvia la produzione di vapore nella linea del vapore. Il vapore viene convogliato alla turbina e utilizzato per la produzione di energia elettrica. Questo sistema garantisce un’elevata efficienza nelle strutture a ciclo combinato.

Caldaia a letto fluido pressurizzato avanzata

Le caldaie avanzate a letto fluido pressurizzato di nuova generazione aumentano la temperatura di accensione con gas naturale. Il sistema utilizza il gas naturale, che è più costoso del carbone, come combustibile di supporto. Nei sistemi di seconda generazione, il carbone passa attraverso un carbonizzatore pressurizzato per la gassificazione. La caldaia brucia direttamente il carbone per produrre vapore e riscaldare l’aria comburente. Il gas combustibile proveniente dal carbonizzatore brucia nel combustore superiore, portando il gas a una temperatura adatta alla turbina. Il gas di scarico della turbina viene riutilizzato nella generazione di vapore per il recupero energetico.

Questa tecnologia aumenta l’efficienza dei sistemi a ciclo combinato. Gli ingegneri definiscono questa struttura come un sistema circolante avanzato. Questi sistemi funzionano solo con il carbone. Il processo di gassificazione comprende un reattore pressurizzato che alimenta il gas di sintesi alla turbina. Lo scarico della turbina fornisce l’aria di combustione per il carbone bruciato nel letto fluidizzato.