Analisi e modellazione di impianti di produzione elettrica a ... - Enea

RICERCA DI SISTEMA ELETTRICO pag. 21 di 177
Tema di ricerca 5.2.5.2 “Centrali a polverino di carbone - Riduzione costi”
Analisi e modellazione di impianti di produzione elettrica a carbone equipaggiati con sistemi CCS
• analisi elementare, che quantifica la presenza dei singoli elementi chimici nella frazione
organica del carbone (in particolare carbonio, idrogeno, azoto, zolfo e ossigeno);
• analisi delle ceneri, che fornisce la composizione elementare delle stesse.
I risultati di tutte le analisi effettuate vengono riportati con riferimento a differenti basi di
valutazione, tra le quali quelle maggiormente impiegate nei sistemi di classificazione sono le
seguenti [2]:
base secca (dry basis), con i dati riferiti al carbone totalmente privo di umidità;
base secca e senza ceneri (dry ash-free basis), riferiti a carbone privo di ceneri e umidità;
base secca e senza minerali (dry mineral matter-free), riferiti al carbone privo di ceneri, di umidità e
di elementi minerali, con riferimento alla sola frazione organica;
base umida e senza ceneri (moist ash-free), privo di ceneri con umidità;
base umida e senza minerali (moist mineral matter-free) riferito a frazione organica più umidità.
Analisi immediata
L’analisi immediata rappresenta il più utilizzato tra i metodi di valutazione delle caratteristiche di
un carbone, grazie principalmente alla semplicità della strumentazione necessaria (bilancia termo
gravimetrica). Tale analisi è orientata principalmente alla valutazione del contenuto di umidità, di
elementi volatili, di ceneri e di carbonio fisso.
L’umidità di un carbone è particolarmente importante, in quanto influenza notevolmente il potere
calorifico e altri parametri. Generalmente si valuta l’umidità totale, somma dell’umidità superficiale
e dell’umidità inerente; la prima è dovuta al sottile strato d’acqua ritenuto sulla superficie del
carbone, mentre la seconda rappresenta l’acqua presente al suo interno, in particolare nei capillari e
nei pori. L’umidità totale non tiene comunque conto dell’acqua di decomposizione (quella
combinata chimicamente con i composti organici) e dell’acqua di idratazione (associata ai composti
minerali del carbone). L’umidità del carbone è spesso adottata come parametro caratterizzante il
rango; si è osservato che, all’aumentare dell’età si ha una riduzione del contenuto d’acqua, dovuto
alla diminuzione della porosità. L’umidità del carbone, inoltre, condiziona notevolmente le
operazioni di preparazione dello stesso.
Il contenuto di elementi volatili è impiegato in gran parte dei sistemi di classificazione ed è
anch’esso utilizzabile per caratterizzare il rango (in particolare diminuisce all’aumentare del rango).
Esso è definito come somma dei contenuti di idrogeno, ossidi di carbonio, metano, vapor d’acqua e
altri idrocarburi a bassa massa molecolare, sostanze che tendono a separarsi quando il carbone viene
opportunamente riscaldato. La presenza di elementi volatili è inoltre legata al contenuto di carbonio
fisso e alla reattività del carbone.
Le ceneri non sono altro che il residuo della combustione completa dei composti organici e della
decomposizione dei composti minerari presenti nel carbone; il contenuto di ceneri fornisce pertanto
una misura della quantità di materiale inerte in esso contenuto.