Sviluppo di un modello fluidodinamico della combustione di biomassa in un sistema a griglia mobile

Il presente lavoro di tesi è stato svolto presso il Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale (DICI) dell'Università di Pisa in collaborazione con Enel Green Power. Scopo della tesi è stato lo sviluppo di un modello numerico della camera di combustione di un surriscaldatore da 16 MW situato nella centrale ibrida "Cornia 2". Tale centrale costituisce un esempio innovativo di integrazione tra due forme di energia rinnovabile: la combustione della biomassa è infatti utilizzata per surriscaldare il vapore geotermico ed incrementare così l'efficienza energetica e la produzione di energia elettrica del ciclo geotermico. Il surriscaldatore in esame è dotato di una griglia mobile inclinata di tipo reciproco, ossia caratterizzata da un'alternanza di barre fisse e in movimento che assicurano la discesa della biomassa ed il suo intimo contatto con l'aria primaria alimentata nella zona sotto griglia. L'approccio numerico si è basato sull'accoppiamento tra un modello tridimensionale del flusso gassoso turbolento, reattivo e radiativo all'interno della camera di combustione, ottenuto attraverso tecniche di Fluidodinamica Computazionale (CFD), e un modello del letto di biomassa. Per questo ultimo, sono stati adottati e confrontati diversi approcci. Nel primo approccio il letto è stato diviso in zone, ciascuna delle quali è stata trattata come un reattore perfettamente miscelato, in cui la biomassa è sottoposta ai processi di evaporazione, pirolisi e combustione del char. Da questo modello sono stati ottenuti profili di portata, composizione e temperatura del flusso in ingresso al dominio CFD. I risultati mostrano una forte sensitività alle caratteristiche turbolente del flusso e alle conversioni, derivate empiricamente, dei processi nei reattori. Nel secondo approccio il letto è stato decritto utilizzando i risultati di una simulazione del flusso granulare con il codice XDEM (eXtended Discret Element Method). Ciò ha permesso di fornire condizioni al contorno più accurate al dominio CFD, senza la necessità di introdurre parametri empirici. I diversi approcci sono validati con alcuni misure sperimentali di temperatura all'interno della camera di combustione. Differenze, vantaggi e limiti dei diversi approcci sono quindi discussi