Avviamento del gassificatore della piattaforma Zecomix: fluidizzazione della fase di sostegno

Nel presente lavoro vengono riportate i primi risultati sperimentali ottenuti dalla piattaforma sperimentale Zecomix. È stata proposta una procedura di start-up del gassificatore che ha consentito di definire le grandezze operative principali: portata di carbone, portata della fase di sostegno, velocità di fluidizzazione del letto, temperatura di ingresso dell’agente fluidizzante. Il raggiungimento di un buon grado di fluidizzazione consente un alto grado di combustione e gassificazione del carbone alimentato. A tal fine è stata calcolata la portata di aria affinché il materiale di sostegno scelto (olivina) raggiunga un buon grado di fluidizzazione, u=2.5umf, durante la combustione e gassificazione ad una temperatura di 800 °C. I risultati ottenuti sulle prime prove di fluidizzazione, in accordo con quanto previsto dalla teoria, mostrano che nel letto si è instaura un buon regime di fluidizzazione necessario per la contemporanea combustione e gassificazione del carbone in condizioni di ‘autotermicità’. Per minimizzare il consumo del combustibile ausiliario (metano) è stata fatta la scelta operativa di aggiungere durante il warm-up del gassificatore, il 10% in massa di carbone e poi gradualmente aumentare l’alimentazione di combustibile fino al valore stechiometrico. In questa fase, si è notato come l’aumento della temperatura dell’aria di fluidizzazione Tf è un indice dell’aumento della temperatura media all’interno del gassificatore. La temperatura Tf, infatti, cresce principalmente, grazie alla presenza di uno scambiatore di calore economizzatore che trasferisce il calore sensibile del gas all’uscita del gassificatore e l’aria di fluidizzazione. Il principale risultato ottenuto durante le prove di avviamento del reattore mostra come per ottenere un buon grado di fluidizzazione la temperatura di ingresso dell’aria di fluidizzazione Tf debba raggiungere un plateau tra 300 °C e 350 °C. Tenuto conto di questo importante risultato, il bilancio di energia del gassificatore consente di determinarne l’Equivalence Ratio (ER) necessario per il calcolo sia della portata di vapore che di quella dell’ossigeno durante la gassificazione del carbone. Il bruciatore ausiliario è posto al di sopra della superficie del letto in modo che quando il letto è fluidizzato i solidi vengono in contatto con il fronte di fiamma e vengono riscaldati. Quindi è necessario sapere la quantità di olivina che bisogna caricare e quindi l’altezza del letto quando questo risulta fluidizzato. Da un bilancio di forze risulta che l’altezza del letto durante lo start-up, T=500 °C, e durante la gassificazione rimane circa costante a 67 cm. In seguito grazie all’elevata capacità termica dell’olivina così riscaldata è possibile raggiungere la temperatura operativa con un supporto minimo, o nullo, da parte del bruciatore di start-up. Sono necessarie dalle 3 alle 5 ore per portare il letto da temperatura ambiente alla temperatura di 500 °C-600°C. Il risultato principale delle prove di fluidizzazione è che l’istaurarsi del regime di fluidizzazione l‘eye-on-the-process’ è sulla temperatura al di sopra della griglia e la temperatura di ingresso dell’aria di fluidizzazione.