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Giuseppe Langella » 4.I combustibili liquidi


I combustibili liquidi

I combustibili liquidi che si usano nei GV delle  centrali termoelettriche derivano dalla distillazione del petrolio greggio, sono composti quasi esclusivamente da idrocarburi e contengono mediamente l’84% di carbonio, il 12% di idrogeno e il 2% di ossigeno. Il contenuto in zolfo varia secondo la provenienza del greggio ed i trattamenti di desolforazione effettuati in raffineria.

 L’olio combustibile tipo bunker C, detto comunemente nafta pesante, può essere così classificato:

  • ATZ – alto tenore di zolfo (S > 2,3%)
  • MTZ – medio tenore di zolfo (1,3 < S < 2,3%)
  • BTZ – basso tenore di zolfo (0,5 < S < 1,3%)
  • STZ – senza tenore di zolfo (S < 0,5%).

Il potere calorifico inferiore è dell’ordine di 9.600÷9.800 kcal/kg. La temperatura di accensione è intorno a 250°C. La viscosità a 50°C è 7÷30°E.

I combustibili liquidi

L’approvvigionamento del combustibile liquido avviene attraverso navi cisterna, bettoline, autobotti, vagoni ferroviari, oleodotti. Il parco combustibile è un polmone che serve a compensare lo sfasamento tra l’afflusso del combustibile e il consumo, in modo tale che il diagramma di fornitura abbia un andamento ottimale.

I serbatoi, metallici, sono di forma cilindrica ad asse verticale. Il mantello è composto da più virole saldate tra di loro, di spessore maggiore per quelle inferiori e minore per quelle superiori. Il tetto dei serbatoi può essere fisso o galleggiante. Il tetto fisso è usato per serbatoi di capacità sino a 20.000 m3. Per capacità superiori o per contenere combustibili di categoria A (liquidi i cui vapori possono dare luogo a scoppio, con punto di infiammabilità inferiore a 21°C), si ricorre al tettogalleggiante.

Il tetto galleggiante evita che fra il combustibile e il coperchio rimangano spazi vuoti, che sipotrebbero saturare di vapori e di gas contenuti nel combustibile stesso, dando luogo a miscele esplosive.

I combustibili liquidi

Le capacità massime normalmente adottate per i serbatoi di centrale sono di 50.000 e 100.000 m3. I serbatoi sono provvisti normalmente di due sistemi di riscaldamento:

  • riscaldamento del fondo, costituito da serpentini alettati o lisci, per il mantenimento della nafta pesante ad una determinata temperatura
  • riscaldamento nella zona di prelievo, costituito da riscaldatori a cassonetto o a banana, per elevare di circa 20°C la temperatura della nafta prelevata ed assicurarne costantemente la fluidità.

Il riscaldamento si effettua con vapore saturo prelevato dal collettore del vapore ausiliario; il vapore, che ha scambiato calore nelle serpentine, si condensa e viene scaricato tramite appositi scaricatori di condensa. Tutto il parco nafta e i singoli serbatoi sono circondati da argini in terra o da muri di cemento armato, allo scopo di contenere il combustibile che potrebbe fuoriuscire in seguito all’incendio e al cedimento di qualche serbatoio.

Sono previsti impianti antincendio ad acqua e a schiuma su ogni serbatoio.Adiacente al parco è installata la stazione di trasferimento e pompaggio del combustibile.

I combustibili liquidi

Le pompe sono normalmente del tipo a viti a volume costante. Il funzionamento della pompa è molto semplice: ruotando, le viti aprono delle celle nella camera aspirante aumentandone così il volume e creando una depressione che realizza l’autoadescamento. Proseguendo la rotazione, il dente della vite motrice entra nell’incavo della vite satellite creando una camera di lavoro isolata rispetto all’aspirazione: il volume di tale camera viene trasportato assialmente fino alla camera premente.

Poiché il volume della camera di lavoro durante l’avanzamento rimane costante, non si verificano sbattimenti o punte di pressione che provocherebbero un carico radiale eccessivo sulle viti; inoltre la progressiva ed uniforme diminuzione del volume verso il lato premente comprime il liquido senza pulsazioni.

A monte delle pompe di spinta sono installati filtri a freddo, che hanno la funzione di trattenere le impurità più grossolane esistenti nella nafta. Il collettore sulla mandata delle pompe è mantenuto ad una pressione costante da una valvola di sfioro che provvede a ricircolare al serbatoio.A valle delle pompe di spinta sono inseriti i riscaldatori nafta che hanno la funzione di portare ilcombustibile alla temperatura ottimale per una perfetta atomizzazione ai bruciatori. Normalmente latemperatura mantenuta nei serbatoi si aggira sui 40°C, mentre la temperatura richiesta perl’atomizzazione è dell’ordine dei 120°C.

I combustibili liquidi

Dopo i riscaldatori è installata una seconda serie di filtri, detti filtri a caldo, dotati di una maglia più fine dei precedenti per bloccare anche le particelle più minute; a valle di questi inizia il montante nafta che, attraverso le apparecchiature di controllo e di regolazione (contatore volumetrico, valvola di regolazione, valvola di blocco), alimenta il complesso dei bruciatori.

L’atomizzazione dell’olio combustibile consiste nella sua riduzione in minutissime goccioline: essa si rende necessaria per consentire al combustibile di mescolarsi intimamente con l’aria comburente in modo da ottenere una combustione completa.

L’atomizzazione viene prodotta ad opera della testina del bruciatore e può essere ottenuta meccanicamente o per mezzo di fluidi ausiliari.

Atomizzazione

Nell’atomizzazione meccanica a spinta diretta  la nafta, sotto l’azione delle pompe di spinta, perviene al bruciatore con una pressione molto elevata ed entra attraverso dei fori tangenziali nella camera a vortice che termina in un piccolo orificio. La posizione dei fori e il loro piccolo diametro imprimono al liquido, che giunge nella camera a vortice, un moto rotatorio: in uscita dall’orificio il liquido è sottoposto a due forze, una di direzione assiale ed una radiale, per cui si scompone in minutissime particelle che penetrano nella camera di combustione formando un getto di forma conica, più o meno allargato a seconda di quale delle due forze è prevalente.

Poiché la regolazione della portata e quindi della pressione della nafta non è possibile se non in un campo ristretto, dal momento che al diminuire della pressione diminuisce l’efficacia dell’atomizzazione, sono stati adottati atomizzatori meccanici con ritorno: a tale scopo è stato  praticato nella camera a vortice un foro in posizione opposta a quello di uscita, comunicante con un tubo collegato a un collettore dotato di valvola di regolazione. Scopo di questo circuito, detto di ritorno, è di mantenere nella camera a vortice una portata di nafta costante, o addirittura crescente con il diminuire della portata attraverso l’ugello di uscita.

Atomizzazione

Negli atomizzatori con polverizzazione a fluido ausiliario l’energia necessaria per l’atomizzazione viene fornita in parte dal fluido ausiliario, che generalmente è costituito da aria in pressione o da vapore (saturo secco o leggermente surriscaldato). La costanza delle caratteristiche del getto nebulizzato viene assicurata mantenendo fissa la differenza di pressione tra il fluido ausiliario e la nafta.

Il combustibile perviene all’ugello tramite un tubo centrale e assume un moto fortemente rotatorio all’ingresso dell’emulsore, dove si miscela con il fluido ausiliario che vi giunge attraversando il tubo esterno. Nell’emulsore si ha quindi la miscelazione tra i due fluidi, che fuoriescono insieme dai fori dell’ugello distributore.

Disposizione bruciatori

In funzione della posizione assunta in camera di combustione i bruciatori presentano due tipologie principali:

  • bruciatori frontali
  • bruciatori tangenziali.

I bruciatori frontali sono collocati sulla parete anteriore della caldaia, a circa 1/3 della sua altezza, e sono disposti su un certo numero di piani orizzontali. Nelle caldaie di grande potenzialità vengono installati anche sulla parete posteriore.

I bruciatori tangenziali sono collocati su più piani in corrispondenza degli angoli della camera di combustione e danno luogo ad un tipo di fiamma a forma di vortice (ciclone), che favorisce la miscelazione tra l’aria e il combustibile.

Combustibile ausiliario

Sussidiario a quello della nafta, vi è il circuito gasolio, con funzioni di intervento temporaneo nell’esercizio della caldaia. Il gasolio richiede apparecchiature più semplici rispetto all’olio combustibile; essendo un distillato, consente un lungo periodo di stoccaggio senza pericolo di fondami o morchie nei serbatoi. La sua ridotta viscosità (circa 1,16°E a 50°C) ed il basso punto di infiammabilità lo rendono particolarmente adatto nelle fasi di accensione della caldaia, quando questa è ancora fredda (infatti in tale condizione la combustione a nafta sarebbe particolarmente difficoltosa, con formazione di una forte quantità di incombusti).

Inoltre il gasolio non richiede nessun preriscaldamento per il pompaggio e l’atomizzazione. In aggiunta a questi vantaggi, il gasolio offre maggiori garanzie rispetto alla nafta sotto l’aspetto ecologico, in quanto, oltre ad assicurare una combustione più completa e priva di residui, contiene anche una ridotta percentuale di zolfo, il che significa minore quantità di anidride solforosa scaricata nell’atmosfera.

Tuttavia l’impiego di gasolio per la produzione di energia elettrica è quanto mai limitato poiché il suo prezzo non è competitivo rispetto a quello della nafta, ed inoltre il quantitativo disponibile sul mercato non sarebbe sufficiente a soddisfare l’enorme richiesta.

Combustibile ausiliario

Normalmente il circuito gasolio comprende due sistemi:

  • gasolio per le torce pilota
  • gasolio per bruciatori di primo avviamento.

Le torce pilota sono piccoli bruciatori, disposti accanto ai bruciatori principali, che vengono accesi prima dell’accensione o dello spegnimento dei bruciatori principali, consentendo la stabilità della fiamma.

I bruciatori di primo avviamento sono bruciatori che vengono inseriti ai piani bassi di caldaia nelle operazioni di prima accensione da freddo. Il rifornimento del gasolio alle centrali viene effettuato tramite autobotti e lo stoccaggio è realizzato con l’impiego di serbatoi a tetto fisso, privi di riscaldamento, della capacità di 100 ÷500 m3.

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