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Pressurized oxy-coal combustion: strategie di controllo di un impianto

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Pressurized oxy-coal combustion: strategie di controllo di un impianto

Il presente documento è stato redatto nell’ambito del progetto “Studi sull’utilizzo pulito dei combustibili fossili e cattura e sequestro della CO2- Cattura e sequestro della CO2” definito nell’Accordo Triennale tra il Ministero dello Sviluppo Economico e E.R.S.E. S.p.A. firmato il 29 Luglio 2009. Oggetto della presente attività è lo studio della manovra di avviamento e delle strategie di controllo di un impianto termoelettrico innovativo alimentato con miscela acqua-carbone e ossigeno puro in pressione (pressurized oxy-coal-combustion). L’impianto a cui si fa riferimento è quello descritto in un rapporto del precedente triennio di RdS (rapporto n. 08005703) dove è stata effettuata una analisi, preliminare alla fase di progettazione, di alcune problematiche rilevanti inerenti alla tecnologia della pressurized- oxy-coal-combustion ovvero: la definizione della configurazione impiantistica mediante modellazione in condizioni stazionarie (utilizzando il codice Thermoflex), l’analisi della manovra di avviamento e le principali problematiche di corrosione dei materiali. Per lo studio delle strategie di controllo e della manovra di avviamento si è realizzato un modello dinamico del processo ai principi primi (tramite equazioni di conservazione della massa, energia e quantità di moto) e utilizzando le relazioni costitutive. La particolare condizione di funzionamento del sistema aria-fumi (l’intero circuito lavora ad una pressione di circa 10 bar) ha determinato anche la progettazione meccanica, seppur in linea di massima, della tipologia e delle dimensioni della caldaia. Infatti l’aumento della pressione di lavoro, rispetto ad un convenzionale impianto a carbone a pressione atmosferica, porta all’aumento dei coefficienti di scambio (di circa 15 volte), e quindi, a parità di potenza, la superficie di scambio può essere ridotta indicativamente dello stesso fattore, con conseguente riduzione della dimensione della caldaia. Il modello realizzato ha visto la progettazione e la scrittura ex novo in codice C della parte relativa al sistema aria-fumi, con particolare attenzione alla camera di combustione, che di fatto rappresenta la parte più innovativa rispetto ai tradizionali componenti di un impianto a carbone. Per la modellazione del sistema acqua-vapore invece si è deciso di utilizzare, seppure con qualche piccolo “aggiustamento”, le librerie e i moduli ampiamente collaudati e messi a disposizione dal software di simulazione LegoPC. Generata la corrispondente S-function è stato infine realizzato in ambiente Matlab/simulink il modello dell’impianto intero, che riproduce in maniera soddisfacente il comportamento atteso del processo. Trattandosi di un impianto non convenzionale, la procedura di avviamento è stata progettata appositamente, partendo comunque da uno schema classico utilizzato per caldaie ad attraversamento forzato. Le manovre, suddivise in fasi, sono state adattate al particolare processo, rispettando i vincoli imposti. Infine è stato studiato e sviluppato il sistema di controllo di potenza dell’impianto, utilizzando le classiche tecniche di regolazione (controllo coordinato). Durante questa fase è stato possibile affrontare alcuni aspetti derivanti dalle caratteristiche tipiche di questo processo, che risiedono fondamentalmente nel sistema di alimentazione ad ossigeno, nella camera di combustione in pressione e nella ridotte dimensioni della caldaia.

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