Il presente documento è stato redatto nell’ambito del progetto “Studi sulla produzione elettrica locale da biomasse e scarti – Sviluppo di tecnologie e impianti pilota” definito nell’Accordo Triennale tra il Ministero dello Sviluppo Economico e E.R.S.E. S.p.A. firmato il 29 Luglio 2009. Nel rapporto sono illustrate le attività svolte nel periodo di riferimento nell’ambito della task 1 del Progetto – “Co-combustione di biomasse in impianti a carbone”, inerenti allo sviluppo e alla validazione in impianto di un sistema prototipale innovativo per il monitoraggio della corrosione in impianti operanti in regime di co-combustione di carbone-biomasse/rifiuti. Dando seguito alla progettazione del sistema, conclusa nel corso del 2008, è stato inizialmente realizzato il prototipo del sistema in due esemplari. Il sistema è composto da un’unità di controllo e di acquisizione dati che è equipaggiabile con quattro sonde che vengono inserire nel condotto fumi dell’impianto. Le sonde realizzate sono di due tipologie: la prima (sonda tipo T&R) permette di monitorare in linea la corrosione misurando per via resistiva lo spessore residuo del suo elemento sensibile, montato all’estremità della sonda, che riproduce le condizioni di esercizio (temperatura e geometria) dei tubi dei banchi SH/RH reali ed è stata appositamente progettata per essere inserita nel passo convettivo della caldaia. La seconda tipologia delle sonde realizzate (tipo T) è adatta all’inserimento a parete nella camera di combustione ed effettua una misura off-line della corrosione, esponendo in caldaia dei testimoni di corrosione che vengono periodicamente estratti e analizzati mediante tecniche metallografiche. Le sonde sono state quindi tarate in forno in laboratorio, utilizzando una procedura sviluppata ad hoc e i sistemi prototipali di monitoraggio sono in seguito stati installati in modo provvisorio nel gruppo 4 della Centrale ENEL di Fusina, che opera in regime di co-combustione di carbone bituminoso e combustibile da rifiuti (CDR) con un tenore di CDR pari – al massimo – al 5% dell’input termico. Sono stati quindi effettuati test funzionali della durata di una settimana, che hanno permesso di evidenziare alcune problematiche. A seguito dei test effettuati è stato eseguito il design review del sistema e in particolare delle sonde, che ha portato alla progettazione e alla realizzazione di una nuova versione delle sonde di tipo T&R e dell’unità locale di controllo e alimentazione. Nella nuova versione vengono termostatati due punti dell’elemento sensibile della sonda, anziché uno solo come nella versione precedente, migliorando sensibilmente l’uniformità di distribuzione di temperatura sull’elemento sensibile, che incide sull’accuratezza di misura dello spessore residuo. Sono inoltre stati risolti alcuni problemi riscontrati sulle sonde di tipo T esposte in camera di combustione e legati all’alto fouling presente, dovuto alla presenza di CDR nel combustibile che alimenta la caldaia. L’attività di validazione dei due sistemi prototipali di monitoraggio è proseguita con l’effettuazione di alcuni test di lungo periodo (durata di 1-2 mesi), installando la prima unità, equipaggiata con quattro sonde, per il monitoraggio della camera di combustione e la seconda unità, equipaggiata con due sonde, nel passo convettivo del gruppo 4 della Centrale. Lo scopo dei test di lungo periodo è stato quello di verificare nel tempo le prestazioni e l’affidabilità dei sistemi realizzati, tenendo conto che, dipendentemente dal rate di corrosione riscontrato in un impianto, le campagne di monitoraggio possono fornire dati quantitativi affidabili per la previsione di vita dei componenti critici dopo esposizioni prolungate, che possono arrivare a 6-8 mesi. I test di lungo periodo hanno consentito inoltre da un lato di poter valutare l’accuratezza attesa per la misura dello spessore residuo dell’elemento sensibile, nelle reali condizioni operative su tempi prolungati, e dall’altro di verificare la tenuta dei materiali e l’affidabilità delle soluzioni costruttive adottate. Per i test di lungo periodo in impianto gli elementi sensibili delle sonde T&R sono stati realizzati in AISI 347H, materiale usato per i tubi SH dell’unità termoelettrica presso cui si sta effettuando la sperimentazione, e termostati alla temperatura di esercizio di 570°C. Sono inoltre state effettuate alcune estrazioni periodiche delle sonde installate nel passo convettivo, allo scopo di verificare visivamente l’entità dell’attacco corrosivo in corso e la sua rispondenza alla misura on-line dello spessore residuo, acquisita dal sistema prototipale.

Per quanto riguarda le sonde installate nella parete della camera di combustione, d’accordo con ENEL, si è deciso di utilizzare per i test il materiale 16Mo3, che è utilizzato per la pareti membranate di caldaie in impianti a carbone operanti con cicli Ultra Super Critici (USC), come ad es. la Centrale ENEL di Torvaldaliga Nord attualmente in costruzione, allo scopo di valutare la resistenza a corrosione in regime di co-combustione di carbone-CDR di un materiale selezionato per operare in condizioni tipiche per un impianto USC. Durante i test di lungo periodo i due sistemi prototipali di monitoraggio si sono dimostrati sostanzialmente affidabili. Tuttavia, specialmente per quanto riguarda il sistema equipaggiato con le sonde di misura on-line installate nel passo convettivo, sono emerse alcune problematiche di cui le principali riguardano la presenza di disturbi nella misura dello spessore di una sonda T&R e nel sistema di trasmissione remoto. L’attività di validazione in impianto dei due sistemi prototipali realizzati svolta nel periodo di riferimento ha evidenziato la possibilità di realizzare sulle sonde migliorie di carattere meccanico ed elettrico, soprattutto per quanto riguarda i materiali isolanti interni e le connessioni di misura del segnale nelle sonde, che possono contribuire a rendere pienamente affidabile il sistema di monitoraggio. Alla luce dell’esperienza condotta appare inoltre opportuna la realizzazione di prove simulate di corrosione delle sonde da condurre in laboratorio, accelerando il processo rispetto ai tempi caratteristici dell’installazione in impianto, allo scopo di ottenere in tempi brevi indicazioni per migliorare e quantificare l’accuratezza di misura dello spessore residuo dell’elemento sensibile. I test di lungo periodo effettuati hanno inoltre fornito tutti gli input per la realizzazione di una versione ingegnerizzata del sistema di monitoraggio della corrosione. Parte dell’attività descritta nel presente rapporto è connessa a quella relativa al Progetto UE DEBCO – “Demonstration of Large Scale Biomass Co-Firing and Supply Chain Integration”.