Biomasses
Controllo automatico di un impianto di gassificazione di biomassa lignocellulosiche
( 2012 - LA TERMOTECNICA - link )
Marco Potenza, Fabrizio Naccarato, Giuseppe Starace, Giovanni Maria Galanto
Marco Potenza, Fabrizio Naccarato, Giuseppe Starace, Giovanni Maria Galanto
Abstract
Il processo di produzione di syngas ( gas di sisntesi ) per pirolisi e gassificazione di cippato di legno presenta una complessità rilevante dal punto di vista impiantistico, in particolare per la sua gestione automatica. Questa, in tutte le sue fasi, è influenzata da un elevato numero di fattori.
Questo lavoro descrive le modalità e i risultati di quanto sviluppato in ambiente Labview 8.5 - National Instruments nell’applicazione di logiche e strumentazioni a un sistema di produzione di energia elettrica da biomassa (cippato di abete), basato su di un gassificatore a letto fisso ( in configurazione downdraft ) e su di un motore alternativo a combustione interna di 150kWel, realizzato presso la SOCOGES Srl di Monopoli ( BA ).
Il sistema di controllo è il risultato prototipale di una complessa e articolata attività di ricerca e sviluppo finanziata dalla stessa SOCOGES Srl e dalla Regione Puglia ( PO 2007 - 2013. Asse I. Linea di intervento 1.1 - “Aiuti agli Investimenti in Ricerca per le PMI” ) e svolta in stretta collaborazione con il Gruppo CREA ( Centro ricerche energia e ambiente ) del Dipartimento di Ingegneria dell’Innovazione dell’Università del Salento.
Il sistema di controllo è il risultato prototipale di una complessa e articolata attività di ricerca e sviluppo finanziata dalla stessa SOCOGES Srl e dalla Regione Puglia ( PO 2007 - 2013. Asse I. Linea di intervento 1.1 - “Aiuti agli Investimenti in Ricerca per le PMI” ) e svolta in stretta collaborazione con il Gruppo CREA ( Centro ricerche energia e ambiente ) del Dipartimento di Ingegneria dell’Innovazione dell’Università del Salento.
( 2009 - Congresso nazionale ATI - link )
Antonio Cai, Antonio Paolo Carlucci, Gianpiero Colangelo, Antonio De Luca, Maria Grazia de Giorgi, Giuseppe Minosi, Andrea Nuzzo, Alberto Scarpello, Giuseppe Starace
Antonio Cai, Antonio Paolo Carlucci, Gianpiero Colangelo, Antonio De Luca, Maria Grazia de Giorgi, Giuseppe Minosi, Andrea Nuzzo, Alberto Scarpello, Giuseppe Starace
Abstract
I dispositivi per la produzione combinata di energia elettrica e termica a partire dal processo di gassificazione di biomasse di origine ignocellulosica devono essere progettati, ottimizzati e accoppiati attraverso una scrupolosa attività di studio e analisi, teorica, progettuale e sperimentale. Quest'attività coinvolge numerose professionalità ed esperienze impegnate in un processo di ricerca della soluzione, ricco di problematiche diverse e complesse.
Nell'articolo si illustra un esempio di successo: nell'ambito di un'attività di ricerca finanziata dalla Regione Puglia al Consorzio GI_INNOVAZIONE di Monopoli ( BA ) composto da SOCOGES srl e GiSa Motor srl, in collaborazione con l'Università del Salento, si è realizzato, allo stadio prototipale, di un impianto completo di potenza elettrica nominale pari a 100kW.
L'impianto si compone di:
Nell'articolo si illustra un esempio di successo: nell'ambito di un'attività di ricerca finanziata dalla Regione Puglia al Consorzio GI_INNOVAZIONE di Monopoli ( BA ) composto da SOCOGES srl e GiSa Motor srl, in collaborazione con l'Università del Salento, si è realizzato, allo stadio prototipale, di un impianto completo di potenza elettrica nominale pari a 100kW.
L'impianto si compone di:
- un reattore di gassificazione a letto fisso,
- una sezione di abbattimento dei contenuti di ceneri e TAR del syngas,
- un motore alternativo opportunamente modificato per l'alimentazione da syngas
- una sezione di recupero per l'utilizzo della potenza termica (possibile sia in caldo sia in freddo).
L'approccio di studio al processo di gassificazione del reattore a letto fisso è stato dapprima numerico e poi sperimentale. La concezione del modello CFD si è basata sulla riduzione delle reazioni chimiche da considerare sulla base della loro influenza sui risultati finali di concentrazione delle specie e sulla scelta delle ipotesi valide per il loro equilibrio chimico. La pirolisi è stata studiata a partire dall'analisi chimica della biomassa. Le specie prodotte della pirolisi sono successivamente state introdotte nel dominio di calcolo del codice fluidodinamico attraverso una reazione istantanea ed energeticamente neutra avente come reagente una molecola fittizia di volatile. Sono state attivate anche le opportune reazioni di ossidazione e riduzione, come la metanazione, la reazione di Boudouard etc.
La validazione del modello numerico è avvenuta con i dati sperimentali relativi a uno studio sperimentale condotto presso l'ENEA C.R. Trisaia ( MT ). La successiva applicazione del modello validato sulla geometria del gassificatore ha portato ad una composizione finale del gas prodotto ben sovrapponibile ai valori sperimentali.
Il motore utilizzato per la generazione di energia elettrica è derivato da un motore di produzione turbocompresso.
Per utilizzare il syngas, si è agito sul rapporto di compressione, variando la forma della camera di combustione.
Lo studio della fluidodinamica del collettore di aspirazionee l'analisi delle possibili configurazioni alternative ha portato a scegliere la soluzione con il più favorevole rapporto costi/benefici.
Le prove sperimentali, effettuate operando l’intero impianto gassificatore-motore, hanno evidenziato un rendimento utile del motore compreso tra 0,15 e 0,2.
La sezione di recupero termico deve essere gestibile in maniera flessibile per potere utilizzare la potenza termica disponibile all'intercooler, alla sezione di raffreddamento del motore alternativo e al reattore di gassificazione.
Una sezione di recupero termico organica all'impianto, che giova al processo di alimentazione di biomasse con un contenuto eccessivo di umidità completa la dotazione dell'impianto. Il corretto dimensionamento dell'essiccatore alimentato dall'energia termica di scarto dell'impianto consente l'esercizio in assenza di richieste di energia supplementari o di una diminuita disponibilità di energia termica all'utenza.
La validazione del modello numerico è avvenuta con i dati sperimentali relativi a uno studio sperimentale condotto presso l'ENEA C.R. Trisaia ( MT ). La successiva applicazione del modello validato sulla geometria del gassificatore ha portato ad una composizione finale del gas prodotto ben sovrapponibile ai valori sperimentali.
Il motore utilizzato per la generazione di energia elettrica è derivato da un motore di produzione turbocompresso.
Per utilizzare il syngas, si è agito sul rapporto di compressione, variando la forma della camera di combustione.
Lo studio della fluidodinamica del collettore di aspirazionee l'analisi delle possibili configurazioni alternative ha portato a scegliere la soluzione con il più favorevole rapporto costi/benefici.
Le prove sperimentali, effettuate operando l’intero impianto gassificatore-motore, hanno evidenziato un rendimento utile del motore compreso tra 0,15 e 0,2.
La sezione di recupero termico deve essere gestibile in maniera flessibile per potere utilizzare la potenza termica disponibile all'intercooler, alla sezione di raffreddamento del motore alternativo e al reattore di gassificazione.
Una sezione di recupero termico organica all'impianto, che giova al processo di alimentazione di biomasse con un contenuto eccessivo di umidità completa la dotazione dell'impianto. Il corretto dimensionamento dell'essiccatore alimentato dall'energia termica di scarto dell'impianto consente l'esercizio in assenza di richieste di energia supplementari o di una diminuita disponibilità di energia termica all'utenza.
Performance analysis of two industrial dryers ( cross flow and rotary ) for ligno-cellulosic biomass desiccation
( 2012 International Conference on Renewable Energies and Power Quality ( ICREPQ’12 ) Santiago de Compostela (Spain), Link )
Nadia Cairo, Gianpiero Colangelo, Giuseppe Starace
Abstract
Artificial drying, using industrial devices (dryers), helps to reduce the residual humidity content in biomass in a relatively short time. Convection is one of the most common mode of drying ( referred to as direct drying ). Heat is supplied by hot air/gas flowing over the surface of the solid. The heat for evaporation is supplied by convection to the exposed surface of the material; the evaporated humidity is carried away by the drying fluid. Indirect dryers (working by conduction) are more appropriate for particulate and granular materials or for very wet solids; while radiative dryers use various sources of electromagnetic radiation with wavelengths ranging from the infrared to microwaves.
In this work, two mathematical models of cross flow and rotary dryers ( both convective dryers ) have been proposed. Both dryers treat wood chips. The two models allow to calculate the thermal efficiency and residence time of wet solid wood chips, as a function of the residual moisture content, as well as the analysis of the behaviour of the outlet wet solid and drying gas, in consideration of the dryer length and of the feeding material conditions in the dryer. The models have been developed in the Mathcad software environment.
File Allegati:
In this work, two mathematical models of cross flow and rotary dryers ( both convective dryers ) have been proposed. Both dryers treat wood chips. The two models allow to calculate the thermal efficiency and residence time of wet solid wood chips, as a function of the residual moisture content, as well as the analysis of the behaviour of the outlet wet solid and drying gas, in consideration of the dryer length and of the feeding material conditions in the dryer. The models have been developed in the Mathcad software environment.
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