Prove sperimentali

Sono state eseguite delle prove sperimentali per validare le soluzioni progettuali ritenute fondamentali per l'esercizio e la manutenzione del pirogassificatore che pur essendo già state oggetto di sperimentazione nelle precedenti macchine (8 caldaie), sono state implementate al fine di garantire la necessaria flessibilità di funzionamento e di regolazione del pirogassificatore quando vengono variate le condizioni in ingresso legate principalmente alla tipologia di rifiuto alimentato.

Il trasporto di un gas da una camera all'altra.

E' stata verificata la depressione creata da un ugello eiettore alimentato con aria compressa per trasportare aria ambiente attraverso un tubo sagomato della stessa forma del tubo di refrattario che collega la camera di pirogasificazione a quella di combustione per il trasporto del syngas o del gas combusto ad alta temperatura dalla camera di combustione a quella di pirogassificazione.
All'interno di un tubo in pvc è stato inserito un tubo in acciaio di sezione circa 10 volte inferiore e terminante con una filettatura nella quale sono stati avvitati gli ugelli per rendere il sistema intercambiabile. La prova è stata eseguita con ugelli di profilo diverso: convergenti, multi forati, convergenti-divergenti. Come fluido di trasporto è stata utilizzata aria compressa a 6 bar prodotta da un compressore industriale. La pressione a monte dell'ugello, misurata mediante un manometro, è stata regolata mediante una valvola riduttrice di pressione. La portata di aria aspirata attraverso il tubo è stata misurata in funzione della pressione e quindi della velocità con cui l'eiettore veniva attraversato nonché della pressione dell'aria totale. Correlando le diverse portate di aria trasportata con le diverse pressioni utilizzate è stata determinata la pressione ottimale con la quale alimentare l'ugello. Variando la tipologia di ugello è stato identificato il profilo di ugello che permette di raggiungere il massimo rendimento di trasporto ovvero il rapporto tra quantità di aria trasportata e aria di trasporto.
Il dimensionamento dei tubi e degli ugelli che saranno montati sul pirogassificatore è stato eseguito in modo da tener conto della differenza di pressione che c'è tra la camera di pirogassificazione e quella di combustione (200 Pa) che in un caso di per sé consente già il passaggio del syngas da una camera all'altra per effetto della depressione maggiore che ha la camera di Pirolisi, mentre nel caso del trasporto del gas combusto, le 200 Pa sono invece da vincere. Questa prova ha permesso di verificare l'efficacia dell'utilizzo dell'eiettore per trasportare il gas da una camera all'altra mediante aria compressa ed ottimizzare la pressione di esercizio e il profilo dell'ugello in funzione della quantità di gas da trasportare.

Compattazione del rifiuto spinto attraverso il tubo presso carbonizzatore.

E' stata verificata la compattazione e lo scorrimento dei rifiuti attraverso il tubo pressocarbonizzatore spinti da un sistema di alimentazione a cingoli speciali, prima di entrare nella camera di pirogassificazione.
Le prove sono state eseguite presso il laboratorio del Centro Ricerche Toscano a Poggibonsi (SI) mediante un tubo in acciaio legato realizzato nella stessa forma di quello reale e di dimensioni in scala. Sono stati approvvigionati tre diversi tipi di rifiuto: car fluff (scarti da demolizione delle auto), cdr (combustibile derivato dai rifiuti solidi urbani) e legno contaminato (scarti dell'industria del mobile).
Ogni rifiuto è stato compattato all'interno del tubo e, mediante un pistone meccanico collegato ad un dinamometro, è stata registrata la forza esercitata e lo scorrimento del materiale durante il suo avanzamento nel tubo. Le prove sono state eseguite sia a freddo che a caldo scaldando la superficie esterna con un fiamma ossiacetilenica. In entrambe i casi sono state misurate sia la pressione di spinta (forza/superficie) che lo scorrimento lineare agendo per gradi sull'azionamento della pressa.
Prima e dopo ogni prova è stato misurato e pesato il materiale nel tubo pressocarbonizzatore in modo da determinare la densità del materiale compattato. Questo valore è stato correlato con la forza massima esercitata durante la prova per identificare le pressioni necessarie per portarlo ad una densità di almeno 500 kg/m3. In funzione dei materiali utilizzati si sono determinati i valori degli scorrimenti sia a freddo che a caldo, ed è stato provato che materiali aventi una maggiore presenza di sostanze termoplastiche, avendo uno scorrimento a caldo maggiore, necessitano di una spinta minore all'avanzamento. Il profilo di temperatura lungo la sezione radiale ha mostrato che alcuni rifiuti hanno una bassa conducibilità di calore e quindi è necessario preriscaldarli maggiormente mediante delle resistenze.
Questa prova ha permesso di verificare il comportamento di rifiuti diversi alla compattazione e allo scorrimento sia a freddo che e a caldo, e di determinare la pressione di progetto utile a comprimerli e a spingerli all'interno del tubo pressocarbonizzatore.

La creazione del gas d'acqua e la vetrificazione delle ceneri

E' stato realizzato un forno refrattario appositamente costruito per la prova e riscaldato mediante lance a gpl. E' stata introdotta una quantità nota di rifiuto costituito da scarti legnosi contaminati sulla piastra concava refrattaria (padella da vetrerie) posta nella parte inferiore del fornetto, e sotto la piastra è stato acceso un fornello a gpl. Il rifiuto è stato prima riscaldato in assenza di aria. Successivamente attraverso l'immissione calibrata e misurata di aria compressa è stato misurato e controllato l'aumento di temperatura all'interno della camera. Quando la temperatura è arrivata ai gradi previsti, veniva aperta la canna fumaria al centro superiore della cupola del fornetto e veniva immessa aria attraverso gli ugelli. La combustione del syngas è avvenuta sempre tenendo sotto controllo la temperatura all'interno della camera. Si sono ripetute altre prove, rimuovendo ogni volta le ceneri per poi riempire di nuovo il fornetto con altri rifiuti.
Aggiungendo infine acqua/vapore sul char è stata ottenuta la creazione di gas d'acqua e la combustione del syngas ha portato alla fusione delle ceneri. Durante la fase finale di combustione del char e a fornetto ancora tutto rovente, è stato tolto il tappo di refrattario al nichelcromo e dal forellino della piastra concava refrattaria, la cenere fusa è cominciata a defluire ed è stata fatta sfarfallare in acqua con un getto di aria compressa.
Sono state raccolte nel bagno d'acqua circa 500 grammi di sferette nere lucide che sono state sottoposte a test di cessione in acqua basica ed acqua acida e non hanno rilasciato alcun elemento inquinante o metallo.
È stato provato che pirolizzando uno scarto eterogeneo di rifiuti e insufflando acqua/vapore sul char, il syngas prodotto ha un elevato potere calorifico ottenuto mediante la formazione di gas d'acqua e, se combusto senza raffreddarlo, permette di raggiungere temperature elevate tali da fondere e vetrificare le ceneri residue.

Enzo Morandi