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CCC/226

Analisi comparativa fra le tecnologie di combustione a polverino di carbone e a letto fluido (CCC/226)
Toby Lockwood

La tecnologia di combustione del carbone in caldaie a letto fluido circolante (Circulating Fluidised Bed; CFB), sebbene non fosse mai stata impiegata a livello commerciale prima del 1995, sta conoscendo, specie nell’ultima decade, un notevole sviluppo che la porta a collocarsi come alternativa alle caldaie con combustione di polverino di carbone (Pulverized Coal; PC). I motivi di questo successo sono vari e spesso dipendono da condizioni tecnico-economiche locali.
Il maggior pregio delle caldaie CFB è costituito dalla loro grande flessibilità di alimentazione. Questo tipo di caldaie può essere alimentato con pezzature di carbone di diverse qualità. Si possono creare dei mix di carboni più o meno pregiati al fine di ridurre i costi senza intaccare le prestazioni in maniera incisiva; oppure bruciare carboni di bassa qualità (fattore decisivo in nazioni come Cina e India) senza che le ceneri si dimostrino dannose come invece sono per le caldaie PC, dove la formazione di slag e l’imbrattamento della caldaia stessa rendono preferenziale l’utilizzo di combustibili di alta qualità. Inoltre, in mix col carbone, è possibile bruciare combustibili solidi non convenzionali come petcoke e biomasse – queste ultime in particolare stanno avendo una notevole diffusione in varie regioni del mondo per via della generale tendenza a ridurre le emissioni di CO2, ciò rende la tecnologia CFB ancora più interessante.
Altro grande pregio delle caldaie CFB sono le loro prestazioni nell’ambito delle emissioni inquinanti, soprattutto per quanto riguarda le due sostanze sottoposte alla maggiore regolamentazione: gli SOX e gli NOX. La produzione di NOX è inferiore nelle caldaie CFB rispetto a quelle PC per via delle minori temperature di lavoro, questo permette di eliminare le costose apparecchiature di de-NOX che invece devono essere presenti in caso di combustione di polverino. Gli SOX possono essere trattati direttamente in camera di combustione tramite l’iniezione di calcare, rendendo superflue costose apparecchiature di desolforazione.
Nonostante i vantaggi elencati, la tecnologia CFB rimarrebbe comunque poco competitiva nei confronti delle caldaie PC se non garantisse livelli concorrenziali di efficienza, affidabilità e capacità di seguire il carico richiesto. L’efficienza termica è progressivamente cresciuta con lo sviluppo tecnologico tant’è che nell’impianto supercritico di Lagisza si raggiungono valori del 43,3% bruciando carboni bituminosi. Altri miglioramenti sono raggiunti nell’alimentazione degli ausiliari (punto debole dei CFB), ottimizzando i ventilatori per la fluidizzazione del letto. Per quanto riguarda il “load following” rimangono invece alcune problematiche dovute all’inerzia termica del letto che causa tempi di ramp dilatati rispetto alle caldaie PC. Inoltre con la crescita di dimensioni degli impianti (sono ormai disponibili impianti da 800MW) alcuni problemi che erano stati superati nelle applicazioni di taglia inferiore si sono rivelati più complessi da risolvere: alcune unità hanno avuto problemi di affidabilità dovuti a erosione o accumulo di ceneri, nonostante queste caldaie siano molto più tolleranti delle PC. Questo ha determinato una riduzione della flessibilità dal punto di vista dell’alimentazione. Per quanto riguarda le ceneri l’aggiunta di calcare va ad aumentarne la quantità e ne impedisce l’uso come riciclati di alto valore sostitutivi del cemento. Ciò non toglie che le ceneri da CFB abbiano comunque un mercato, specie come materiale a basso costo per l’industria edilizia e per la stabilizzazione dei rifiuti, applicazioni per il quale la forte presenza di calcare si dimostra un fattore importante.
La valutazione dei costi è sempre molto complessa quando si tratta di analizzare impianti e può essere fortemente influenzata da fattori locali o specifici: i costruttori parlano ormai di costi equiparabili tra le due tecnologie, ma va tenuto conto di come le norme ambientali possono influenzare questi valori. La crescita di dimensioni degli impianti CFB e le prescrizioni normative sempre più stringenti possono far perdere ai CFB il vantaggio di non dover trattare i fumi prodotti per l’eliminazione di SOX e NOX .
Se l’adozione di sistemi de-NOX ( Selective Catalist Reduction, SCR) o di desolforazione (Flue Gas Desulphuration, FGD) diventasse vincolante, il costo degli impianti CFB salirebbe nettamente: la possibilità di utilizzare carboni locali di basso costo diventa così un fattore chiave per la valutazione della fattibilità economica di un progetto.
Analizzando nei prossimi anni le prestazioni dei numerosi impianti costruiti nel mondo sarà possibile determinare tutte le capacità della tecnologia CFB: sebbene non vada ad imporsi come tecnologia dominante nel settore termoelettrico alimentato a carbone, non ha ancora raggiunto il picco della sua crescita. GC

Il rapporto originale è consultabile gratuitamente, previa registrazione, all’indirizzo:
http://www.iea-coal.org.uk/site/2010/publications-section/reports