Tecnologie innovative che migliorino le prestazioni ambientali dei cicli combinati

I processi di combustione che avvengono in presenza di alti livelli di diluizione e preriscaldamento si basano su tecniche di combustione innovative particolarmente vantaggiose per le specifiche caratteristiche che presentano rispetto alla stabilità del fronte reattivo, ai gradienti di temperatura, allo scambio radiativo e, in particolar modo, alla emissione di specie inquinanti. L’obiettivo di questa attività di ricerca è quello di verificare alcuni aspetti della fattibilità di tale processo in condizioni di impatto ambientale nullo. In una prima fase l’attività di ricerca sarà finalizzata alla determinazione di procedure di diagnostica per il rilevamento di particolato submicronico in sistemi di combustione operanti in condizioni di combustione diluita. Si prevede di realizzare un sistema di diagnostica ottica basato sulla misura della luce diffusa elasticamente e della fluorescenza indotta da luce laser. L’accoppiamento di sensori opportunamente scelti ad un sistema di dispersione della luce raccolta dal volume di misura (policromatore) potrà consentire di realizzare un sistema flessibile di misura capace sia di realizzare visualizzazioni bidimensionali della luce diffusa e della fluorescenza emessa dal combustibile o da traccianti disperse nelle correnti fluenti nei reattori, che di realizzare misure spettralmente risolte (puntuali o monodimensionali) dei segnali di fluorescenza indotta da laser. Dopo aver verificato le potenzialità del sistema diagnostico per mezzo di prove preliminari su sistemi controllati (flussi opportunamente inseminati e sistemi di combustione premiscelati laminari tradizionali), in una prima fase, tale sistema sarà utilizzato nelle attività di messa a punto di reattori di prova per quanto riguarda la loro efficienza di miscelamento di flussi sproporzionati. In tali condizioni infatti si lavora in sistemi in cui il combustibile deve essere ossidato in presenza di quantità non trascurabili di diluente. L’analisi sperimentale sarà realizzata effettuando una visualizzazione bidimensionale della zone di miscelamento utilizzando tecniche ottiche basate sulla fluorescenza di un tracciante alimentato al sistema. Sulla base di questi risultati sarà progettato un reattore che potrà essere esercito ad alta temperatura in presenza di una cospicua quantità di diluente, in particolare vapor d’acqua o anidride carbonica. Accanto all’attività di ricerca prevista in condizioni di pressione atmosferica, saranno valutate le modifiche da effettuare ad un impianto in scala di laboratorio che lavora in condizione di alta pressione per consentire l’esercizio dello stesso impianto in condizioni di elevata diluizione e temperatura. Tale valutazione realizzata sulla base di considerazioni teoriche e pratiche, sarà supportata da una analisi fluidodinamica realizzata per mezzo della modellazione numerica del sistema utilizzando codici di calcolo commerciali. La modellazione dei fenomeni di scambio termico che hanno luogo nelle camere di combustione di turbine a gas, operanti in condizioni di combustione dolce, richiede una implementazione specifica dei codici di calcolo che vengono comunemente usati per simulare i processi di combustione tradizionale. Tale circostanza è dovuta all’alta diluizione ed elevato preriscaldamento dei reagenti che modifica le caratteristiche dello scambio termico radiativo, soprattutto per la diversa concentrazione delle specie emittenti quali la CO2 e l’H2O. Si procederà quindi ad adattare codici commerciali o realizzati “in house” correntemente usati nel dimensionamento di impianti di combustione tradizionali, alle condizioni termofluidodinamiche tipiche della combustione in regime di combustione dolce. In particolare nel corso del primo anno, saranno selezionati e modificati i sottomodelli elementari di scambio, e si procederà ad una prima validazione della loro efficacia facendo riferimento ai dati presenti in letteratura tecnica.