I generatori a biomassa per riscaldamento domestico: aspetti … Roberto 29 maggio... · 2007. 6....

Ing. Roberta ROBERTO, PhDENEA TER [email protected]

C.R. ENEA di Santa Teresa, Lerici (SP), 29 maggio 2007

EnteEnte per le per le NuoveNuove tecnologietecnologie,,ll’’EnergiaEnergia e e ll’’AmbienteAmbiente

I generatori a biomassaper riscaldamento domestico:aspetti normativi, economici, ecologici,requisiti e standard di qualità

Definizione di fonte rinnovabile e biomassa

TER ENETER ENE--BIOBIOEfficienza energetica e soluzioni

impiantistiche innovativeSanta Teresa ::: 29 maggio 2007 ::: 2

Sommario

Caratterizzazione della biomassa legnosa

Impianti di combustione a biomassa

Emissioni inquinanti

Norme tecniche

biomassa: “la parte biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui provenienti dall'agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali) e dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani”.

Direttiva 27 settembre 2001, 2001/77/CE, sulla promozione dell'energia elettrica prodotta da fonti energetiche rinnovabili nel mercato interno dell'elettricità.

fonti rinnovabili (Art. 2): “le fonti energetiche rinnovabili non fossili (eolica, solare, geotermica, del moto ondoso, maremotrice, idraulica, biomassa, gas di discarica, gas residuati dai processi di depurazione e biogas)”

Fonte rinnovabile e biomassa



Chimico-fisica:lignina (C40H44O6), cellulosa ((C6H10O6)n), emicellulosa, estratti, ceneri

Analisi immediata (proximate):umidità, materia volatile, carbonio fisso e ceneri

Composizione elementare:umidità, C, H, O, ceneri, N, S, K, Na, Cl, etc.


TER ENETER ENE--BIOBIO

Potere calorifico [MJ/kg]:superiore (PCS), inferiore (PCI = PCS – calore condensazione acqua)

con riferimento: sul secco senza cenere (sssc), sul secco (ss), sul tal quale (stq)

Altre unità di misura: kcal/kg, kWh/kg, …Efficienza energetica e soluzioni


Caratteristiche di alcune biomasse legnose



% in peso su sostanza secca biomassa

umidità materia volatile

carbonio fisso ceneri

PCI [MJ/kg]ss

legno 20,0 62,0 17,0 1,0 18,6 paglia di frumento 16,0 59,0 21,0 4,0 17,3 paglia d’orzo 30,0 46,0 18,0 6,0 16,1

* McKendry P. (2002), Energy production from biomass: Conversion technologies, Bioresource Technology

% su ss volatile biomassa C H O N S % ceneri

su ss PCI

[MJ/kg]ss

betulla 48,8 6,0 44,2 0,5 0,01 0,5 20,0 pioppo 49,8 5,9 44,4 0,6 0,04 1,9 18,3 paglia di frumento (Danimarca) 49,6 6,2 43,6 0,6 n.a. 4,7 18,6

miscanto (Italia) 49,5 6,2 43,7 0,6 n.a. 3,3 18,5 canna da zucchero (Italia) 49,5 6,2 43,8 0,5 n.a. 3,7 18,5

carbone bituminoso 73,1 5,5 8,7 1,4 1,7 9,0 27,2

Efficienza energetica e soluzioniimpiantistiche innovative

Santa Teresa ::: 29 maggio 2007 ::: 5



Confronto tra combustibili legnosi(legna, briquettes, pellet, cippato)

massa volumica[kg/m3]

umidità [%]

PCI [kWh/kg]

ceneri [% in peso]

legna da ardere 600÷850 20 4,0 0,2÷0,5 briquettes > 900 < 15 4,6÷5,1 0,5÷1 pellet 1150÷1400 8÷12 4,7÷5,0 0,3÷1 cippato 30 3,1 0,2÷0,5



Essiccazione: evaporazione dell’acquaFenomenologia della combustione


)()( sCsfissocarbonio →

)()( gOHCsvolatilefraz cba→

)()( 22 gOHsOH vapliq →

Pirolisi e volatilizzazione: distillazione termica senza ossigeno

Gassificazione: reazioni omogenee e eterogenee con ossigeno libero e agenti ossidanti

Combustione: fiamma dei composti volatili in eccesso di ossigeno, con rilascio di calore

222 222 COOCOOC →+→+

( )( ) OHbCOaObaOHC cba 222 5.025.02 ⋅+⋅→⋅++

Particella diParticella dicombustibilecombustibile

Calore QCalore Q

Strato esterno

HH22OO

AmbienteAmbienteParticella diParticella dicombustibilecombustibile

Calore QCalore Q

Strato esterno

HH22OO

AmbienteAmbiente




La filiera della biomassa legnosa







Uso domestico(≤35 kW)

• caminetti• termo-caminetti• termo-cucine• stufe• boiler • forni• barbecue

Uso Termico(>35kW)

• caldaie• bruciatori



Non sono impianti termici (nuova versione del decreto attuativo del 192)Non concorrono alla potenza complessiva di 35 kW per installazione in Centrale TermicaNon sono soggetti a controllo ai sensi del DPR 412/93 e ai fini della sicurezza degli impiantiPer gli impianti ad acqua calda possono essere anche a vaso chiuso (vedi UNI10412-2)



Apparecchi a legno <35 kW



• Combustibili:Legno naturale: ciocchi, pellets e tronchetti pressatiAlimentazione continua solo con chips e pellets di legno

• Potenze termiche e rendimentiGlobale (apparecchi domestici di riscaldamento)Resa al fluido termovettoreProva di cottura per forni, barbecue e cucine





• Caratteristiche tecniche e funzionalimodalità di alimentazione e caricagriglia e camera di combustionescambiatoresistemi di puliziaregolazioni automatichesonda lambda





• EmissioniCO (imposto da norme di prodotto)NOx, Polveri, TOC (attualmente non previsti da EN)

• Impiantistica correlataSistema fumarioImpianto termico ad acqua (vaso aperto/chiuso)Impianto elettricoCompatibilità di installazione con altri apparecchi





FUMI CO (monossido di carbonio)particolato solido (PM10, PM2.5, PM1)NOx (ossidi di azoto)SOx (ossidi di zolfo)TOC/PAH (Total Organic Carbon, PolyAromatic Hydrocarbon)

CENERI: contenuto in ossidi e metalli

ACQUE REFLUE nel caso di condensazione







POLVERI CO Regno Unito 5-8,33 g/h Austria 60 mg/Nm3 0,5-1,0 g/MJ Germania 150 mg/Nm3 0,6 %vol caldaie Norvegia 10-20 g/kg Italia 200 mg/Nm3 caldaie EPA 7,5 g/h EN - mg/Nm3 0,3-1 %vol * dati CTI





PMtotali NOx COVg/GJ mg/Nm3 g/kg g/GJ mg/Nm3 g/GJ mg/Nm3

camino aperto 500,00 522,45 7,50 70,00 73,14 5.600,00 5.851,43stufa tradizionale 200,00 208,98 3,00 70,00 73,14 1.100,00 1.149,39caldaia e stufa innovativa 150,00 156,73 2,25 60,00 62,69 550,00 574,69 BAT a legna 70,00 73,14 1,05 70,00 73,14 110,00 114,94 BAT a pellet 30,00 31,35 0,45 60,00 62,69 60,00 62,69

CO SO2 IPA PCDD/Fg/GJ mg/Nm3 g/GJ mg/Nm3 mg/GJ mg/Nm3 ng/GJ ng/Nm3

camino aperto 5.600,00 5.851,43 13,00 13,58 250,00 261,22 170,00 177,63 stufa tradizionale 5.600,00 5.851,43 13,00 13,58 200,00 208,98 170,00 177,63 caldaia e stufa innovativa 2.300,00 2.403,27 13,00 13,58 100,00 104,49 30,00 31,35 BAT a legna 1.100,00 1.149,39 13,00 13,58 1,00 1,04 - - BAT a pellet 620,00 647,84 13,00 13,58 1,00 1,04 - -

* dati CTI





STUFEPellet faggio 2Pellet faggio 3 LIMITI

PM totale mg/Nm3 97,55 85,47 200CO mg/Nm3 764,18 305,83 350NO2 totale mg/Nm3 525,69 198,62 500SO2 mg/Nm3 17,07 28,95 200HCl mg/Nm3 13,02 1,68 5HF mg/Nm3 0,00 0,97 5THC idrocarburi incombusti mg/Nm3 14,85 5,21 30

Potenza termica al focolare kW 4,30 10,70 Rendimento al focolare η 63,40 76,80 70potere calorifero inferiore MJ/kg 17,10 17,10

Condizioni normali di riferimento O2 = 11%vol e fumi secchiLIMITI DPCM combustibili 02/03/2002 per biomasse solide combustibili

* prove di laboratorio effettuate presso hall sperimentale THEXAS, C.R. ENEA di Saluggia (VC)





POLVERI CO NOx stufa a legna (*) 110 - 535 210 - 2.640 27 - 160 stufa a pellets 40 35 55 caldaia a cippato 35 - 150 250 - 1.000 125 - 500 caldaia a mais (50%) 150 15 830 mg/Nm3 @ 13% O2 * Round Robin tests prodotti nord europei

* prove di laboratorio effettuate presso hall sperimentale THEXAS, C.R. ENEA di Saluggia (VC)




Hall sperimentale C.R. ENEA Saluggia(VC)

Sperimentazione su scambiatori di calore




Combustibili: caratterizzazionechimica;Emissioni: CO, NOx, SO2, particolato, THC, HF, HCl, CO2, O2;Rendimenti: motodo diretto e indirettoSensorizzazione e acquisizioni: termocoppie, Pt100, trasduttori dipressione; analizzatori portatili, analizzatore FTIR, ecc…Laboratorio CFD di calcolotermofluidodinamico

Hall sperimentale C.R. ENEA Saluggia(VC)




Particolato solido nei fumi

Particolato da combustioneincompleta di biomassa:diametro caratteristico < 0,1 ηm

Cenere da combustione di biomassa:diametro caratteristico > 1 ηm





Evaporazione e condensazione

Coagulazione:

Particolato solido nei fumi






DPCM 08 marzo 2002 e D.Lgs 152/06




Emissioni inquinanti (apparecchi di piccola taglia)

Problematiche:metodologia di misura del particolato in campo (CENTC295 metodo europeo di misura del particolato; revisione UNI10389)abbattimento fumidiversi fattori : installazione e funzionamento, combustibile, manutenzione e gestione, e modalità di provaApparecchi a pellets: 50 mg/Nm3, ma con combustibile non idoneo 500 mg/Nm3 contro il limite di 200 mg/Nm3

Caldaie e apparecchi certificati non garantiscono il rispetto dei limiti quando installati: dipende dal combustibile, dal tiraggio e dal funzionamento




E’ quindi necessario dare priorità di controllo e limitazioni a:combustibili (certificazione di origine, controllo qualità)generatori di calore (controllo installazione, gestione e manutenzione): installatore e manutentoregeneratori di calore (certificazione): costruttoresistemi di abbattimento: progettista

Nuove normative nazionali e regionali >>> limiti sempre piùrestrittivi sul particolato solido: fino a 30 mg/Nm3

Necessità di metodo di misura EN Necessità di metodo di misura in campo (rendimento ed

emissioni) Informazione corretta all’utente: qualità combustibile, uso

corretto e manutenzione




UNI 10201 - 1993 - Generatori di calore alimentati con combustibili solidi provenienti dalla lavorazione dei residui agricoli e/o forestali. Definizioni, prove termiche e requisiti.Campo di applicazione da 60kW a 3 MW – sostitita parzialmente da norma EN

UNI 10474 - 1995 - Forni di cottura alimentati con combustibili solidi. Classificazione, caratteristiche e prova termica

UNI 10683 – 2005 - Generatori di calore alimentati a legna o da altri biocombustibili solidi - Requisiti di installazione

UNI 10389 - 1994 - Generatori di calore. Misurazione in opera del rendimento di combustione. Attualmente in fase di revisione.


Norme tecniche nazionali UNI



Rendimenti UNI 10201 caldaie a biocombustibili>55% per <60kW a carica>65% per <60kW alimentazione continua>65% per >60kW>70% per >500kW>80% per >1000kW

InstallazioneUNI 10683


Norme tecniche nazionali UNI



TC 057 TC 057 -- Caldaie per Caldaie per riscaldamento centralizzatoriscaldamento centralizzato

TC 166 TC 166 –– CaminiCamini

TC 281 TC 281 –– Apparecchi, Apparecchi, combustibili solidi e combustibili solidi e accenditori per accenditori per barbecuesbarbecues

TC 295 TC 295 -- Apparecchi di Apparecchi di riscaldamento domesticiriscaldamento domestici a a combustibile solidocombustibile solido

TC 335 TC 335 -- BiocombustibiliBiocombustibili solidisolidi

http://www.cenorm.behttp://www.cenorm.be

Norme tecniche europee



EN 12809EN 12809 Caldaie domestiche indipendenti a combustibile solido Caldaie domestiche indipendenti a combustibile solido --Potenza termica nominale non superiore ai 50 kW Potenza termica nominale non superiore ai 50 kW -- Requisiti e Requisiti e metodi di provametodi di prova

EN 12815EN 12815 TermocucineTermocucine a combustibile solido a combustibile solido -- Requisiti e metodi di Requisiti e metodi di provaprova

EN 13229EN 13229 Inserti e caminetti aperti alimentatiInserti e caminetti aperti alimentati a combustibile solido a combustibile solido ––Requisiti e metodi di prova Requisiti e metodi di prova

EN 13240EN 13240 Stufe a combustibile solido Stufe a combustibile solido –– Requisiti e metodi di prova Requisiti e metodi di prova

EN 14785EN 14785 2006 2006 Apparecchi per il riscaldamento domestico alimentati Apparecchi per il riscaldamento domestico alimentati con pellet di legno con pellet di legno -- Requisiti e metodi di provaRequisiti e metodi di prova

EN 13229 A1EN 13229 A1 Inserti, (Inserti, (KachelofenKachelofen) ) –– Requisiti e metodi di prova Requisiti e metodi di prova EN 13240 A1 EN 13240 A1 Stufe di grande massa (alta inerzia termica) Stufe di grande massa (alta inerzia termica) –– Requisiti e Requisiti e

metodi di prova metodi di prova

Norme tecniche europee (TC295)



Caldaie alimentate con combustibile solidoBruciatori a pellets


Norme tecniche europee (TC057)

EN 303EN 303--55 Caldaie per riscaldamento Caldaie per riscaldamento -- Caldaie per combustibili Caldaie per combustibili solidi, con alimentazione manuale e automatica, con una solidi, con alimentazione manuale e automatica, con una potenza termica nominale potenza termica nominale fino a 300 kWfino a 300 kW --Parte 5: Terminologia, requisiti, prove e marcaturaParte 5: Terminologia, requisiti, prove e marcatura

Classe 1: η = 67 + 6*log(Qn [kW])Classe 2: η = 57 + 6*log(Qn [kW])Classe 3: η = 47 + 6*log(Qn [kW])

η = 100 – perdite (ai fumi, incombusti, alle pareti, alle ceneri)



Grazie per l’attenzione…

I generatori a biomassa per riscaldamento domestico: aspetti … Roberto 29 maggio... · 2007. 6....

Documents

Transcript of I generatori a biomassa per riscaldamento domestico: aspetti … Roberto 29 maggio... · 2007. 6....