Modellazione avanzata dei processi

Per raggiungere i livelli di prestazioni desiderati, entrambe i segmenti di controllo inquinamento aria e FUEL CHEM® richiedono l'ottimizzazione dell'iniezione. Gli strumenti utilizzati dai nostri ingegneri per progettare questi sistemi sono l’evoluzione dal primo software di ingegneria computazionale del 1987 fino alla sofisticata suite di applicazioni per la modellazione dei processi utilizzate oggi.

Ogni installazione di prodotti Fuel Tech è supportata da un modello personalizzato dei processi.

Utilizzato per simulare le condizioni in cui opererà il nostro prodotto. Un modello CFD genera previsioni delle temperature, delle velocità e di altre variabili operative partendo da una replica virtuale della geometria e degli input operativi reali. Per le applicazioni NO_xOUT® e TIFI® Targeted In-Furnace Injection™ aviene generata la geometria 3D della camera di combustione/caldaia. I modelli ULTRA™ riflettono la geometria e la dinamica della camera di decomposizione dell'urea e dei raccordi con i condotti del cliente. I modelli NO_xOUT CASCADE® e ASCR™ (Advanced SCR) sono focalizzati alla corretta distribuzione dell'ammoniaca a monte del catalizzatore SCR (riduzione catalitica selettiva).

Dopo essere stato generato, il modello base viene visualizzato utilizzando il nostro software di visualizzazione.

Il software è progettato in modo da rendere espliciti per gli tecnici i complessi comportamenti tipici dei flussi di combustione. Grazie al software, i tecnici di Fuel Tech sono in grado di analizzare i modelli da varie angolature e di rielaborarli mentre progettano i sistemi. Il software di visualizzazione di Fuel Tech viene utilizzato anche per coinvolgere il cliente nella fase di progettazione e per utilizzare quindi anche le competenze degli esperti dell'impianto.

Modellazione della cinetica di reazione

Le applicazioni per la riduzione dell'ossido di azoto (NO_x) vengono analizzate con una modellazione cinetica (CKM) dettagliata. La modellazione cinetica calcola la riduzione di NO_x simulando le reazioni chimiche coinvolte, insieme con i profili di temperatura dei gas di combustione derivati dai modelli CFDtenendo conto del dosaggio di reagente previsto e della composizione dei fumi. Nelle applicazioni FUEL CHEM®, invece, vengono analizzati gli effetti sulla composizione delle ceneri sulla base dell'analisi di campioni di combustibile; in genere l'analisi CKM non è necessaria. In entrambi i casi, dopo avere ottenuto la completa comprensione delle condizioni del processo si passa all'ottimizzazione della strategia di iniezione del reagente.

Fuel Tech ha sviluppato propri modelli di atomizzazione del reagente, specifici per le condizioni della caldaia e dei condotti, e tali modelli sono stati validati sia con caratterizzazioni in laboratorio, sia verificando sul campo le prestazioni nel corso di 20 anni di applicazioni. I modelli di atomizzazione vengono accoppiati alle velocità e alle temperature previste dall'analisi CFD al fine di prevedere l'evaporazione delle gocce e la susseguente distribuzione del reagente. I tecnici di Fuel Tech utilizzano il software di visualizzazione per riposizionare dinamicamente gli ugelli e verificare l'effetto sulle prestazioni desiderate.

Di seguito viene presentato un esempio di sequenza di modellazione avanzata dei processi.

Un tipico modello CFD di una caldaia TIFI® o NOxOUT® prevede le caratteristiche dei fumi.	I profili di temperatura sono utilizzati per identificare le zone di iniezione del reagente.
Le serie di iniettori vengono analizzate in un ambiente di visualizzazione virtuale.	Le possibili soluzioni di atomizzazione vengono simulate con un'ulteriore modellazione CFD.
I livelli di distribuzione del reagente vengono generati dal modello CFD.

Modellazione sperimentale

Siamo inoltre specializzati nella modellazione sperimentale (fisica) delle apparecchiature di controllo inquinamento aria. Per il testing, abbiamo realizzato nel nostro laboratorio in North Carolina modelli in scala 1:4 - 1:18 per installazioni in Europa, Nord America e Asia. Poniamo sempre la massima attenzione nella consegna delle soluzioni più accurate e innovative per i nostri clienti.

Nella modellazione in scala dei fluidi impieghiamo tecniche innovative per migliorare le prestazioni delle apparecchiature critiche. I modelli di flusso vengono costruiti rapidamente e con precisione utilizzando come scheletro lamiera d'acciaio tagliata con CNC o PVC.

Gli studi dei modelli fisici sperimentati uniti alla modellazione CFD consentono di comprendere appieno le situazioni dei flussi esistenti e di progettare efficacemente i dispositivi correttivi, come deflettori, sistemi di iniezione e miscelatori statici per ogni specifico progetto. I tipici progetti di ottimizzazione riducono le perdite di pressione del sistema, migliorano la temperatura, la velocità, il tipo di gas e la distribuzione delle ceneri e prevengono la caduta di cenere e polvere nei condotti, tutte operazioni che si traducono in risparmi per i clienti.

La combinazione di tecniche costruttive, di tecnologia allo stato dell'arte e di anni di esperienza consente di eseguire lo studio dei modelli in metà del tempo impiegato dai nostri concorrenti e quindi di offrire ai nostri clienti la fiducia e le garanzie necessarie per procedere con la costruzione o il retrofitting.

Precipitatori elettrostatici

I precipitatori elettrostatici (ESP) si basano sull'attrazione elettrostatica per raccogliere le particelle di cenere da un flusso di fumi. In quanto tali, sono sufficientemente versatili e possono operare con un'efficienza fino al 99% in una grande varietà di condizioni operative. Tuttavia, per ottenere un'efficienza così elevata è necessario considerare parecchie variabili degli ESP. In particolare, la temperatura, le distribuzioni dei fumi e delle polveri devono essere uniformi in ciascuno dei campi del precipitatore, inoltre è necessario prendere in considerazione la ricaduta delle polveri nei condotti e il reinserimento dalle tramogge.

Unendo la modellazione computazionale e sperimentale per prevedere il comportamento dei fluidi in installazioni ESP nuove o esistenti, è possibile rilevare, analizzare e prevenire tali problemi dei fumi. È quindi possibile progettare, collaudare e ottimizzare i dispositivi correttivi dei flussi per garantire che le caratteristiche dei flussi soddisfino standard industriali come quelli definiti dall'Institute of Clean Air Companies (ICAC) Technical standard EP-7.

Reattori SCR

I sistemi SCR utilizzano catalizzatori ceramici per la reazione tra NO e NO₂ con ammoniaca per produrre N₂ e H₂O. Le emissioni di NO_x sono state identificate come la fonte principale di smog, di ozono a livello del suolo e causa di piogge acide. La riduzione delle emissioni di NO_x crea benefici per l'ambiente e in generale per la salute pubblica.

I reattori SCR sono modellati per garantire che il catalizzatore sia efficace e che la relativa durata sia quanto più lunga possibile. La corretta miscelazione dei fumi e un buon profilo di flusso e di velocità sono necessari per prevenire lo slip ammoniacale (ammoniaca non reagita nei fumi) e garantire che le emissioni di NOx siano ridotte al minimo. I tecnici di Fuel Tech vantano una grande esperienza nell'utilizzo di SCR e nella progettazione di sistemi di iniezione di ammoniaca e lavorano a stretto contatto con i principali produttori di catalizzatori per ottenere la miglior soluzione possibile ogni applicazione.

Filtri a maniche

I filtri a maniche in tessuto rimuovono il particolato da un flusso d'aria tramite selezione fisica. La distribuzione omogenea del flusso nei comparti dei filtri a maniche e buoni profili di flusso sul fondo dei filtri sono importanti per garantire la rimozione efficiente e omogenea della polvere e per prevenire la prematura usura del tessuto del filtro.

Nel progetto dei dispositivi di ottimizzazione del flusso è necessario considerare la ricaduta delle polveri, la distribuzione delle polveri nei comparti del filtro a maniche, il reinserimento dalle tramogge e la protezione dei filtri in tessuto. La modellazione dei filtri a maniche può essere utilizzata per prevedere e risolvere aree problematiche per l'usura e la ricaduta di particolato nei sistemi di filtrazione riducendo le perdite di pressione complessive. Per garantire prestazioni ottimali dei filtri a maniche, Fuel Tech progetta dispositivi correttivi dei flussi.

Desolforazione dei fumi

I sistemi di desolforazione dei fumi (FGD) con scrubber a umido e i sistemi con assorbitore a secco rimuovono l'SO₂ dai fumi di combustione con un reagente alcalino per produrre un sottoprodotto facilmente riutilizzabile. Per il funzionamento efficiente di un FGD sono essenziali una buona miscelazione dei fumi con il reagente dello scrubber e il tempo di permanenza all'interno del reattore. Il posizionamento degli ugelli, i dispositivi di ottimizzazione di flusso e i miscelatori sono alcuni degli strumenti utilizzati per correggere situazioni di flusso errate nei sistemi FGD.

Utilizzando la modellazione CFD e fisica è possibile migliorare le prestazioni degli FGD, risolvendo al contempo altri problemi associati ai sistemi con scrubber a umido, come:

• Riflusso di liquidi nel condotto di ingresso
• Prestazioni dei demisters
• Perdite di carico eccessive
• Distribuzione del flusso in ingresso ai ventilatori
• Grado di copertura dell’atomizzazione
• Raccolta liquidi

Virtual Vantage®

Dal 1987 Fuel Tech utilizza la modellazione CFD per simulare la tecnologia alla base dei propri prodotti. Fin da allora, il nostro maggiore impegno nello sviluppo è volto a portare la simulazione avanzata fuori dal campo della ricerca pura e a introdurla nel normale ambiente di progettazione.

Nel 1994, Fuel Tech ha collaborato con l'Argonne National Laboratory per implementare tecniche di realtà virtuale e di elaborazione avanzata per risolvere pratici problemi di ingegneria. Fuel Tech ha contribuito con la sua esperienza nelle tecniche CFD e Argonne ha applicato i metodi di visualizzazione e di calcolo più recenti. Il risultato è stata la prima applicazione di Fuel Tech per la modellazione e la visualizzazione di iniezione di reagenti all'interno di una caldaia.

Oggi, Fuel Tech utilizza software di visualizzazione per mostrare i progetti in modo interattivo e coinvolgente. I nostri tecnici riconoscono le informazioni contenute nei dati della simulazione più rapidamente e con maggiore precisione.

Sessioni di visualizzazione di gruppo condotte nella nostra sala di proiezione in 3D di Warrenville, Illinois, ci consentono di aumentare la creatività dei progettisti e di gestire meglio i rischi. I nostri progettisti e i funzionari commerciali possono ora comunicare facilmente in modo visivo ai clienti quanto hanno scoperto, consentendo loro di capire meglio i nostri suggerimenti. Il coinvolgimento e il feedback dei clienti in merito a quanto vedono nell'ambiente virtuale arricchisce il processo di progettazione e consente di migliorare ulteriormente la qualità.