Chimica e laboratorio triennio

Prof. TROIANO Sergio

 

- CALDAIE –

 

L’apparecchio dove avviene la combustione è la caldaia che nella sua forma più semplice è costituita da una camera di forma parallelepipeda con una griglia su cui si dispone il combustibile solido, una apertura in basso per l’ingresso dell’aria necessaria per la combustione ed un apertura in alto per l’uscita dei fumi.

Usate generalmente per produrre e surriscaldare vapore anche ad altissima pressione, le caldaie industriali possono avere dimensioni gigantesche, ed avere più camere per un recupero spinto del calore dei fumi di combustione, recupero che non deve mai però portare alla condensa del vapore, pena una forte corrosione ad opera degli ossidi di zolfo ed anche di azoto che solubilizzandosi nell’acqua formano i rispettivi acidi.

La fiamma scambia calore con le pareti della caldaia sia per irraggiamento che per convenzione. Nella camera di combustione dove la temperatura raggiunge il valore massimo, l’irraggiamento è preminente e la camera tende ad avere forma raccolta e pareti lisce, successivamente è la convenzione il sistema di trasferimento di calore preminente ed i fumi vengono fatti passare più volte in fasci tubieri per aumentare sia la superfice di scambio che il numero di Reynold e quindi il coefficiente di scambio.

Il fumo, all’uscita della caldaia viene mandato nei depuratori e poi nella canna fumaria la quale assolve alla duplice funzione di evacuarlo scaricandolo sul tetto dell’edificio o anche più in alto tramite una ciminiera che nei forni Hoffman raggiungeva e superava i cinquanta metri, e di risucchiare nuova aria nella camera di combustione.

La depurazione del fumo, fino a soli pochi decenni fa del tutto trascurata, è un’operazione molto onerosa ma necessaria per ridurre l’inquinamento dell’aria e limitare il fenomeno delle piogge acide che tanto danno arrecano all’ambiente. I trattamenti riguardano:

    1. particelle solide in sospensione
    2. ossidi di zolfo
    3. ossidi di azoto
    4. monossido di carbonio
    5. idrocarburi incombusti

Il grado di depurazione del fumo, proprio perché assai onerosa, è diverso e dipende dalla quantità di fumi emessi e quindi dalla grandezza della caldaia che forse è anche giusto che sia ed infatti mentre nelle grosse caldaie delle centrali elettriche si abbattono tutti gli agenti inquinanti, nelle medie ci si limita quasi solo agli ossidi di zolfo ed alle particelle solide, e nelle piccole a volte neanche quello.

A parità di condizioni il fumo prodotto dalle utilizzando combustili solidi è più inquinante del fumo prodotto dai combustibili liquidi e questo, a sua volta è più inquinante di quello prodotto dai combustibili gassosi.

I combustibili solidi sono attualmente poco usati perché hanno anche l’inconveniente di non poter essere facilmente automatizzate e di richiedere un fochista per il periodico carico del combustibile, figura che può essere eliminata usando il costoso bruciatore a polvere di coke che, analogamente ai bruciatori a combustibili liquidi, immette la polvere di carbone nella camera di combustione tramite un corrente d’aria che si accende immediatamente e brucia in modo completo ed immediato e necessita di un minore eccesso d’aria.

Tra le tantissime caldaie di cui i manuali sono pieni zeppi, mi piace ricordare la caldaia Cornovaglia, che tutti conosciamo perché era montata sui famosi locomotori a vapore che con il loro caratteristico pennacchio talora bianco talora nero, arrancavo sbuffando sui tortuosi tracciati delle vecchie linee ferrate. Era una caldaia a grande volume d’acqua con un grosso tubo posto eccentrico ed piuttosto in basso, la attraversava da cima a fondo e che fungeva da camera di combustione, i fumi attraversavano ancora la caldaia attraverso un fascio tubiero e poi dopo un ulteriore passaggio al di sotto della cisterna veniva scaricato con il caratteristico pennacchio.

Malgrado tutte le precauzioni, nella combustione, tanto più se il combustibile è solido, si produce sempre molta fuliggine che si deposita un poco dappertutto ed in particolare nei fasci tubieri, ostacolando il trasferimento di calore ed aumentando le perdite di carico del flusso del fumo, e che deve essere periodicamente rimossa. Anche le incrostazioni di sali che si formano dal lato acqua sono egualmente dannosi sia per il rendimento termico e sia per la stessa incolumità della caldaia e quindi è necessario eliminare totalmente i sali di calcio e magnesio dall’acqua di alimentazione e provvedere poi a periodici "spurghi" per mantenere bassa la concentrazione degli altri.

Sergio Troiano