In collaborazione con il Centro di Ricerca Enel di Pisa, rjc soft ha prodotto una catena di codici di calcolo di termofluidodinamica e cinetica chimica tridimensionali; questi moduli di calcolo sono ora organizzati e noti collettivamente come codice IPSE (Industrial Process Simulation Environment).
Il codice IPSE permette la simulazione del comportamento di un apparato (industriale e/o sperimentale) risolvendo su di un opportuno reticolo computazionale tridimensionale strutturato le corrispondenti equazioni fisiche costitutive, in particolare:
(equazioni di Navier-Stokes o di conservazione del momento lineare) ed equazione di continuità (conservazione della massa totale) che risolte, forniscono il campo di moto in termini di velocità dei gas ed il campo di pressione.
(conservazione della energia totale) che fornisce il campo di temperatura dei gas. Per la corretta impostazione della conservazione dell’energia in apparati con fenomeni di combustione è di fondamentale importanza la corretta trattazione del trasporto di energia per radiazione elettromagnetica nello spettro termico.
queste forniscono i campi di concentrazione della specie chimiche. Per la simulazione di fenomeni di combustione è di fondamentale importanza la trattazione della cinetica chimica di combustione che è caratterizzata dall’ampio spettro delle velocità di reazione (si trovano accoppiate reazioni praticamente esplosive con reazioni lente) inoltre le reazioni di formazione-distruzione delle specie chimiche potenzialmente inquinanti sono spesso molto lente rispetto alle reazioni di combustione (pur essendo ad esse accoppiate).
(polverino di carbone ecc.) la cinetica chimica deve trattare anche le reazioni eterogenee (oltre alle reazioni omogenee) in particolare per il carbone il codice IPSE tratta la devolatilizzazione (rilascio diretto di specie gassose), la combustione del char (carbone devolatilizzato), la combustione dei gas volatili in fase gassosa, il trasporto delle particelle di cenere volante.
Si riportano di seguito dei grafici prodotti dal visualizzatore MIDA per l’applicazione ad una camera di combustione industriale Enel (Fusina) con le seguenti caratteristiche:
Camera di combustione con bruciatori tangenziali, Alimentazione con polverino di carbone, Cinque piani bruciatori, Ingresso OFA (Over Fire Air) accoppiata ai bruciatori, Secondo Ingresso OFA separato, Potenza elettrica 320MWe.
Più recentemente si è verificata la prestazione della camera di combustione dell’impianto di TorValdaliga Nord (caldaia a bruciatori contrapposti alimentata a carbone polverizzato) prima che questo entrasse effettivamente in funzione, in particolare si sono analizzati sei differenti assetti di impianto dal punto di vista delle prestazioni termiche lato gas e di combustione del polverino di carbone; di seguito sono riportate alcune mappe temperature-velocità
Un ulteriore recente applicazione relativa alla camera di combustione della centrale di Fusina è la verifica della possibilità di utilizzare una camera di combustione esistente per la combustione di Combustibile Derivato dai Rifiuti (CDR). La camera, originariamente atta a bruciare polverino di carbone, viene ora alimentata (per un piccola frazione della potenza generata) con CDR.
Si ha un sistema alimentato con due combustibili solidi (carbone e CDR) di comportamento termico (calore di combustione), chimico (stechiometria) e cinetico (velocità di combustione) differenti che devono essere simulati contemporaneamente, inoltre per problemi di corrosione si deve prestare particolare attenzione al CDR, sia in termini di deposito sulle pareti della camera di combustione, sia in termini dei eventuali agenti corrosivi presenti nel CDR originario