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Logo processo combustione della legnaPROCESSO DI COMBUSTIONE DELLA LEGNA

La combustione del legno avviene in tre fasi abbastanza separate ed è in relazione della temperatura raggiunta durante la fase di trasformazione termochimica, più precisamente:

Fase 1 - Essiccazione del legno
Fase 2 - Pirolisi
Fase 3 – Gassificazione e combustione

Fase 1 - EssiccazioneSchema fasi di combustione nella legna
Per poter iniziare l’essiccazione della legna bisogna creare in camera di combustione le condizioni necessarie affinché possa iniziare il ciclo di asciugatura. Questo tipo di trasformazione termodinamica è di tipo adiabatica cioè caratterizzata dall’assenza di scambio di calore: Q=0.
Ciò significa che questa fase avviene senza che venga scambiato calore con l’ambiente esterno, che nel nostro caso è la caldaia, e dura fino a quando non è evaporata tutta, per questo è importante riservare alla stagionatura della legna la giusta rilevanza e cercare di avere a disposizione legna da ardere con umidità inferiore al 20%.
Con lo stazionamento a temperature inferiori ai 100°C inizia l’evaporazione dell’acqua contenuta nella legna e questa fase prosegue e termina al raggiungimento dei 200÷/220°C.
E noto che questo processo per evolversi ha bisogno di un apporto d’energia e questa viene autoalimentata dalla combustione della stessa legna in asciugatura. Una parte dell’energia sviluppata serve per far evaporare l’acqua ed una parte per far progredire la combustione che a sua volta permetterà l’asciugatura della legna stessa, e così via facendo.
Se ne deduce che la stagionatura della legna da ardere incide pesantemente su questa fase, più è stagionata, meno energia viene assorbita per l’asciugatura lasciandone molta di più a disposizione per velocizzare il processo e permettere il passaggio alla fase successiva, quella della pirolisi e/o gassificazione.
Da studi eseguiti sembra che il livello d’equilibrio tra umidità della legna e processo di combustione lo si possa fissare intorno al valore massimo del 60% di contenuto idrico, limite oltre il quale l’energia necessaria a far evaporare l’acqua contenuta nella legna non sia più sufficiente a sostenere la combustione, cioè non si riesca più a mantenere la temperatura minima necessaria affinché il processo possa continuare, in poche parole si giunge allo spegnimento.

Fase 2 - Pirolisi
In questa seconda fase tra i 200÷270 °C il legno inizia a subire una degradazione termica che porta alla formazione di grandi quantità di sostanze aeriformi, e termina a circa 500°C. Alla fine il 75÷85% dell’intera massa si è trasformata in composti volatili altamente infiammabili. Sezione di un tronco di legno con le varie parti componentiI primi componenti del legno che subiscono la trasformazione sono i polisaccaridi (emicellulose e cellulosa) e poi la lignina. E’ utile sapere che mediamente il legno è composto da:
15÷25% di lignina
23÷32% di emicellulose
38÷50% di cellulosa
A circa 400°C termina il processo di gassificazione delle emicellulose e della cellulosa e a 500°C anche la lignina ha terminato il passaggio dallo stato solido allo stato gassoso.

Fase 3 - Gassificazione e combustione
La terza ed ultima fase è la combustione, l’ossidazione dei prodotti inizia tra i 500÷600°C e termina oltre i 1000°C con la liberazione di calore. Alla temperatura intermedia di 800÷900°C anche il carbone solido e il catrame bruciano entrando a far parte della combustione..

Qualità della combustione

Per una ottimale combustione bisogna far sì che la combustione della legna sia completa e che le emissioni inquinanti siano ridotte al minimo, più semplicemente che venga soddisfatta la regola empirica delle Tre T, cioè: Tempo, Temperatura e Turbolenza.
Tempo di residenza: è importante avere un lungo tempo di permanenza a cavallo del vano di carico e la camera di combustione, per favorire la massima gassificazione, un lungo periodo di permanenza in camera di combustione per dare tempo di incendiare tutti i gas volatili liberatisi dalla pirolisi e un lungo percorso negli scambiatori al fine di avere il tempo di poter scambiare al massimo il calore con le pareti di scambio termico. Un buon indicatore di questa regola è il valore del rendimento certificato con metodo diretto (allo scarico dei fumi, non al focolare) e la temperatura dei fumi di scarico (più sono bassi maggiore è il calore che hanno ceduto agli scambiatori).
Temperatura
La temperatura massima che si deve raggiungere in combustione deve essere tale da poter incendiare tutti i composti aeriformi, completandone la loro ossidazione, e tutte le altre fasi dei componenti solidi.
Turbolenza
Al fine di avere una combustione ottimale è importante favorire la mescolanza dell’ossigeno con i gasSezione caldaia a gassificazione con fiamma assiale e giro fumi_450 generati dalla pirolisi e giungere alla più completa ossidazione dei composti volatili. La combustione completa dei combustibili solidi qual è la legna naturalmente esiste solo in teoria perché è difficile, se non impossibile, il raggiungimento del perfetto grado di mescolanza in un lasso di tempo relativamente breve qual è il ciclo di combustione.
Per questo è di basilare importanza che l’aria comburente primaria, secondaria, terziaria ed eventualmente quaternaria venga apportata in modo sufficiente nelle varie zone e nelle varie fasi della combustione, al limite in leggero eccesso piuttosto che in difetto.
L’apporto di poca aria comburente dà luogo a una combustione incompleta e con la produzione di incombusti che fanno aumentare il contenuto di CO e di polveri nei fumi di scarico.

E’ interessante notare che sopra ai 900°C quasi tutti i composti inquinanti vengono bruciati e da questo si capisce perché una buona combustione deve essere: continua senza fasi alterne, completa che bruci tutta la carica contenuta nella caldaia e alla massima potenza della caldaia senza “modulazione”, perché solo così è possibile avere ridotte emissione inquinati. Questo spiega ampiamente perché è assolutamente consigliato abbinare un accumulatore e di rispettare il rapporto potenza caldaia/volume accumulo indicato dal fabbricante, volume che varia notevolmente in base alla qualità della caldaia. A parità di volume del vano di carico più una caldaia ha un alto rendimento, maggiore deve essere il volume di stoccaggio.