L’aria compressa è una delle utenze più costose in uno stabilimento, eppure nel raffreddamento e nella tempra dei gas è spesso parte integrante del processo. Gli ugelli a due fluidi la utilizzano per trasformare il liquido in goccioline sottili che evaporano rapidamente e raffreddano il gas prima che raggiunga le apparecchiature a valle. Questo articolo spiega quali sono i fattori che determinano il consumo di aria compressa nel raffreddamento dei gas e come i modelli di ugelli di nuova generazione, come il FloMax® ECO stampato in 3D, consentano di ridurlo senza compromettere la dimensione delle goccioline.
Perché il raffreddamento dei gas dipende dall’aria compressa
Il raffreddamento e il condizionamento dei gas controllano la temperatura, il volume e l’umidità di un gas di processo. Se eseguito correttamente, protegge apparecchiature quali filtri a maniche, precipitatori elettrostatici (ESP) e scambiatori di calore, e aiuta l’impianto a rimanere entro i limiti di emissione previsti. Se eseguito in modo inadeguato, le goccioline che non evaporano in tempo causano bagnatura e accumulo di fango. Il processo è comune negli impianti di produzione di cemento, acciaio, prodotti chimici, energia elettrica, incenerimento dei rifiuti e nella industria della cellulosa e della carta.
La chiave sta nella dimensione delle goccioline. Le gocce più piccole hanno una maggiore superficie per volume di liquido, quindi evaporano più rapidamente e assorbono calore su una distanza più breve. Gli ugelli a due fluidi (atomizzatori ad aria) creano queste piccole gocce utilizzando aria compressa o vapore per frammentare il liquido. È proprio da qui che deriva il costo. La compressione dell’aria richiede molta energia elettrica e solo una frazione di tale energia si traduce in lavoro utile all’ugello. Ogni metro cubo d’aria di cui un ugello non ha bisogno è energia che l’impianto non deve acquistare.
Cosa determina il consumo di aria compressa in un ugello a due fluidi
Il consumo d’aria non è fisso. Cinque fattori esercitano l’influenza maggiore:
- Efficienza di atomizzazione: la quantità di aria necessaria all’ugello per ottenere una data dimensione delle gocce. La progettazione dei passaggi interni dell’aria e del liquido fa la differenza.
- Rapporto di regolazione: il rapporto tra la portata massima e quella minima del liquido. I carichi di raffreddamento del gas variano a seconda delle condizioni di processo. Un ugello con un elevato rapporto di regolazione è in grado di seguire il carico mantenendo costante la pressione dell’aria, evitando così sprechi di aria a carico parziale.
- Strategia di controllo: un controllo a circuito chiuso che regola la portata del liquido e dell’aria di atomizzazione in base alla temperatura del gas, come il sistema di raffreddamento dei gas AutoJet®, evita l’eccessiva nebulizzazione.
- Posizionamento e angolo di spruzzo: le goccioline necessitano di una distanza e di un tempo di permanenza sufficienti per evaporare. Simulazioni come la CFD aiutano a posizionare correttamente lance e iniettori. Un caso di DeNOx in un impianto di lavorazione del vetro a Pisa mostra come una lunghezza limitata del tubo diritto, pari a 13 metri, abbia determinato la scelta degli ugelli.
- Portata degli ugelli: una portata maggiore per ugello significa che sono necessari meno ugelli per lo stesso carico di lavoro.
Come la stampa 3D rivoluziona la progettazione degli ugelli
Il FloMax® ECO è un ugello atomizzante ad aria a cono cavo realizzato tramite stampa 3D. La produzione additiva consente di realizzare percorsi di flusso interni difficili da lavorare con metodi convenzionali, e l’ugello è costituito da un unico pezzo più una guarnizione. L’obiettivo è un uso efficiente dell’aria compressa, pur continuando a produrre le goccioline fini necessarie per il raffreddamento a gas. Dati prestazionali chiave:
- Dimensione delle gocce: da 5 a 250 µm
- Consumo d’aria: inferiore di circa il 20%
- Rapporto di regolazione: 10:1
- Profilo di spruzzo: cono cavo, angolo di spruzzo da 20° a 55°
Per una panoramica più completa della gamma, comprese le versioni anti-bearding, a X e ad atomizzazione a vapore, consultare la scheda tecnica degli ugelli a due fluidi FloMax®.
Laddove un minor consumo d’aria è fondamentale
Il raffreddamento e la tempra dei gas sono in funzione 24 ore su 24 in molti impianti, quindi anche piccoli risparmi per ogni ugello si sommano. I settori tipici includono:
- Cemento e settore minerario: raffreddamento dei gas nelle torri di condizionamento e nei raffreddatori di clinker. Vedere la sezione "Materiali da costruzione".
- Acciaio e metalli non ferrosi: raffreddamento e condizionamento dei gas di scarico. Vedere la panoramica delle applicazioni industriali a spruzzo.
- Lavorazione chimica: tempra e raffreddamento evaporativo. Vedere "Lavorazione chimica".
- Produzione di energia e incenerimento dei rifiuti: tempra dei gas di combustione a protezione dei filtri a maniche e degli scambiatori di calore. Vedi "Tecnologie di processo - Applicazioni a spruzzo".
- Cellulosa e carta: condizionamento dei gas in fase di rivestimento, pulizia e altre operazioni di lavorazione. Vedi "cellulosa, carta e carta tissue".
Una breve lista di controllo per verificare il sistema di raffreddamento dei gas
- Registrare il consumo di aria compressa per ugello o lancia a carico tipico e minimo.
- Verificare per quanto tempo all'anno il sistema funziona a carico parziale e se gli ugelli sono in grado di adattarsi a tale carico (turndown).
- Confrontare la dimensione delle gocce con la distanza di evaporazione e il tempo di permanenza disponibili nel condotto.
- Cercare segni di evaporazione incompleta, quali bagnatura, fanghi o accumuli a valle.
- Convalida qualsiasi sostituzione di ugello tramite simulazione o test di spruzzatura prima che l'ugello venga installato nell'impianto.
Per ulteriori approfondimenti sul motivo per cui la dimensione delle gocce e la superficie sono importanti, leggi perché gli ugelli di nebulizzazione sono essenziali per un processo di raffreddamento efficiente.
Domande frequenti
Che cos’è un ugello bifluido?
Un ugello a due fluidi, chiamato anche ugello di atomizzazione ad aria, miscela un liquido con aria compressa o vapore per produrre goccioline molto fini. È ampiamente utilizzato per il raffreddamento dei gas, il condizionamento dei gas e l’iniezione di sostanze chimiche.
Perché il consumo di aria compressa è importante nel raffreddamento dei gas?
La produzione di aria compressa è costosa e i sistemi di raffreddamento dei gas spesso funzionano in modo continuo. Un minor consumo di aria per ugello riduce i costi energetici e contribuisce al raggiungimento degli obiettivi di sostenibilità.
Che cos'è il rapporto di regolazione?
Il rapporto di turndown è il rapporto tra la portata massima e quella minima che un ugello è in grado di gestire. Un rapporto di 10:1 significa che la portata del liquido può essere ridotta a un decimo del massimo mentre l’ugello continua a nebulizzare, il che è utile quando il carico di processo varia.
Quali settori industriali utilizzano gli ugelli per il raffreddamento dei gas?
Gli ugelli di raffreddamento a gas sono utilizzati, tra l’altro, negli impianti di produzione del cemento, dell’acciaio, di lavorazione chimica, di generazione di energia, di incenerimento dei rifiuti e di produzione di cellulosa e carta.
È possibile che un ugello utilizzi meno aria senza produrre gocce più grandi?
Sì. Il design dell’ugello determina l’efficienza con cui l’energia dell’aria viene convertita in frammentazione delle goccioline. Il FloMax® ECO è progettato per mantenere goccioline fini, da 5 a 250 µm, con un consumo di aria compressa inferiore.
Vuoi scoprire quale impatto potrebbe avere la scelta dell’ugello sul consumo d’aria nel tuo processo? Rivolgiti a un esperto locale di nebulizzazione o esplora altre applicazioni di nebulizzazione.