Modellazione dei processi di incenerimento dei rifiuti solidi

In this research a simulation model developed for the analysis of the combustion processes in a rotary kiln incinerator operating on healthcare waste has been carried out. The model has been developed as a support tool in the design phase of incinerator combustion chambers and, at the same time, to identify possible technical changes in existing plants to the aim of optimizing both the combustion process and the thermal energy recovery. The model takes into account mass and thermal balances for the waste stream combustion process with specific kinetic parameters for the oxidation of the specific waste stream and has been validated with respect to experimental data measured on a real incineration plant located in Rome (Italy). Simulation results have shown a good agreement with experimentally measured data. In particular simulated internal and external temperature profiles have shown a very good agreement with the measured ones. A sensitivity analysis of the combustion system to different operating conditions has then been performed analysing the influence of different operating variable (input mass flow rates, excess air ratios) as well as design properties (refractory and insulator characteristics) on the furnace behaviour. These analyses confirmed the possibility of using this model in order to get information about the combustion processes and at the same time to plan future changes in the operative or geometric conditions of the combustion chamber.

In questa ricerca è stato sviluppato un modello in grado di simulare i complicati fenomeni di combustione che si susseguono all’interno di un inceneritore di rifiuti sanitario-ospedalieri con camera di combustione a tamburo rotante. Il modello è stato sviluppato per poter essere uno strumento di supporto nella fase progettuale della camera di combustione, ma allo stesso tempo, per identificare quali possano essere le migliorie e le modifiche che possano portare all’ottimizzazione del processo di combustione e del recupero energetico. Il modello prende in considerazione tutti i bilanci termici e di massa che avvengono durante la fase della combustione considerando i coefficienti cinetici propri di ognuna della fasi della combustione (essiccamento, pirolisi e combustione). Il modello è stato infine validato utilizzando dati misurati e/o registrati in un impianto preso come riferimento situato a Roma. I risultati delle simulazioni hanno mostrato una buona corrispondenza con i dati sperimentali misurati; in particolar modo i profili di temperatura calcolati con il modello hanno mostrato una discreta correlazione con quelli misurati sperimentalmente. Per verificare l’affidabilità del modello è stata effettuata un’analisi di sensibilità considerando come dati di input diverse condizioni al contorno riguardanti sia le condizioni operative (portata di rifiuti ed eccesso d’aria) sia le caratteristiche geometriche della camera di combustione (proprietà e geometria del materiale refrattario ed isolante della camera di combustione). L’analisi di sensibilità ha infine confermato la possibilità di utilizzare questo modello per ottenere informazioni riguardo il processo di combustione e allo stesso tempo per programmare possibili modifiche alle condizioni operative e/o geometriche della camera di combustione.