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Nel presente lavoro di tesi è stato studiato e analizzato il processo di combustione di un forno industriale per la produzione di vetro piano; in particolare è stato analizzato lo stabilimento della Ditta AGC (Asahi Glass Company) Flat Glass Italia s.r.l, localizzato nel comune di Cuneo. Il forno in esame, utilizzato esclusivamente per la produzione di lastre di vetro dalla colorazione azzurra o chiara, è un forno rigenerativo cross-fired composto da sette torrini e sette camere di rigenerazione per lato. Ogni torrino è composto da tre bruciatori a singolo impulso, alimentati a gas naturale, in configurazione under-port.
Tutte le fasi della produzione del vetro dipendono fortemente dalla temperatura, il cui controllo è effettuato manipolando la distribuzione del calore fornito al batch: una distribuzione di calore non idonea all’interno del forno impatta fortemente sulla qualità del vetro. Il controllo della combustione è, dunque, il più importante "task di secondo livello" del sistema di controllo.
L’attuale forno utilizzato a Cuneo è alla fine del suo ciclo di vita (circa 15 anni di utilizzo continuo) e presenta una combustione non efficiente, caratterizzata da: consumi specifici elevati (>7 GJ/tonnellata); alte concentrazioni di ossidi di azoto nei fumi; elevata presenza di incombusti (CO) e basse percentuali di O2 nelle camere di rigenerazione; forti asimmetrie di funzionamento del forno e delle camere di rigenerazione. L’AGC Flat Glass Italy s.r.l. risente inoltre di continue variazioni delle proprietà del gas naturale proveniente dalla rete di alimentazione nazionale, che rendono complesse le dinamiche di controllo del processo di combustione.
Dalle sopra elencate problematiche deriva lo scopo del lavoro di tesi, ovvero indagare le cause della inefficienza della combustione e delineare possibili contromisure che potranno essere implementate nel nuovo forno che sarà messo in opera nella seconda del 2017. A tal proposito è stata effettuata una analisi temporale dei dati considerati rilevanti al fine di comprendere le anomalie della combustione (CO e O2 residuo nelle camere di rigenerazione, consumo di ammoniaca dell’impianto per l’abbattimento degli NOx, emissioni in ciminiera, rapporto aria/gas, potere calorifico superiore e indice di Wobbe del gas naturale, pull, resa dell’impianto e consumo specifico di gas naturale). Dall’incrocio di tutti i parametri analizzati e dallo studio degli interventi tecnici effettuati nel corso degli anni dallo staff dell’azienda è possibile definire i periodi che descrivono al meglio la singolarità del caso studio e ricercare i parametri operativi di processo che più influenzano la conduzione d’impianto. Inoltre, dallo studio emerge che la scelta del rapporto aria/gas utilizzato non sempre è effettuata inseguendo il valore dell’indice di Wobbe, parametro utilizzato e indicato dalla normativa UNI EN ISO 6976 per quantificare la variabilità delle proprietà del gas naturale. Per indagare su questo fenomeno è stato realizzato mediante il Software Aspen Plus un modello semplificato per calcolare il quantitativo stechiometrico di aria necessaria alla combustione completa del gas, tenendo conto dei range di variabilità di ogni componente costituente il gas naturale e l’eventuale formazione di NOx. Inoltre, è stato ricavato il Wobbe Index di ogni miscela considerata per verificare se tale parametro sia effettivamente un parametro univoco e affidabile per il controllo del rapporto aria/gas.