MESSA A PUNTO DI UN PROGRAMMA DI ANALISI DEI DATI STORICI DI FUNZIONAMENTO DI UNA CENTRALE TERMOELETTRICA DI COGENERAZIONE. (riassunto) Luca Bianchini

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1 MESSA A PUNTO DI UN PROGRAMMA DI ANALISI DEI DATI STORICI DI FUNZIONAMENTO DI UNA CENTRALE TERMOELETTRICA DI COGENERAZIONE (riassunto) Luca Bianchini SOMMARIO In questo lavoro di tesi presento un applicazione che ho sviluppato in questi anni per effettuare differenti tipi di analisi sui dati dell archivio storico delle variabili di processo di una centrale termoelettrica di cogenerazione (CTE). L applicazione ha nome ADSCTE ed è scritta in Microsoft Visual Basic. La CTE in oggetto produce l energia elettrica e termica (principalmente sotto forma di vapore tecnologico per l asciugamento della carta) necessaria a una cartiera che produce carta per cartone ondulato con due macchine continue. Il funzionamento della CTE e i suoi scambi energetici con la cartiera richiedono il monitoraggio continuo dei valori delle variabili di processo e degli indici di efficienza, da confrontare almeno quotidianamente con valori di riferimento, per rilevare tempestivamente eventuali anomalie e per individuare la possibilità di ottimizzazioni. E possibile fare questo tipo di controlli soltanto se si dispone di un archivio storico di dati e di un programma di analisi. Il programma ADSCTE è in grado di effettuare numerosi tipi di elaborazioni sull archivio storico disponibile, consentendo di rappresentare trends storici giornalieri, distribuzioni di frequenza e curve cumulative su determinati periodi e, soprattutto, un rapporto giornaliero che contiene i valori medi delle variabili di processo, degli indici di efficienza, dei fabbisogni di vapore ed energia, ciascuno confrontato con la media degli ultimi trenta giorni. L utilizzo sistematico di ADSCTE e l analisi dei suoi indicatori hanno consentito di ottenere importanti risultati, sia in termini di individuazione tempestiva di anomalie, sia in termini di ottimizzazioni. LA CENTRALE TERMOELETTRICA La centrale termoelettrica in oggetto è una centrale cogenerativa. Essa produce l energia elettrica e termica (quest ultima sotto forma di vapore) necessarie a una cartiera che produce carta per cartone ondulato con due macchine continue (MC1 e MC2) L energia elettrica prodotta è normalmente in eccesso rispetto alle necessità della cartiera, per cui una parte è ceduta alla rete di distribuzione ENEL. La centrale è a ciclo combinato gas-vapore ed è costituita da: - un gruppo turbogeneratore azionato da una turbina a gas, in grado di produrre una potenza elettrica massima di 7,2 MW - un generatore di vapore a recupero, dotato di post combustione, con una producibilità massima di 40 t/h di vapore surriscaldato a 57 bar e 440 C - un gruppo turbogeneratore azionato da una turbina a vapore, regolata in contropressione, in grado di produrre una potenza elettrica massima di 3.6 MW con una portata di vapore di 40 t/h ed una contropressione di 4.85 bar. Nella pagina seguente è rappresentato uno schema della centrale. I fumi di scarico della turbina a gas, a una temperatura di 500 C, sono inviati al generatore di vapore il quale, con una cospicua percentuale di post combustione (circa 50%), produce vapore surriscaldato a 57 bar e 440 C nella quantità richiesta dagli utilizzi tecnologici della cartiera. Il vapore prodotto dal generatore, si espande in una turbina a vapore a contropressione, da cui esce con una pressione di 5 bar ed una temperatura di circa 240 C. Gli utilizzi tecnologici della cartiera necessitano di vapore saturo, mentre quello scaricato dalla turbina a vapore è ancora surriscaldato. Per questo motivo, prima di essere inviato in cartiera, il vapore è portato in condizioni di saturazione in un saturatore. Gli utilizzi di vapore saturo nella cartiera sono essenzialmente di tre tipi: - asciugamento della carta nei cilindri essiccatori delle macchine continue (l utilizzo principale) - riscaldamento dell aria esterna da immettere nelle cappe delle seccherie delle macchine continue per realizzare il ricambio della fumana umida - cottura dell amido impiegato in massa o in size press per aumentare le caratteristiche meccaniche del foglio. La condensa recuperata dai primi due utilizzi (la condensa del terzo utilizzo non è recuperata perché il vapore è immesso direttamente nella salda di amido da cuocere) è inviata al degasatore della CTE, il cui scopo è quello di realizzare il degasaggio dell acqua dagli incondensabili per ridurre al minimo la presenza di ossigeno. Nel degasatore è effettuato anche il reintegro con acqua demineralizzata. La pompa di alimento del generatore di vapore è alimentata dal degasatore. L acqua di alimento, prima di esserre immessa nel corpo cilindrico, passa attraverso l economizzatore, posto fra il generatore di vapore e il camino, il cui scopo è quello di recuperare energia termica dai fumi di scarico della CTE, raffreddandoli il più possibile.

2 IL PROGRAMMA ADSCTE Il nome ADSCTE è un acronimo e sta per Analizzatore dei Dati Storici della Centrale Termo Elettrica. Il programma è scritto nel linguaggio di programmazione Microsoft Visual Basic e utilizza i dati contenuti nei files dell archivio storico dei valori delle variabili di processo della CTE per effettuare vari tipi di elaborazioni: 1) rappresentazione grafica e tabulata dei trends storici giornalieri delle varie grandezze con differenti scale temporali 2) rappresentazione della distribuzione di frequenza e della curva cumulativa dei valori delle varie grandezze 3) analisi degli indici di efficienza della turbina a vapore in funzione della portata di vapore 4) analisi della produzione di potenza elettrica e degli indici di efficienza della turbina a gas in funzione della temperatura dell aria di alimento (T1) 5) elaborazione di un report giornaliero in cui sono rappresentati i valori medi di tutte le grandezze più significative della centrale termoelettrica 6) elaborazione del report giornaliero delle emissioni dal camino L archivio storico contiene i valori di 60 variabili di processo, rilevati con una frequenza di un dato al minuto per ogni variabile, a partire dal mese di settembre del Attualmente vi sono immagazzinati circa files di tipo testo, che contengono in totale circa 300 milioni di dati, occupando uno spazio sull hard disk di circa 6 GB. Le due immagini seguenti sono le schermate di ADSCTE relative all elaborazione della distribuzione di frequenza e della curva cumulativa della produzione di vapore surriscaldato nell arco di un mese.

3 relativa all elaborazione dei trends storici. relativa all elaborazione dell andamento della potenza elettrica specifica della turbina a vapore (cioè del rapporto fra potenza elettrica prodotta e portata di vapore) in funzione della portata di vapore. relativa all elaborazione dell andamento della potenza elettrica prodotta dalla turbina a gas in funzione della temperatura dell aria di alimento T1. Le immagini seguenti rappresentano due delle schermate generate da ADSCTE dopo l elaborazione del rapporto giornaliero. Nella prima sono riportati i valori medi giornalieri e quelli degli ultimi 30 giorni delle principali variabili di processo, dei rendimenti e dei fabbisogni di vapore ed energia della cartiera Nella seconda è riportato uno schema delle centrale con indicati, in particolare, i vari bilanci di massa ed energia.

4 RISULTATI OTTENUTI CON L UTILIZZO DI ADSCTE Di seguito alcuni esempi di applicazioni di ADSCTE che hanno consentito di realizzare importanti ottimizzazioni. Riduzione del degrado delle prestazioni della turbina a gas Al trascorrere dei giorni di funzionamento, la capacità di produzione di potenza elettrica della turbina a gas, a parità di condizioni (in particolare della temperatura T1 e della pressione atmosferica), subisce un degrado determinato dallo sporcamento della macchina. Analizzando con l ausilio di ADSCTE l andamento della produzione prima e dopo il lavaggio in marcia del compressore della turbina, eseguito quotidianamente, è stato possibile correggere la procedura con cui questo lavaggio era eseguito. Ciò ha consentito di ridurre notevolmente il tasso di degrado, come mostrato nel grafico seguente. Invecchiamento della turbina a gas L invecchiamento della turbina a gas determina un degrado costante delle prestazioni della macchina. Con l ausilio di ADSCTE è stato possibile quantificare con precisione questo degrado, che è risultato sensibilmente superiore a quello stimato dal costruttore. Ciò ha consentito di rivedere il numero di ore di funzionamento minimo a cui è opportuno programmare la sostituzione della macchina. Monitoraggio delle prestazioni della turbina a vapore Anche la turbina a vapore, come la turbina a gas, subisce un degrado di prestazioni nel tempo, legato soprattutto all usura delle tenute meccaniche che evitano il trafilamento del vapore da una camera all altra. Con l utilizzo di ADSCTE è stato possibile monitorare quotidianamente il degrado, individuando il momento giusto per effettuare la revisione della macchina, che ha consentito di ottenere un notevole recupero di prestazioni (circa 230 kw), come mostrato nel grafico seguente. Andamento della potenza della turbina a vapore in funzione della temperatura del vapore surriscaldato Con l ausilio di ADSCTE, è stato possibile determinare l andamento della produzione di potenza elettrica della turbina a vapore in funzione della temperatura del vapore surriscaldato, mostrato nel grafico seguente. L utilizzo della retta di correlazione (che indica la variazione di produzione in funzione della variazione di temperatura) ha consentito di determinare la temperatura ottimale in relazione al fabbisogno di gas naturale di post combustione. Perdita di fumi dalla serranda di bypass della TG Analizzando l andamento giornaliero della pressione e della portata dei fumi in ingresso al generatore di vapore (valutata in ADSCTE con un bilancio di massa ed energia) è stato possibile individuare tempestivamente una cospicua perdita di fumi attraverso la serranda di bypass della turbina a gas, che non si era completamente chiusa.

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