Biomasse ad uso energetico

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Ruggero Costa
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1 Workshop, Torino, 3 Luglio 2012 Biomasse ad uso energetico Impianti di cogenerazione a biomassa di piccola taglia con espansori di vapore di nuova generazione Prof. Ing. Alberto Piatti Studio Associato di Ingegneria Via F. Juvara Milano Tel/Fax: alberto.piatti@studio-ai.191.it Dipl.-Ing. Till Augustin Spilling Energie Systeme GmbH Werftstrasse 5 - D Hamburg Tel.: (0) t.augustin@spilling.de Impianti di cogenerazione a biomassa con Espansori a vapore Spilling Contenuti:! Chi è Spilling! Cogenerazione con impianti a vapore alimentati da biomassa! Espansore a vapore Spilling! Esempi applicativi

Till Augustin Spilling Energie Systeme GmbH Werftstrasse 5 - D-20457 Hamburg Tel.: 0049 - (0)40-789175-35 Email: t.augustin@spilling.

2 Spilling: Informazioni sull Azienda! Produttore di Espansori e Turbine! Ubicazione: Amburgo! Fondata nel 1889! Linee di produzione: Espansori a Vapore Turbine a Vapore Espansori di Gas Programma Spilling

3 Cogenerazione di vapore da biomassa Ottimizzazione energetica con impianti di cogenerazione ~10-25 % Perdite in caldaia 100 % Energia immessa col combustibile ~ % Produzione di energia ~ 5 20 % Energia Elettrica ~ % Energia Termica Altre Perdite Diagramma Sankey di Impianto di cogenerazione a vapore da Biomassa

~ 70-85 % Produzione di energia ~ 5 20 % Energia Elettrica ~ 60-80 % Energia

4 Utilizzazione Ottimale dell Energia con Impianti di Cogenerazione Motore primo Turbina Espansore Pressione del vapore prodotto da caldaia (bar abs.) Combustibile Rendimento elettrico (lordo) in funzione del combustibile utilizzato biomassa solida Produzione di vapore (t/h) 30,0 24,0 4,0 Consumo specifico di calore per la produzione di vapore (kwh/t) Rendimento di caldaia 0,88 0,88 - Pressione ingresso (bar abs.) 40,0 60,0 - Temperatura ingresso ( C) 420 vapore saturo secco Pressione uscita (bar abs.) 0,8 11 Potenza elettrica ai morsetti del Generatore (kwel) Calore del vapore di scarico (kwt) Temperatura vapore in uscita da turbina ( C) Utilizzo vapore in uscita da turbina Teleriscaldamento Industriale Espansore Tipo multi stadio monostadio bistadio Temperatura del vapore prodotto da caldaia ( C) 425 vapore saturo secco 265 Potenza termica netta di caldaia (kw) Potenza termica al focolare (kw) Vapore a/da Espansore/Turbina 685 0,84 25,0 1, ,10% 5,60% 10,20% Industriale e teleriscaldamento Elettricità come prodotto pregiato Generazione Elettrica Pura ~10-25 % perdite in caldaia 100 % Energia immessa col combustibile ~ % Energia Termica sottoforma di vapore (30) % Energia Elettrica ~ % Perdita di calore al condensatore Altre perdite Diagramma-Fiume (Sankey) di impianto di cogenerazione (energia elettrica e vapore) da biomassa

vapore (kwh/t) 782 649 Rendimento di caldaia 0,88 0,88 - Pressione ingresso (bar abs.) 40,0 60,0 - Temperatura ingresso ( C) 420 vapore saturo secco 260 - Pressione uscita (bar abs.

5 Impianto di generazione elettrica con condensazione sotto vuoto Motore primo Tipo Consumo specifico di calore per la produzione di vapore Potenza termica netta di caldaia Rendimento di caldaia Potenza termica al focolare Vapore a/da Espansore/Turbina - Pressione ingresso Turbina multi stadio Pressione del vapore prodotto da caldaia (bar abs) 42 Temperatura del vapore prodotto da caldaia ( C) 425 Combustibile Produzione di vapore - Temperatura ingresso - Pressione uscita Biomassa solida (t/h) 30,0 (kwh/t) 782 (kw) (bar abs) 40 Potenza elettrica ai morsetti del Generatore (kwel) Rendimento elettrico (lordo) in funzione del combustibile utilizzato 25% Temperatura vapore in uscita da turbina ( C) 46 Utilizzo vapore in uscita da turbina 0,88 (kw) ( C) 420 (bar abs) 0,1 nessuno Espansore Spilling: Progettazione modulare

C) 425 Combustibile Produzione di vapore - Temperatura ingresso - Pressione uscita Biomassa solida (t/h) 30,0 (kwh/t) 782 (kw) 23.

6 Espansore Spilling Caratteristiche progettuali:! progettazione modulare (da 1 a 6 cilindri; 15 possibilità di diametro di pistone)! controllo volumetrico di portata: regolazione del coefficiente di riempimento! lubrificazione a secco e vapore senza presenza olio! espansore montato su skid per installazione più rapida e semplice Espansore Spilling Caratteristiche e dati principali! Energia elettrica! Portata vapore! Pressione vapore! Contropressioni fino a ~ kw fino a ~ 40 t/h ~ 6 a 60 bar fino a ~ 15 bar

controllo volumetrico di portata: regolazione del coefficiente di riempimento!

7 Espansore Spilling Filmato dell Espansore Espansori Spilling: rendimenti elevati anche a carico parziale 100 Capacity [%] Spec. Steam consumption [%] Throughput

parziale 100 Capacity [%] 75 50 25 Spec.

8 Engine Type: 1/ 1-H12 TS Number of Expansion Stages: 2 Number of Cylinders: 2 Speed: [rpm] 1000 Generator Rating: [kva] 420 Voltage: [V] 400 Frequency: [Hz] 50 Boiler (Exit): [barg] / [ C] 25,0/ 265 Inlet - Engine: [barg] / [ C] 24,0/ 260 Outlet - Engine: [barg] 0,5 Espansori Spilling : Esempio con 4 t/h Electrical Output [kw el] ,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 Steam Flow Rate [t/h] Project: Example IEA - Workshop Chart: DA Steam Engine Set Name: Au Date: Espansore Spilling : Caratteristiche / Vantaggi:! ampio campo di applicazioni! rendimenti elevati in condizioni di carico parziale! buon comportamento nella regolazione in condizioni di variabilità del vapore di alimentazione! buona potenzialità per vapore saturo! modeste richieste di trattamento dell acqua di alimento di caldaia! possibilità di manutenzione svolta da tecnici e personale in loco

Flow Rate [t/h] Project: Example IEA - Workshop Chart: DA 14056 Steam Engine Set Name: Au Date: 4.10.10 Espansore Spilling : Caratteristiche / Vantaggi:! ampio campo di applicazioni!

9 Confronto dei criteri di regolazione Power [%] Regolaz. del riempimento (espans.) Gruppo di ugelli di regolaz. (turbina) Valvola regolatrice (turbina) Steam flow [%] 100 Esempio 1 Inceneritore di fanghi (Olanda) Utilizzo del vapore in uscita dall espansore: preriscaldo dell acqua calda sanitaria e riscaldamento ambienti Potenza elettrica: 514 kwel Dati vapore di alimento: 11 t/h / 8 bar / Saturo Pressione Vapore in uscita: 0,5 barg

(turbina) Valvola regolatrice (turbina) 0 0 25 50 75 Steam flow [%] 100 Esempio 1 Inceneritore di fanghi (Olanda)

10 Esempio 2 Industria del legno Impianto con caldaia a biomassa (Austria) Utilizzo del vapore in uscita dall espansore: nel processo di produzione del legno e alimentazione essicatore Potenza elettrica: Dati vapore di alimento: Pressione Vapore in uscita : 2 x kwel 2 x 24 t/h / 60 bar / Saturo 11 barg Esempio 3 Generatore elettrico al servizio di una segheria Impianto con caldaia a vapore alimentata da legna Potenza elettrica : 700 kwel Dati vapore di alimento : 9 t/h / 25 bar / 250 C Pressione Vapore in uscita : 0,5 barg

000 kwel 2 x 24 t/h / 60 bar / Saturo 11 barg Esempio 3 Generatore elettrico al servizio di una segheria Impianto con caldaia a

11 Esempio 4 Generatore elettrico al servizio di uno stabilimento in Australia Impianto con caldaia a vapore alimentata a legna Potenza elettrica : 425 kwel Dati vapore di alimento : 5,5 t/h / 34 bar / saturo Pressione Vapore in uscita : 1,0 barg Gli Espansori a Vapore Spilling Steam si adattano perfettamente ad impianti di cogenerazione di piccola taglia con le seguenti caratteristiche:! campo di applicazione da 100 a kwe! condizioni di variabilità del vapore di alimentazione! portate di vapore variabili! condizioni termodinamiche moderate del vapore di alimentazione

adattano perfettamente ad impianti di cogenerazione di piccola taglia con le seguenti caratteristiche:! campo di applicazione da 100 a 1.000 kwe!

12 Grazie per la Vostra attenzione

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