Biomasse ad uso energetico

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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 (SAI / Milano) Dipl.-Ing. Till Augustin (Spilling / Hamburg)

2 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

3 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

4 Programma Spilling

5 Cogenerazione di vapore da biomassa

6 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

7 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 - Pressione uscita (bar abs.) 0,8 11 Potenza elettrica ai morsetti del Generatore (kwel) Calore del vapore di scarico (kwt) 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 - Temperatura ingresso ( C) 420 vapore saturo secco ,84 25,0 1, ,10% 5,60% 10,20% 26 Temperatura vapore in uscita da turbina ( C) Utilizzo vapore in uscita da turbina Teleriscaldamento Industriale 111 Industriale e teleriscaldamento Elettricità come prodotto pregiato

8 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 produzione elettrica di condensa vapore da Biomassa

9 Impianto di generazione elettrica con condensazione sotto vuoto Motore primo Tipo Temperatura del vapore prodotto da caldaia ( C) 425 Combustibile Produzione di vapore Consumo specifico di calore per la produzione di vapore Vapore a/da Espansore/Turbina - Temperatura ingresso - Pressione uscita Potenza elettrica ai morsetti del Generatore Rendimento elettrico (lordo) in funzione del combustibile utilizzato Temperatura vapore in uscita da turbina ( C) 46 Utilizzo vapore in uscita da turbina multi stadio Pressione del vapore prodotto da caldaia (bar abs) 42 Potenza termica netta di caldaia Rendimento di caldaia Potenza termica al focolare - Pressione ingresso Turbina Biomassa solida (t/h) 30,0 (kwh/t) 782 (kw) ,88 (kw) (bar abs) 40 ( C) 420 (bar abs) 0,1 (kwel) ,10% nessuno

10 Espansore Spilling: Progettazione modulare

11 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

12 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

13 Espansore Spilling Filmato dell Espansore

14 Espansori Spilling: rendimenti elevati anche a carico parziale 100 Capacity [%] Throughput

15 Electrical Output [kw el ] Spilling Steam Power: Engines and Turbines 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 ,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:

16 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

17 Power [%] Confronto dei criteri di regolazione 100 Regolaz. del riempimento (espans.) Gruppo di ugelli di regolaz. (turbina) Valvola regolatrice (turbina) Steam flow [%] 100

18 Esempio 1 Inceneritore di fanghi (Olanda) Utilizzo del vapore in uscita dall espansore: preriscaldo dell acqua calda sanitaria e riscaldamento ambienti Potenza elettrica: Dati vapore di alimento: Pressione Vapore in uscita: 514 kwel 11 t/h / 8 bar / Saturo 0,5 barg

19 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

20 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

21 Esempio 4 Generatore elettrico al servizio di uno stabilimento in Australia Impianto con caldaia a vapore alimentata a legna Potenza elettrica : Dati vapore di alimento : Pressione Vapore in uscita : 425 kwel 5,5 t/h / 34 bar / saturo 1,0 barg

22 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

23 Grazie per la Vostra attenzione