Ottimizzazione dei sistemi di filtrazione d aria per turbine a gas. 26 giugno 2012 Convegno ANIMP - ATI

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1 Ottimizzazione dei sistemi di filtrazione d aria per turbine a gas 26 giugno 2012 Convegno ANIMP - ATI

2 Premessa (EU Turbines) Un aumento di efficienza del 1% per una capacità installata di 2500 GW nel mondo porterebbe a una riduzione di circa 300 milioni di tonnellate di CO2 all anno, con un risparmio di 100 milioni di tonnellate di carburanti fossili.

3 Position paper in Energy efficiency from the supply side- EU Turbines 60% delle emissioni globali nel 2030 proverranno da centrali attualmente in servizio. Un ottimizzazione dell impianto porterebbe a una riduzione del 5% di CO2 Il retrofit delle turbine porterebbe a una riduzione del 5% di CO2 Il retrofit della caldaia porterebbe un ulteriore riduzione del 3 % di CO2 I cicli combinati in Europa lavorano indicativamente con un efficienza del 52%; le migliori tecnologie disponibili (BAT) permettono attualmente di raggiungere un valore maggiore del 58%.

4 Ottimizzazione Sistema filtrazione aria Turbina a gas Cicli combinati

5 Turbine a gas ( Gas Turbine World 2009) Mercato potenziale interventi efficienza energetica per area geografica

6 Ottimizzazione Sistema filtrazione aria delle turbine a gas 1. Miglioramento dell efficienza delle turbine a gas attraverso la filtrazione con filtri assoluti 2.Miglioramento dell efficienza delle turbine a gas attraverso l utilizzo di prefiltri idrofobici al posto di pannelli coalescenti e grate antipioggia 3.Miglioramento performance con una corretta gestione del cambio dei filtri

7 1.Miglioramento dell efficienza delle turbine a gas attraverso la filtrazione con filtri assoluti

8 1.Miglioramento dell efficienza delle turbine a gas attraverso la filtrazione con filtri assoluti Filtrazione a due stadi Concentrazione polveri : Dust (47) + Salt (3) = 50 µg/m3 Filtrazione a 2 stadi PrefiltroG4 Filtro finale F8 Polvere nella turbina: 13,1 kg/a

9 1.Miglioramento dell efficienza delle turbine a gas attraverso la filtrazione con filtri assoluti Filtrazione a tre stadi Concentrazione polveri: Dust (47) + Salt (3) = 50µg/m3 Filtrazione a 3 stadi Prefiltro G4 Filtro finale: F9 Filtro assoluto: H11 Polvere nella turbina: MD = 26,8 g/a

10 1.Miglioramento dell efficienza delle turbine a gas attraverso la filtrazione con filtri assoluti 2- stage Air Intake System E total = 98,3% Airflow rate 3462 m3/h DP, total 145 Pa 788,4 kg/a Prefilter G4 Fine filter F8 13,1 kg/a 3- stage Air Intake System E total = % Airflow rate 3462 m3/h DP, total 345 Pa 788,4 kg/a Prefilter G4 Fine filter F9 HEPA- filter H11 27 g/a

11 1.Miglioramento dell efficienza delle turbine a gas attraverso la filtrazione con filtri assoluti Fouling Consiste in un deposito solido sulle pale del compressore e causa una riduzione del rapporto di compressione con una conseguente perdita di potenza.

12 1.Miglioramento dell efficienza delle turbine a gas attraverso la filtrazione con filtri assoluti Effetti del Fouling (Norvegian Univerity of Science and Technology )

13 1.Miglioramento dell efficienza delle turbine a gas attraverso la filtrazione con filtri assoluti Andamento efficienza caso lavaggio off line No washing for up to 9000 hours Lavaggi Off- line filtrazione a 2 stadi Lavaggi Off- line filtrazione a 3 stadi

14 1.Miglioramento dell efficienza delle turbine a gas attraverso la filtrazione con filtri assoluti Degradation (Modernization and up grade programs for Mitsubishi Heavy Duty Gas Turbines)

15 1.Miglioramento dell efficienza delle turbine a gas attraverso la filtrazione con filtri assoluti Quanto pesa la perdita di carico? La perdita di potenza è legata alla perdita di carico dei filtri in aspirazione. Power loss factor: CP = 0.1% per 50 Pa CP dipende dal tipo di turbina

16 1.Miglioramento dell efficienza delle turbine a gas attraverso la filtrazione con filtri assoluti Bilancio energetico P - P + P + P +

17 1.Miglioramento dell efficienza delle turbine a gas attraverso la filtrazione con filtri assoluti Caso reale: Retrofit Air intake Germania Estimation of a GE 37 MW Turbo machine: Annual Power Gain through 3- stage filtration (+ 1.2%): MWh Annual Power Loss through 200 Pa higher DP (- 0.4%): MWh (8000 operating hours) Saving = MWh BENEFIT: (add. cost for washing detergents is not considered) /a INVESTMENT: (1 set of HEPA filters (128 pcs.)+ if necessary, Reconstruction- filter housing) Pay back time: 4.57 months

18 1.Miglioramento dell efficienza delle turbine a gas attraverso la filtrazione con filtri assoluti Retrofit 3-stage filter installation in Germany: F8 fine & H11 cleanroom filter upstream side F5 & F8 fine filter up-/ downstream side

19 1.Miglioramento dell efficienza delle turbine a gas attraverso la filtrazione con filtri assoluti Esempi Retrofit

20 2. Miglioramento dell efficienza delle turbine a gas attraverso l utilizzo di prefiltri idrofobici: pannelli coalescenti A: Pannelli in fibra di vetro coalescenti Perdita di carico: Pa

21 2. Miglioramento dell efficienza delle turbine a gas attraverso l utilizzo di prefiltri idrofobici : grate antipioggia B: Grate antipioggia/ Marine Louvres Perdita di carico: 200 Pa

22 Prima 2. Miglioramento dell efficienza delle turbine a gas attraverso l utilizzo di prefiltri idrofobici: Prefiltro coalescente :Caso 1

23 Dopo 2. Miglioramento dell efficienza delle turbine a gas attraverso l utilizzo di prefiltri idrofobici: Prefiltro coalescente : Caso 1

24 2. Miglioramento dell efficienza delle turbine a gas attraverso l utilizzo di prefiltri idrofobici: Prefiltro coalescente: Caso 2 Actual 1 stage 2 stage 3 stage Total Pressure drop ( Pa) filter coalescer pad Prefilter G4 Final filter F8 Pressure drop ( Pa) at 4250 m3/h VOKES AIR 1 stage 2 stage 3 stage Total Pressure drop ( Pa) filter Macrogen GT duo ( G4) remove Prefilter TMP F9 Pressure drop ( Pa) at 4250 m3/h Total Improvement ( Pa) 140

25 3. Miglioramento performance con una corretta gestione del cambio dei filtri Trend in dettaglio

26 3. Miglioramento performance con una corretta gestione del cambio dei filtri

27 3. Miglioramento performance con una corretta gestione del cambio dei filtri Trend dettaglio Nov 2008 = approx 50 Pa Maggio 2008= 200 Pa Giugno 2008 = approx 450 Pa Media ultimo mese: > 300 Pa 0,5% power loss factor

28 Conclusioni: I filtri aria sono spesso trascurati nella definizione di un progetto power. La corretta gestione dei filtri, i miglioramenti tramite retrofit e nuovi prodotti idrofobici possono portare a considerevoli incrementi di efficienza delle turbine a gas Grazie dell attenzione carlo.coltri@vokesair.com