INTEGRAZIONE DI MOTORI TERMICI

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1 INTEGRAZIONE DI MOTORI TERMICI Motore termico Converte calore in lavoro meccanico Produzione di energia elettrica Es. turbina Sottrae calore in alla sorgente a temperatura T H Restituisce calore out alla sorgente a temperatura T C < T H W = in - out Il motore termico può essere considerato utility calda o fredda A meno dei rendimenti meccanici del sistema W = in T H T T H C = η C in η C elevato T C bassa => utility calda a bassa temperatura T H alta => utility fredda ad alta temperatura 43

2 A Pinch B Violano regole del pinch A => C = C min + out B => H = H min + in B Pinch A. H = H min - out A B. C = C min - in 44

3 MT Motori alternati diesel o a gas Turbine a vapore Turbine a gas Stand-alone Impianti combinati => turbina a gas + turbina a vapore GT ST Lavoro utile Lavoro utile Calore utile Vapore Calore perso RE Calore perso Calore utile Lavoro utile Raffreddamento Fumi Calore utile 45

4 U P Combustibile Aria P U T+- T/

5 P Aria Combustibile S 1 S 2 S S T+- T/

6 U Aria S Combustibile P S U T+- T/

7 Cogenerazione (CHP) => elettricità + calore Fattori influenti 1. Bilancio termico dell impianto o Non tutto il calore dal CHP Risparmio di calore tutto sulle caldaie (combustibile) Convenienza a ridurre il consumo o Tutto il calore dal CHP Risparmio su calore a bassa qualità (vapore BP) Minore convenienza 2. Tariffe elettricità (Giorno-notte; picco; interrompibilità) o Alto prezzo Autoproduzione Flessibilità 3. Vendita elettricità 4. Costi del combustibile 5. Valore residuo (marginale) del riscaldamento o Tutto il calore dal CHP + vendita energia Costo residuo basso (anche < 0) o Calore residuo da caldaie 49

8 INTEGRAZIONE DI POMPE DI CALORE Pompa di calore Trasferisce calore da una sorgente a temperatura T C ad una a temperatura T H > T C a spese di lavoro meccanico Trasforma lavoro in calore out = in + W Una pompa di calore può essere considerata utility calda o fredda La stessa unità può svolgere entrambe le funzioni A meno dei rendimenti meccanici del sistema W = out T H T T H C = η C out W basso => T H - T C basso => utility calda a bassa temperatura => utility fredda ad alta temperatura 50

9 Possibili schemi di Installazione Fornisce calore sopra il pinch Sostituisce una parte del duty con lavoro meccanico Fornisce calore sotto il pinch Soluzione ottimale 51

10 in W 500 out out W T+- T/ in

11 INTEGRAZIONE DI REATTORI 1) Reattore adiabatico: F Alimentazione Inerte P Prodotti Inerte H P = H F + H R Calore di reazione Nel prodotto (R. esotermico) Nell alimentazione (R. endotermico) Con inerte Hot (Cold) Shot => iniezioni intermedie Alimentazione e prodotto correnti (calde o fredde) del sistema 2) Scambio di calore con l esterno F Alimentazione P Prodotti F Alimentazione P Prodotti Solitamente tramite utility fredda (reazione esotermica) calda (reazione endotermica) Il motore termico può essere considerato utility calda o fredda 53

12 Reazione esotermica A B A: H = Hmin - B: C = Cmin + A B Reazione Endotermica A: H = Hmin + B: C = Cmin - 54

13 PERCORSO DI OTTIMIZZAZIONE 1. Raccolta dei dati: Bilanci di materia e energia Identificazione delle curve calde e fredde Proprietà (Mcp e T) 2. Scelta del T min iniziale Ottimizzazione o area scambiatori o consumi energetici o costi totali Esperienza => tipo di processo 3. Stima delle richieste energetiche minime Curve composte 4. Valutazione delle temperature ottimali delle utilities 5. Identificazione del Pinch 6. Progetto della rete MER 7. Relaxing della soluzione MER Eliminazione dei cicli Rimodulazione dei carichi ai percorsi 55

14 Regole Generali: a. Non trasferire calore attraverso il Pinch b. Non fornire calore al di sotto del Pinch c. Non sottrarre calore al di sopra del Pinch Come procedere nei singoli passaggi 1 2 Identificazione delle singole unità dell impianto Bilanci per ciascuna unità Simulazione dell impianto 3 4 Costruzione grafica delle curve 5 Utilizzo di software o fogli di calcolo 6 7 Software completamente automatici basati su sovrastrutture pure Inserimento su software di progettazione con intervento umano sulle singole scelte 56