I bruciatori nell era del digitale: un nuovo potenziale di risparmio

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1 I bruciatori nell era del digitale: un nuovo potenziale di risparmio RELATORE: Luca Borghi Weishaupt Italia SpA

2 L azienda Weishaupt Fondata nel 1932 da Max Weishaupt Dal 1930 al 1960 passa da impresa artigianale ad azienda industriale Oggi: o dipendenti o Fatturato superiore ai 540 M o Azienda a gestione familiare: Presidente Ing. Siegfried Weishaupt Nel 1940 Attuale sede di Schwendi Bruciatore Fucina da Monarch campo

3 Il Gruppo: Bruciatori, Caldaie e PdC Geotermia Building Automation

4 Premessa: scopo e campo di applicabilità del bruciatore Il bruciatore ha il compito di svolgere la Combustione, ovvero un insieme di reazioni chimiche che comportano l ossidazione di un combustibile da parte di un comburente, con lo sviluppo di calore e radiazioni elettromagnetiche. Una buona combustione deve: 1) essere svolta in completa sicurezza 2) rispettare l ambiente: a) Non emettere inquinanti b) Avere un alto rendimento Il più comune e diffuso sistema di combustione nell industria è il bruciatore ad aria soffiata: caldaie per acqua calda, vapore o ad olio diatermico Impianti di processo: forni cottura, essicazione, atomizzatori, post-combustori ecc

5 La combustione: Emissioni h NO X CO Parametri che influenzano la formazione degli ossidi di azoto

6 Il rapporto aria/combustibile: Zona di lavoro di un buon bruciatore bruciatore non performate Problemi in caso di mancanza d aria: Presenza di incombusti Pericolo di esplosione Formazione di CO Bassa resa energetica CO NO x -20% -10% 0% 20% 40% % eccesso aria h O 2 Problemi in caso di eccesso d aria: Bassa resa energetica a causa dell elevata diluizione in aria Aumento di emissioni di NOx Situazione ideale: fornire il minimo eccesso d aria sufficiente a completare la combustione senza formazione di inquinanti Ogni punto di lavoro del bruciatore dovrà cercare di perseguire questo obiettivo Il bruciatore è un componente dinamico

7 L influenza dell eccesso d aria: 98% Fissati i limiti emissivi, uno dei principali parametri che identifica 96% la qualità della combustione è il tenore di O 2 residuo ai fumi 94% 100 C La UNI 10389, che trova applicazione per i generatori di calore, descrive la modalità di calcolo del rendimento tecnico istantaneo di combustione in funzione della temperatura netta dei fumi e del Rendimento di combustione 92% 90% 88% 125 C 150 C 175 C 200 C tenore di O 2 86% 225 C UNA VARIAZIONE DI 3 PUNTI PERCENTUALI DI O 2 PUÒ PORTARE AD UNA 84% 250 C VARIAZIONE DEL RENDIMENTO DI COMBUSTIONE DEL 2 % 82% O 2

8 Parametri che influenzano il funzionamento del bruciatore: Il bruciatore è un componente che si interfaccia con un sistema complesso: Condizioni ambientali Gestione avviamenti e fermate Dimensioni focolare Limiti emissivi imposti Profilo di carico dell utenza servita Tipologia di combustibile Rumorosità Fluido termovettore Rampa di alimento combustibile Contropressione al focolare

9 Parametri che influenzano il funzionamento del bruciatore: I principali parametri che determinano il funzionamento ed il rendimento del bruciatore: Le caratteristiche del bruciatore devono abbinarsi perfettamente alla caldaia/impianto su cui viene installato. Parametri principali che influenzano la scelta del bruciatore sono: Dimensionamento corretto Pressione di arrivo del metano Potenzialità richiesta Limiti emissivi richiesti Dimensioni camera di combustione e contropressione al focolare Condizioni ambientali del sito

10 Parametri che influenzano il funzionamento del bruciatore: I principali parametri che determinano il funzionamento ed il rendimento del bruciatore: Dimensionamento corretto Campo di lavoro del bruciatore Campo di modulazione del bruciatore

11 Parametri che influenzano il funzionamento del bruciatore: I principali parametri che determinano il funzionamento ed il rendimento del bruciatore: Dimensionamento corretto Campo di lavoro del bruciatore Campo di modulazione del bruciatore Classe di efficienza del motore elettrico Eventuale presenza di inverter per regolazione del motore aria Potenze contenute ma elevate ore di funzionamento. Alcuni tipici profili di funzionamento: Riscaldamento: h/y Riscaldamento e produzione ACS: h/y Industria operante su 1 turno: h/y Consumo del ventilatore µ cubo velocità L utilizzo di inverter porta a considerevoli risparmi

12 Parametri che influenzano il funzionamento del bruciatore: I principali parametri che determinano il funzionamento ed il rendimento del bruciatore: Dimensionamento corretto Campo di lavoro del bruciatore Campo di modulazione del bruciatore Classe di efficienza del motore elettrico Eventuale presenza di inverter per regolazione del motore aria Integrazioni di accessori per la regolazione in continua della combustione Possibile integrazione di regolazione tramite sonda O 2 e CO

13 L evoluzione tecnologica: MIGLIORAMENTO NELLA PROGETTAZIONE MIGLIORAMENTO NELLA GESTIONE

14 L evoluzione tecnologica: MIGLIORAMENTO NELLA PROGETTAZIONE Ottimizzazione della testa di combustione

15 L evoluzione tecnologica: MIGLIORAMENTO NELLA PROGETTAZIONE Ricircolo fumi Effetti: Riduzione dell ossigeno in zona di reazione Incremento velocità di flusso e conseguente riduzione dei tempi di permanenza dell azoto e dell ossigeno nella zona di reazione.

16 L evoluzione tecnologica: MIGLIORAMENTO NELLA GESTIONE Utilizzo di servomotori per regolazione aria e gas Management digitale Flessibilità di comunicazione Facile integrazione su sistemi di regolazione esterni Migliore gestione dei dati rilevati dalle sonde

17 Vantaggi ottenuti: Ampliamento della gamma prodotti Riduzione delle emissioni Incremento dell affidabilità Semplicità di assemblaggio / manutenzione Ridotti tempi di avviamento / fermi-guasto Riduzione consumi Ampliamento campo di modulazione Eliminazione dell influenza delle condizioni ambientali Semplicità di connessione con sistemi di monitoraggio e/o gestione esterni

18 Caratteristiche bruciatori Weishaupt: BASSISSIME EMISSIONI: basse emissioni in tutti i campi di lavoro possibilità di configurazione in funzione dei limiti richiesti SOLIDITA COSTRUTTIVA: la struttura monoblocco conferisce elevata solidità componenti elettrici cablati a spina con cablaggio semplice ed immediato BASSI CONSUMI: eccessi d aria ridotti grazie all ottima miscelazione creata dalla testa di combustione ampio campo di modulazione Possibilità di funzionamento con aria preriscaldata T<250 C ridotti consumi elettrici e bassa rumorosità grazie all utilizzo di inverter Sezione per il montaggio dei bruciatori Stabilimento di Schwendi eliminazione dell influenza delle condizioni ambientali (T;P) grazie alla sonda O 2

19 Caratteristiche bruciatori Weishaupt: REGOLAZIONE ELETTRONICA: precisa regolazione combustibile/aria in qualsiasi punto di lavoro regolazione dei servomotori esente deterioramenti/giochi TECNOLOGIA DI COSTRUZIONE AVANZATA: progettati e realizzati in Germania collegamenti a spina codificati meccanicamente tutti i prodotti vengono prodotto testati in casa madre bassa rumorosità GESTIONE DIGITALE: regolazione ottimale tramite apposito display flessibilità di comunicazione dati SISTEMI DI REGOLAZIONE: possibilità di utilizzo di inverter (anche montato) per regolazione giri ventilatore affinamento della regolazione tramite sonda O 2

20 Best practice: il caso Barilla Il progetto ha riguardato la sostituzione dei bruciatori abbinati ad un forno di cottura biscotti Step 0: Sono state misurate le condizioni operative del forno in termini di consumo e qualità delle emissioni Step 1: Weishaupt attraverso il proprio software, ha effettuato una valutazione dei costi/benefici legati all intervento Step 2: Weishaupt sulla base della propria esperienza ha indicato a Barilla delle modifiche strutturali da svolgersi sul forno Step 3: Barilla ha svolto le modifiche sul forno ed acquistato un bruciatore Step 4: Barilla ha monitorato le performance del nuovo bruciatore Step 5: Sono stati sostituiti i restanti bruciatori del forno con bruciatori Weishaupt aventi potenzialità kW

21 Best practice: il caso Barilla I risultati ottenuti e rilevati da Barilla: EMISSIONI: Riduzione NO X da 122 mg/nmc a 73 mg/nmc (-41%) RIDUZIONE DEI CONSUMI DI METANO DEL 7% Investimento completamente ripagato in 3 anni

22 Best practice: Galleria del Duomo e Teatro alla Scala Il progetto ha riguardato la sostituzione di 4 bruciatori installati su caldaie acqua calda Obiettivo: riduzione emissioni RISULTATI: Fornitura di: Nr 3 bruciatori da 4,5 MW Nr 1 bruciatore da 1,5 MW Riduzione consumi di metano ed elettrici del 25% Tempo di rientro dell investimento < 1 anno Tutti i bruciatori dotati di Inverter e sonda O 2

23 Effettua il check del tuo bruciatore con noi Raccolta dati impiantistici Esecuzione prova fumi con nostro strumento certificato Simulazione tramite software dei risparmi ottenibili Software Weishaupt per valutazione risparmi ottenibili sviluppato dal Politecnico di Aachen L analisi prevede: Identificazione del bruciatore più idoneo alle esigenze produttive Valutazione del costo di intervento Valutazione dei risparmi di combustibile e di energia elettrica Valutazione del tempo di rientro dell intervento in funzione del profilo di carico del cliente

24 Giugno: effettua il check del bruciatore

25 Weishaupt Italia SpA Ing. Luca Borghi Cell: Via Enrico Toti Gerenzano (VA)

26 Diversi tipi di combustione: Caso 1: Campo di lavoro Caso 2: Campo di lavoro CO O 2 CO O 2 NO x h NO x h -20% -10% 0% 10% 20% % eccesso aria -20% -10% 0% 10% 20% % eccesso aria Il bruciatore non riuscendo ad effettuare un buon mix combustibile/comburente deve operare con un eccesso d aria elevato, riducendo quindi l efficienza di combustione. La conformazione non ottimale di fiamma inoltre non minimizza le emissioni di NO X Il bruciatore effettua un ottima miscelazione combustibile/comburente riuscendo a lavorare con un basso eccesso d aria. Grazie ad una gestione ottimale della temperatura di fiamma si ha inoltre un contenimento delle emissioni di NO X