TECNOLOGIE DISPONIBILI PER L UTILIZZO ECOCOMPATIBILE DEL CARBONE. Rosa Domenichini/Silvio Arienti Foster Wheeler Italiana Power Division

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1 Rosa Domenichini/Silvio Arienti Foster Wheeler Italiana Power Division

2 Indice 1. La scelta del Carbone in Italia 2. Rispetto dell Ambiente ed Efficienza 3. Caldaie Supercritiche ad Attraversamento Meccanico 4. Il Ciclo Vapore Supercritico con Caldaia a Letto Fluido 5. Conclusioni

3 La Scelta del Carbone in Italia Viene incontro ad importanti orientamenti programmatici la diversificazione delle fonti energetiche rispetto a gas naturale e petrolio un approvvigionamento energetico sicuro e a basso rischio la riduzione del prezzo dell energia elettrica

4 La Scelta del Carbone in Italia I vantaggi del carbone nel mercato dei combustibili: notevoli riserve distribuite sull intero pianeta (più di 250 anni) mercato in libera concorrenza, non influenzato da tensioni geopolitiche prezzi bassi e stabili

5 La Scelta del Carbone in Italia Italia (2002) Italia (2005) 20% 6% 12% 27% Carbone Olio Gas Naturale 21% 4% 11% 18% Carbone Olio Gas Naturale Rinnovabili Rinnovabili 35% Altri 46% Altri Fonte: Autorità per il Gas e l Energia Elettrica (2003)

6 La Scelta del Carbone in Italia Le condizioni per un impulso all utilizzo di carbone: pieno rispetto della compatibilità ambientale alta efficienza (che significa anche minore impatto ambientale) superamento tecnologico delle difficoltà di manipolazione, trasporto e stoccaggio costi competitivi

7 Rispetto dell Ambiente ed Efficienza Limiti della Direttiva Europea 2001/80 in via di recepimento dallo stato italiano: Inquinanti Concentrazione in mg/nm 3 al 6% di O 2 nei fumi secchi NO x 200 SO x 200 Particolati 30

8 Rispetto dell Ambiente ed Efficienza Il rispetto dell ambiente si ottiene grazie a: adeguati sistemi di trasporto adeguati sistemi di stoccaggio (duomi) tecnologie innovative impianti ad alta efficienza

9 Rispetto dell Ambiente ed Efficienza Stoccaggio del Carbone

10 Rispetto dell Ambiente ed Efficienza Maggiore efficienza di produzione energia elettrica significa: minore quantità di inquinanti scaricati per kwh prodotto minore quantità di anidride carbonica rilasciata all atmosfera per kwh prodotto

11 Rispetto dell Ambiente ed Efficienza Tecnologie disponibili: cicli vapore supercritici ed ultrasupercritici basati su caldaie a polverino cicli vapore supercritici basati su caldaie a letto fluido circolante impianti di gassificazione del carbone integrati con un ciclo combinato (IGCC) Tutte queste tecnologie vengono sviluppate con gli obiettivi di una massimizzazione dell efficienza e riduzione delle emissioni. Ognuna di esse presenta vantaggi e svantaggi

12 massima efficienza Caldaie a Polverino Ultrasupercritiche trattamento fumi complesso e costoso scarsa flessibilità nei confronti delle caratteristiche dei combustibili La gassificazione funziona da ponte tra il carbone e le turbine a gas: minimo impatto ambientale I G C C possibilità di rimuovere l anidride carbonica per segregarla in giacimenti esausti possibilità di produrre idrogeno da carbone

13 Caldaie Supercritiche ad Attraversamento Meccanico: pressioni superiori a 220 bar (pressione critica dell acqua) progettazione basata su temperature sempre più alte in campo supercritico ed ultrasupercritico al progredire dei materiali utilizzati condizioni operative dei progetti in fase di realizzazione: pressioni : bar temperature : C rendimenti più elevati aspetto critico: elevati stress termici dovuti a sbilanciamenti nell assorbimento di calore e nelle portate dei singoli tubi

14 Caldaie Supercritiche ad Attraversamento Meccanico: Dalla caldaia con corpi cilindrici alla caldaia Once-through PRINCIPLE NATURAL CIRCULATION (DRUM) ONCE-THRU SUPERHEATER EVAPORATOR ECONOMIZER WATER WALL TUBING VERTICAL SPIRAL OR VERTICAL OPERATING PRESSURE BAR BAR

15 Caldaie Supercritiche ad Attraversamento Meccanico a Polverino La caldaia Foster Wheeler: basata su tecnologia Benson di derivazione Siemens evita stress termici grazie ad un arrangiamento basato su tubi verticali disposti in singolo passo, che realizza una sorta di circolazione naturale caldaie supercritiche Foster Wheeler a polverino di carbone: realizzate per un totale di 36,000 MWe con taglia massima di 800 MWe

16 Il Ciclo Vapore Supercritico con Caldaia a Letto Fluido L esperienza Foster Wheeler nella realizzazione di caldaie con parametri supercritici è stata trasferita alla Caldaia a Letto Fluido Circolante (CFB: Circulating Fluidized Bed) questa caldaia associa in modo innovativo due aspetti tecnologici significativi: 8 condizioni supercritiche in una caldaia ad attraversamento meccanico 8 tecnologia del letto fluido circolante per la combustione del carbone capacità fino a 600 MWe

17 Caldaia CFB Supercritica FW da 460 MWe di LAGISZA (Polonia)

18 Schema a blocchi CARBONE STOCCAGGIO CARBONE TRITURAZIONE CARBONE TRITURAZIONE CALCARE STOCCAGGIO CALCARE CALCARE CARBONE UNITA AUSILIARIE CICLO TERMICO VAPORE AP CALDAIA A LETTO FLUIDO CIRCOLANTE CALCARE CALDAIA A LETTO FUIDO CIRCOLANTE VAPORE AP CICLO TERMICO Energia Elettrica Fumi FILTRO FILTRO Fumi Energia Elettrica Fumi puliti Scorie Fumi puliti Camino Ceneri Camino

19 Il Ciclo Vapore Supercritico con Caldaia a Letto Fluido Temperatura di combustione bassa ( C) ed omogenea, grazie ad un letto di materiale di supporto 8 ridotte emissioni di NOx 8 ceneri mantenute al di sotto del punto di fusione 8 ridotti stress termici sui serpentini elevato tempo di residenza: minori emissioni di CO utilizzo del calcare per abbattare lo zolfo fino al 97%

20 Schema Caldaia CFB Foster Wheeler Steam Drum Steam Steam Outlet Water Downcomer Water Wall Fuel Limestone Separator Economizer Air heater Feed Water Inlet Dust Collector Combustion Chamber Fly Ash compact.eng/comflow.ds4/0801/tap Bottom Ash To Ash Silos Secondary Air Fan Primary Air Fan Induced Draft Fan

21 Prestazioni ed Emissioni Caldaia CFB PRESTAZIONI (Attese) Ciclo Vapore Supercritico con Caldaia a Letto Fluido Pressione di generazione vapore bar 275 Temperatura vapore Surriscaldato C 580 Temperatura Vapore Risurriscaldato C 600 Potenza Termica, MWt 1020 Potenza Lorda, MWe 490 Consumo Ausiliari, MWe 40 Potenza Netta, MWe 450 Efficienza Netta, % 44.1 EMISSIONI (Attese) (ottenute con la sola tecnologia di combustione) mg/nm 6%O2 vol secco NOX CO SOX

22 Il Ciclo Vapore Supercritico con Caldaia a Letto Fluido Emissioni Caldaia CFB Foster Wheeler Valori inferiori ai limiti di legge grazie alla sola tecnologia di combustione particolati rimossi con tecnologie di abbattimento convenzionali emissioni gassose ulteriormente riducibili con sistemi tradizionali di trattamento fumi: 8 iniezione di urea/nh 3 (SNCR): NO x a 100 mg/nm 3 8 SCR: ulteriore diminuzione NO x 8 desolforazione fumi

23 Conclusioni Vantaggi della tecnologia a letto fluido Foster Wheeler: ampia flessibilità nell utilizzo di tutti i tipi di carbone e di altri combustibili co-combustione alta efficienza di combustione alta efficienza del ciclo supercritico basse emissioni grazie alla sola tecnologia di combustione alta affidabilità costo di investimento competitivo con altre tecnologie di produzione di energia elettrica