STEELMASTER Special Edition 2013
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- Cesare Vanni
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1 STEELMASTER Special Edition 2013 Recupero del calore dalla scoria nell industria siderurgica Autore: Ing. Massimiliano Eroli Relatore: Ing. Enrico Malfa
2 Le scorie siderurgiche - Tipologie Scoria da altoforno (ABS-GBS) Ossidi che derivano dal minerale di ferro (CaO,MgO, SiO2, Al2O3). Se raffreddata all aria ABS (Air Cooled Blast Furnace Slag), se raffreddata in acqua GBS (Granulated Blast Furnace Slag) fase vertosa (usata nella produzione del cemento) Scoria da convertitore (BOF) Costituita da ossidi e metalli. Caratterizzata da instabilità che ne limita il riutilizzo (usata per ceramiche e cementi in piccola %). Scoria da forno elettrico (EAF-C,EAF-S) EAF-C dalla produzione di acciai al carbonio, EAF-S dalla produzione di acciai altolegati. Utilizzata come inerte nelle costruzioni o nei conglomerati bituminosi. Un rapido raffreddamento evita il disperdersi dei metalli pesanti contenuti Scoria da metallurgia secondaria (SMS) Costituita principalmente da CaO, tende a polverizzare dopo raffreddamento. Viene utilizzata come alternativa alla calce (in EAF o per impieghi edilizi)
3 Le scorie siderurgiche - Volumi ITALIA Ciclo integrale Ciclo elettrico MONDO Slag Type Slag Ratio [kg/t CrudeSteel ] BF 275 BOF 111 EAF 199
4 Le scorie siderurgiche Contenuto energetico Slag Type Slag entalpy [MJ/ton] Estimated slag production [Mt/year] Heat value [TWh/year] Thermal conductivity [W/mK] BF BOF Mt 186TWh EAF Mt 35TWh 1-3 se T<1200 C se T>1400 C
![value [TWh/year] Thermal conductivity [W/mK] BF 1.600 BOF 1.](/docs-images/42/6438185/images/page_4.jpg "300 425Mt 186TWh EAF 1.800 80Mt 35TWh 1-3 se T<1200 C 0.1-0.")
5 Tecnologie per il recupero termico Metodi Fisici Metodi con frantumazione meccanica Solid impingement (urto con altre particelle) Mechanical stirring (agitazione meccanica) Rotating Drum (impatto con le pareti del tamburo rotante) Metodi a getto d aria Metodi con centrifugazione Rotating Cup Atomizer Spinning Disk Atomizer Rotating CiLinder Atomizer Metodi Chimici Sfruttano il calore delle scorie per far avvenire reazioni endotermiche di interesse industriale Methane Reforming Gassificazione del carbone Pirolizzazione circuiti stampati
6 Tecnologie per il recupero termico Metodi con frantumazione meccanica Solid impingement Rotating Drum Swedish Group Merotec NKK Granulometria delle particelle 10mm Recupero termico 60% Aria C BASSA EFFICIENZA ENERGETICA (Tout slag = C) PARTICELLE GROSSOLANE E DISOMOGENEE
7 Tecnologie per il recupero termico Metodi a getto d aria Granulometria delle particelle 3mm Recupero termico 40% 250 C Mitsubishi Heavy and NKK BUONA GRANULOMETRIA ALTA EFFICIENZA ALTI COSTI DI FUNZIONAMENTO
8 Tecnologie per il recupero termico Metodi con centrifugazione Spinning Disk Atomizer CSIRO (Australia) Granulometria delle particelle 1-2mm Recupero termico 60% Aria 600 C BUONA GRANULOMETRIA ALTA EFFICIENZA
9 Tecnologie per il recupero termico Altri metodi fisici Phase Change Materials (PCM) Trasduttori effetto Seeback Consentono la trasportabilità del calore Tecnologia non ancora consolidata Bassa efficienza <5% Alti costi
10 Tecnologie per il recupero termico Metodi chimici Methane Reforming H 2 O + CH 4 + calore 3H 2 + CO
11 Tecnologie per il recupero termico Metodi chimici Pirolisi dei circuiti stampati Yuelin, Qin, et al., et al. 2013
12 Possibili utilizzi del calore recuperato CALORE RECUPERATO DALLE SCORIE ENERGIA TERMICA ENERGIA TERMICA GENERATORE (ORC) SCAMBIATORE DI CALORE ENERGIA TERMICA ENERGIA ELETTRICA ENERGIA TERMICA CALORE USO INTERNO Utilizzo diretto del calore per processi, riscaldamento etc.. Produzione vapore CALORE USO ESTERNO Alimentazione rete di teleriscaldamento Altri impieghi Energia elettrica alla rete Energia elettrica ad uso interno Riscaldamento edifici Uso interno piccole utenze
13 Studio di fattibilità ciclo elettrico t/anno di acciaio Produzione scoria 20t/h (T=1600 C) Entalpia scoria 1800MJ/ton 10MW di potenza termica disponibile ogni ora Utilizzando tecnologia SDA recupero termico 60% 6MW termici sotto forma di aria calda (T=600 C) Utilizzi considerati 1) Utilizzo del solo calore ad uso interno/esterno 2) Produzione energia elettrica da ciclo ORC 3) Cogenerazione da ciclo ORC 4) Produzione vapore ad uso interno
14 Studio di fattibilità ciclo elettrico CASO 34 12
15 Studio di fattibilità ciclo elettrico Dati utilizzati per lo studio di fattibilità DATI TECNICI Tipologia impianto Recupero termico Recupero elettrico Scambiatore 75-85% ORC 50-60% (H 2 0 T=80 C) 15-18% Generatore vapore 75-85% Prezzo della tecnologia Min /MW Max /MW Recuperatore termico Connessioni recupero termico Generatore di vapore ORC Costi operativi 1% del totale 3% del totale Spinning Disk Atomizer *MW DATI ECONOMICI /MWh Natural Gas Elettricità Energia termica Certificati bianchi 14 /tco2
16 1) Utilizzo del solo calore ad uso interno/esterno Studio di fattibilità ciclo elettrico t/anno di acciaio 2) Produzione energia elettrica da ciclo ORC 3) Cogenerazione da ciclo ORC 4) Produzione vapore ad uso interno
17 Studio di fattibilità ciclo integrale t/anno di acciaio 1) Utilizzo del solo calore ad uso interno/esterno 2) Produzione energia elettrica da ciclo ORC 3) Cogenerazione da ciclo ORC 4) Produzione vapore ad uso interno
18 Conclusioni Il calore dalla scoria è difficilmente recuperabile Gli impianti di recupero hanno un rendimento massimo del 60% L energia potenzialmente recuperabile nel mondo è 12GWh Tuttavia non viene applicato perché: Scarsa fiducia nelle potenzialità (possibili discontinuità degli impianti) Pay-back time lunghi Scarsa informazione sulle tecnologie disponibili E economicamente vantaggioso per impianti a ciclo integrale Da valutare per gli impianti a ciclo elettrico (principalmente produzione di vapore) Importante incentivare queste tecnologie (es. finanziamenti europei)
19 Grazie per l attenzione
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