Impianti di cogenerazione a biomassa di piccola taglia con ... · Diagramma Sankey di Impianto di cogenerazione a vapore da Biomassa ~ 60 - 80 % Energia Termica ~ 5 – 20 % Energia

Spilling Steam Power: Engines and Turbines

Workshop, Torino, 3 Luglio 2012

Biomasse ad uso energetico

Impianti di cogenerazione a biomassa di piccola taglia

con espansori di vapore di nuova generazione

Prof. Ing. Alberto Piatti (SAI / Milano)

Dipl.-Ing. Till Augustin (Spilling / Hamburg)


Chi è Spilling

Cogenerazione con impianti a vapore alimentati da

biomassa

Espansore a vapore Spilling

Esempi applicativi

Impianti di cogenerazione a biomassa

con Espansori a vapore Spilling

Contenuti:


Spilling: Informazioni sull‘Azienda

Produttore di Espansori e Turbine

Ubicazione: Amburgo

Fondata nel 1889

Linee di produzione: Espansori a Vapore

Turbine a Vapore

Espansori di Gas


Programma Spilling


Cogenerazione di vapore da biomassa


Ottimizzazione energetica con impianti di

cogenerazione

Diagramma Sankey di Impianto di cogenerazione a vapore da

Biomassa

~ 60 - 80 % Energia Termica

~ 5 – 20 % Energia Elettrica

~ 70 - 85 %

Produzione

di energia

100 %

Energia

immessa

col combustibile

~10 - 25 % Perdite in

caldaia

Altre Perdite


Utilizzazione Ottimale dell‘Energia con Impianti di Cogenerazione

Elettricità come prodotto pregiato

111

Utilizzo vapore in uscita da turbina Teleriscaldamento IndustrialeIndustriale e

teleriscaldamento

Temperatura vapore in uscita da turbina (°C) 93 185

2330

Rendimento elettrico (lordo) in funzione del combustibile

utilizzato18,10% 5,60% 10,20%

Calore del vapore di scarico (kWt) 18.000 13.500

1,5

Potenza elettrica ai morsetti del Generatore (kWel) 4.830 1.000 333

- Pressione uscita (bar abs.) 0,8 11

25,0

- Temperatura ingresso (°C) 420 vapore saturo secco 260

- Pressione ingresso (bar abs.) 40,0 60,0

0,84

Potenza termica al focolare (kW) 26.659 17.700 3.262

Rendimento di caldaia 0,88 0,88

685

Potenza termica netta di caldaia (kW) 23.460 15.576 2.740

Consumo specifico di calore per la produzione di vapore (kWh/t) 782 649

Produzione di vapore (t/h) 30,0 24,0 4,0

Combustibile biomassa solida

26

Temperatura del vapore prodotto da caldaia (°C) 425 vapore saturo secco 265

Pressione del vapore prodotto da caldaia (bar abs.) 42 62

Espansore

Tipo multi stadio monostadio bistadio

Motore primo Turbina Espansore

Vapore a/da Espansore/Turbina


Generazione Elettrica Pura

Diagramma-Fiume (Sankey) di impianto di produzione elettrica

di condensa vapore da Biomassa

~ 55 - 65 % Perdita di calore

al condensatore

15 – 25 (30) % Energia Elettrica ~ 70 - 80 %

Energia Termica

sottoforma

di vapore

100 %

Energia

immessa

col combustibile

~10 - 25 % perdite in

caldaia

Altre perdite


Impianto di generazione elettrica con condensazione sotto vuoto

Consumo specifico di calore per la produzione di vapore

Vapore a/da Espansore/Turbina

Potenza elettrica ai morsetti del Generatore

Temperatura vapore in uscita da turbina (°C) 46

Utilizzo vapore in uscita da turbina nessuno

(bar abs) 0,1

(°C) 420

(kW) 26.659

Produzione di vapore

- Temperatura ingresso

- Pressione uscita

Rendimento elettrico (lordo) in funzione del

combustibile utilizzato25,10%

(kWel) 6.700

(bar abs) 40

(kW) 23.460

0,88

(t/h) 30,0

(kWh/t) 782

Temperatura del vapore prodotto da caldaia (°C) 425

Combustibile Biomassa solida

Tipo multi stadio

Pressione del vapore prodotto da caldaia (bar abs) 42

Motore primo Turbina

- Pressione ingresso

Rendimento di caldaia

Potenza termica netta di caldaia

Potenza termica al focolare


Espansore Spilling: Progettazione modulare


progettazione modulare

(da 1 a 6 cilindri; 15 possibilità di diametro di pistone)

controllo volumetrico di portata: regolazione del coefficiente di

riempimento

lubrificazione a secco e vapore senza presenza olio

espansore montato su skid per installazione più rapida e semplice

Espansore Spilling

Caratteristiche progettuali:


Espansore Spilling

Caratteristiche e dati principali

fino a ~ 1.200 kW Energia elettrica

fino a ~ 40 t/h Portata vapore

~ 6 a 60 bar Pressione vapore

fino a ~ 15 bar Contropressioni


Filmato dell‘Espansore

Espansore Spilling


Espansori Spilling: rendimenti elevati anche a

carico parziale

0

0

25

25

50

50

75

75

100

100

100

80

120

140

160

Throughput

Ca

pa

city

[%]


Espansori Spilling :

Esempio con 4 t/h

Engine Type: 1/ 1-H12 TS

Number of Expansion Stages: 2

Number of Cylinders: 2

Speed: [rpm] 1000

Generator Rating: [kVA] 420

Voltage: [V] 400

Frequency: [Hz] 50

Boiler (Exit): [barg] / [°C] 25,0/ 265

Inlet - Engine: [barg] / [°C] 24,0/ 260

Outlet - Engine: [barg] 0,5

Project: Example IEA - Workshop Chart: DA 14056

Steam Engine Set Name: Au

Date: 4.10.10

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

Steam Flow Rate [t/h]

Ele

ctr

ica

l O

utp

ut [k

Wel]


ampio campo di applicazioni

rendimenti elevati in condizioni di carico parziale

buon comportamento nella regolazione in condizioni di variabilità del

vapore di alimentazione

buona potenzialità per vapore saturo

modeste richieste di trattamento dell‘acqua di alimento di caldaia

possibilità di manutenzione svolta da tecnici e personale in loco

Espansore Spilling : Caratteristiche / Vantaggi:


Confronto dei criteri di regolazione

0

0

25

25

50

50

75

75

100

100 Steam flow [%]

Po

we

r [%

]

Regolaz. del riempimento (espans.)

Gruppo di ugelli di regolaz. (turbina)

Valvola regolatrice (turbina)


Esempio 1

Potenza elettrica: 514 kWel

Dati vapore di alimento: 11 t/h / 8 bar / Saturo

Pressione Vapore in uscita: 0,5 barg

Inceneritore di fanghi

(Olanda)

Utilizzo del vapore in

uscita dall’espansore:

preriscaldo dell’acqua

calda sanitaria e

riscaldamento ambienti


Esempio 2

Potenza elettrica: 2 x 1.000 kWel

Dati vapore di alimento: 2 x 24 t/h / 60 bar / Saturo

Pressione Vapore in uscita : 11 barg

Industria del legno

Impianto con caldaia a

biomassa

(Austria)

Utilizzo del vapore in

uscita dall’espansore:

nel processo di

produzione del legno e

alimentazione essicatore


Esempio 3

Potenza elettrica : 700 kWel

Dati vapore di alimento : 9 t/h / 25 bar / 250 °C

Pressione Vapore in uscita : 0,5 barg

Generatore

elettrico al servizio

di una segheria

Impianto con

caldaia a vapore

alimentata da

legna


Esempio 4

Potenza elettrica : 425 kWel

Dati vapore di alimento : 5,5 t/h / 34 bar / saturo

Pressione Vapore in uscita : 1,0 barg

Generatore

elettrico al servizio

di uno stabilimento

in Australia

Impianto con

caldaia a vapore

alimentata a legna


Gli Espansori a Vapore Spilling Steam si adattano

perfettamente ad impianti di cogenerazione di piccola

taglia con le seguenti caratteristiche:

campo di applicazione da 100 a 1.000 kWe

condizioni di variabilità del vapore di alimentazione

portate di vapore variabili

condizioni termodinamiche ‘moderate‘ del vapore di

alimentazione


Grazie per la Vostra attenzione

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