Post on 13-Jan-2022
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 Studio Associato di Ingegneria Via F. Juvara 9 – 20129 Milano Tel/Fax: 02-26681115 Email: alberto.piatti@studio-ai.191.it
Dipl.-Ing. Till Augustin Spilling Energie Systeme GmbH Werftstrasse 5 - D-20457 Hamburg Tel.: 0049 - (0)40-789175-35 Email: t.augustin@spilling.de
Spilling Steam Power: Engines and Turbines
! 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 Steam Power: Engines and Turbines
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
Spilling Steam Power: Engines and Turbines
Programma Spilling
Spilling Steam Power: Engines and Turbines
Cogenerazione di vapore da biomassa
Spilling Steam Power: Engines and Turbines
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
Spilling Steam Power: Engines and Turbines
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 utilizzato 18,10% 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
Spilling Steam Power: Engines and Turbines
Generazione Elettrica Pura
Diagramma-Fiume (Sankey) di impianto di cogenerazione (energia elettrica e 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
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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
- Pressione ingresso
Rendimento di caldaia
Potenza termica netta di caldaia
Potenza termica al focolare
Motore primo Turbina
Tipo multi stadio
Pressione del vapore prodotto da caldaia (bar abs) 42
Temperatura del vapore prodotto da caldaia (°C) 425
Combustibile Biomassa solida
(t/h) 30,0
(kWh/t) 782
(bar abs) 40
(kW) 23.460
0,88
Rendimento elettrico (lordo) in funzione delcombustibile utilizzato
25%
(kWel) 6.700
(bar abs) 0,1
(°C) 420
(kW) 26.659
Produzione di vapore
- Temperatura ingresso
- Pressione uscita
Temperatura vapore in uscita da turbina (°C) 46
Utilizzo vapore in uscita da turbina nessuno
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Espansore Spilling: Progettazione modulare
Spilling Steam Power: Engines and Turbines
! 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:
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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
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Filmato dell‘Espansore
Espansore Spilling
Spilling Steam Power: Engines and Turbines
Espansori Spilling: rendimenti elevati anche a carico parziale
0 0
25
25
50
50
75
75
100
100
100 80
120 140 160
Throughput
Cap
acity
[%
]
Spe
c. S
team
con
sum
ptio
n [%
]
Spilling Steam Power: Engines and Turbines
Espansori Spilling :
Esempio con 4 t/h
Engine Type: 1/ 1-H12 TSNumber of Expansion Stages: 2Number of Cylinders: 2Speed: [rpm] 1000
Generator Rating: [kVA] 420Voltage: [V] 400Frequency: [Hz] 50
Boiler (Exit): [barg] / [°C] 25,0/ 265Inlet - Engine: [barg] / [°C] 24,0/ 260Outlet - Engine: [barg] 0,5
Project: Example IEA - Workshop Chart: DA 14056Steam 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]
Elec
trica
l Out
put [
kWel]
Spilling Steam Power: Engines and Turbines
! 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:
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Confronto dei criteri di regolazione
0 0
25
25
50
50
75
75
100
100 Steam flow [%]
Pow
er
[%]
Regolaz. del riempimento (espans.) Gruppo di ugelli di regolaz. (turbina) Valvola regolatrice (turbina)
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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
Spilling Steam Power: Engines and Turbines
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
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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
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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
Spilling Steam Power: Engines and Turbines
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
Spilling Steam Power: Engines and Turbines
Grazie per la Vostra attenzione