Turbine a gas, risparmio energetico con produzione di vapore

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Una nuova tecnologia con turbine a gas “oil-free” consente la generazione combinata di energia elettrica e vapore/acqua calda ad alto rendimento.
La cogenerazione permette di sfruttare il calore di scarto derivante dalla produzione di energia elettrica per ricavarne vapore e/o acqua calda per il processo e il riscaldamento. In particolare, la tecnologia cogenerativa a turbina a gas “oil free” ad alto rendimento assicura un alto risparmio energetico (oltre il 30%), la modulazione del carico elettrico e termico dallo 0 al 100%, emissioni nocive tra le più basse (NOx<18 mg/Nm3 e CO<50 mg/ Nm3), flessibilità del range di potenza offerta dalle soluzioni (da 30 kWel fino a 5 Mwel), bassa manutenzione e limitati fermi macchina, la possibilità di massimizzare la produzione, anche combinata, di fumi caldi diretti, acqua calda/olio diatermico, acqua refrigerata e vapore saturo alla pressione desiderata.

Un’applicazione che massimizza la produzione di vapore
La tecnologia cogenerativi a turbina a gas “oil-free” è prodotta da Capstone Turbine Corporation® e distribuita in Italia da IBT Group. Questa tecnologia assicura il massimo livello di recupero termico e quindi di risparmio, in quei processi dell’industria alimentare che richiedono energia termica sotto forma di vapore saturo e, se richiesto, anche di acqua calda. L’applicazione, utilizzando le turbine Capstone a gas da 200, 600, 800 e 1.000 kWe, consente di ottimizzare la produzione di vapore mediante l’impiego di un generatore di vapore a recupero che utilizza l’energia dai gas di scarico della turbina. I gas esausti, oltre ad avere tenori di NOx e CO molto bassi, presentano un alto contenuto di ossigeno (circa il 17%) che consente di poterli utilizzare come aria comburente a circa 300°C in un bruciatore in vena d’aria. Mediante l’iniezione in vena di combustibile, la temperatura dei gas esausti viene elevata da 300 a circa 700°C. Tale flusso è quindi inviato ad un generatore di vapore a recupero per la produzione di vapore saturo (da 1-5 ton/h) alla pressione richiesta. A valle del generatore di vapore, è possibile recuperare ulteriore energia termica sotto forma di acqua calda alla temperatura richiesta.

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La generazione di vapore a recupero diretto
Una turbina C1000 da 1000 kWel a gas naturale produce 6,65 kg/s (37.500 m3/h) di fumi esausti a 280°C. Essi confluiscono in un generatore di vapore a recupero dove vengono prodotti 1000 kg/h di vapore saturo a 8 bar. Inoltre, i gas esausti che fuoriescono dal generatore (a 190°C) possono essere utilizzati per: produrre acqua calda per il riscaldamento o per alimentare un frigorifero ad assorbimento a bromuro di litio o per preriscaldare l’acqua calda che confluisce nel generatore di vapore. I consumi sono valutati in 316 Smc/h di gas metano a piena potenza. Altri vantaggi apportati dalla tecnologia riguardano l’assenza di oli lubrificanti, la velocità rotazione variabile, la modulazione del carico dallo 0% al 100%, la possibilità di inseguimento termico o elettrico, la tutela dell’ambiente, i bassi costi di manutenzione (ordinaria ogni 8.000 ore e straordinaria ogni 40.000). Il risparmio energetico è di 350 TEP (tonnellate annue equivalenti di petrolio) pari a circa 1000 ton di CO2 non immesse in atmosfera. Una riduzione delle emissioni equivalenti a piantare 200 ettari di boschi o all’eliminazione di circa 700 automobili all’anno.

La generazione di vapore con post-combustione
Una turbina Capstone C1000 genera gas esausti che vengono inviati ad un bruciatore in vena d’aria. Grazie all’iniezione di gas naturale, i gas esausti dopo la combustione raggiungono una temperatura di 445°C e sono quindi spinti all’interno del generatore di vapore a recupero. Il modulo di recupero termico, previsto in opzione, è in grado di produrre acqua calda a 90°C e 525 kWth nel periodo invernale con la possibilità di produrre 365 kWf di acqua refrigerata a 7°C nel periodo estivo grazie ad un gruppo frigorifero ad assorbimento. I Consumi alla potenza nominale sono di 316 Smc/h di gas metano per l’alimentazione della turbina a piena potenza 121 Smc/h gas metano al bruciatore in vena d’aria per generare 3 ton/h di vapore a 10bar. Il risparmio energetico in questo caso è valutato di 206 TEP (tonnellate annue equivalenti di petrolio) pari a circa 582 ton di CO2 non immesse in atmosfera all’anno.

C1000

Case history: Tonno Castiglione e Surgital

L’azienda Nino Castiglione S.r.l. – con una produzione annua di 100 milioni di scatolette è il primo produttore italiano di tonno in scatola a private label per GD e GDO – ha realizzato nella sua sede storica presso l’antica tonnara di San Cusumano a Trapani, un impianto di cogenerazione con turbine a gas che sfrutta e un sistema di recupero termico per assiurare il massimo livello di efficienza in quei processi come la cottura e la sterilizzazione del tonno in scatola, che richiedono energia termica sotto forma di vapore saturo. Si calcola infatti che, grazie al nuovo impianto, si risparmierà circa il 30% di energia primaria e 210 TEP (Tonnellate Equivalenti di Petrolio) pari a 590 ton di CO2 non immesse in atmosfera. L’assenza di liquidi lubrificanti fa sì che i gas esausti delle microturbine, oltre ad avere tenori di NOx e CO molto bassi (NOx<18 mg/Nm3 e CO<50 mg/Nm3), presentano un alto contenuto di ossigeno che consente di poterli utilizzare come aria comburente. Il sistema utilizza una turbina Capstone a gas naturale da 600 kWe che ottimizza la produzione di vapore mediante l’impiego di un generatore di vapore a recupero e bruciatore in “vena d’aria” che sfrutta totalmente l’energia dei gas di scarico della turbina. Il tutto con zero immissioni. Anche Surgital, azienda che produce pasta fresca surgelata, piatti pronti e sughi surgelati, ha installato, nella sua sede di Lavezzola (Ravenna), un impianto di autoproduzione energetica ad alta efficienza ed emissioni near-zero. Anche in questo caso, il sistema produrrà congiuntamente energia elettrica, vapore e freddo. Negli anni duemila l’innovazione aziendale ha riguardato principalmente il prodotto, la sua comunicazione e l’efficientamento energetico dell’azienda. Nel 2010, Surgital ha installato una centrale di trigenerazione combinata ad un impianto fotovoltaico e nel 2013 si è realizzato un nuovo magazzino di stoccaggio, completamente automatizzato, con una capienza di 14.000 posti pallet. Con lo scopo di fornire energia al nuovo magazzino di stoccaggio, Surgital ha installato un impianto con turbina a gas oil-free e processo di post-combustione. Il sistema è composto da una turbina Capstone a gas naturale da 600 kWe che ottimizza la produzione di vapore (3.000 kg/ora a 8 bar) mediante l’impiego di un generatore di vapore a recupero e bruciatore in vena d’aria che sfrutta totalmente l’energia dei gas di scarico della turbina. Il vapore serve ad alimentare un frigorifero ad assorbimento ad ammoniaca che produce il liquido refrigerato a -30°C necessario per alimentare la nuova cella frigorifera da 14.000 posti pellet. Anche in questo caso con zero emissioni. L’impianto, che diminuirà di oltre il 30% il consumo di energia primaria con conseguente aumento di produttività dell’azienda, contribuirà a risparmiare in un anno circa 320 TEP (Tonnellate Equivalenti di Petrolio) pari a 642 ton di CO2 non immesse in atmosfera.