Post on 15-Feb-2019
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)
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
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
Spilling Steam Power: Engines and Turbines
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
Spilling Steam Power: Engines and Turbines
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
Spilling Steam Power: Engines and Turbines
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:
Spilling Steam Power: Engines and Turbines
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
Spilling Steam Power: Engines and Turbines
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
Ca
pa
city
[%]
Spilling Steam Power: Engines and Turbines
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]
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:
Spilling Steam Power: Engines and Turbines
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)
Spilling Steam Power: Engines and Turbines
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
Spilling Steam Power: Engines and Turbines
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
Spilling Steam Power: Engines and Turbines
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