I bruciatori nell’era del digitale · Best practice: il caso Barilla I risultati ottenuti e...
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I bruciatori nell’era del digitale:un nuovo potenziale di risparmio
RELATORE:Luca BorghiWeishaupt Italia SpA
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L’azienda Weishaupt
Attuale sede di Schwendi
• Oggi:o 3’200 dipendentio Fatturato superiore ai 540 M€o Azienda a gestione familiare: Presidente Ing. Siegfried Weishaupt
Nel 1940 Fucina da campoBruciatore Monarch®
• Fondata nel 1932 da Max Weishaupt
• Dal 1930 al 1960 passa da impresa artigianale ad azienda industriale
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Il Gruppo:
Bruciatori, Caldaie e PdC
Building Automation
Geotermia
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Premessa: scopo e campo di applicabilità del bruciatore
Il più comune e diffuso sistema di combustione nell’industria è il bruciatore ad aria soffiata:
• caldaie per acqua calda, vapore o ad olio diatermico
• Impianti di processo: forni cottura, essicazione, atomizzatori, post-combustori ecc…
Il bruciatore ha il compito di svolgere la Combustione, ovvero un insieme di reazioni chimiche che comportano
l’ossidazione di un combustibile da parte di un comburente, con lo sviluppo di calore e radiazioni elettromagnetiche.
Una buona combustione deve:
1) essere svolta in completa sicurezza
2) rispettare l’ambiente:
a) Non emettere inquinanti
b) Avere un alto rendimento
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La combustione:
Emissioni
NOX
CO
h
Parametri che influenzano la formazionedegli ossidi di azoto
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Il rapporto aria/combustibile:
Problemi in caso di mancanza d’aria:
• Presenza di incombusti
• Pericolo di esplosione
• Formazione di CO
• Bassa resa energetica
Problemi in caso di eccesso d’aria:
• Bassa resa energetica a causa
dell’elevata diluizione in aria
• Aumento di emissioni di NOx
Situazione ideale: fornire il minimo eccesso d’aria sufficiente a completare la combustione senza formazione di inquinanti
NOx
CO
-20 % -10 % 0 % 20 % 40 %% eccesso aria
O2
Zona di lavoro di un buon bruciatore
hNOx
COO2
h
Zona di lavoro di un bruciatore non performate
Ogni punto di lavoro del bruciatore dovrà cercare di perseguire questo obiettivo
Il bruciatore è un componente dinamico
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La UNI 10389, che trova applicazione per i generatori di calore,
descrive la modalità di calcolo del rendimento tecnico istantaneo di
combustione in funzione della temperatura netta dei fumi e del
tenore di O2
L’influenza dell’eccesso d’aria:
Fissati i limiti emissivi, uno dei principali parametri che identifica
la qualità della combustione è il tenore di O2 residuo ai fumi
82%
84%
86%
88%
90%
92%
94%
96%
98%
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Rend
imen
todi
com
bust
ione
O2
100 °C
125 °C
150 °C
175 °C
200 °C
225 °C
250 °CUNA VARIAZIONE DI 3 PUNTI PERCENTUALI DI O2 PUÒ PORTARE AD UNA
VARIAZIONE DEL RENDIMENTO DI COMBUSTIONE DEL 2 %
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Parametri che influenzano il funzionamento del bruciatore:
Il bruciatore è un componente che si interfaccia con un sistema complesso:
Condizioniambientali
Contropressioneal focolare
Fluidotermovettore
Tipologia dicombustibile
Dimensionifocolare
Profilo di caricodell’utenza servita
Limiti emissiviimposti
Rumorosità
Gestione avviamenti efermate
Rampa di alimentocombustibile
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I principali parametri che determinano il funzionamento ed il rendimento del bruciatore:
• Dimensionamento corretto
Le caratteristiche del bruciatore devono abbinarsi perfettamente
alla caldaia/impianto su cui viene installato.
Parametri principali che influenzano la scelta del bruciatore sono:
• Pressione di arrivo del metano
• Potenzialità richiesta
• Limiti emissivi richiesti
• Dimensioni camera di combustione e contropressione al focolare
• Condizioni ambientali del sito
Parametri che influenzano il funzionamento del bruciatore:
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• Dimensionamento corretto
• Campo di lavoro del bruciatore
• Campo di modulazione del bruciatore
I principali parametri che determinano il funzionamento ed il rendimento del bruciatore:
Parametri che influenzano il funzionamento del bruciatore:
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• Dimensionamento corretto
• Campo di lavoro del bruciatore
• Campo di modulazione del bruciatore
• Classe di efficienza del motore elettrico
• Eventuale presenza di inverter per
regolazione del motore aria
Potenze contenute ma elevate ore di funzionamento.
Alcuni tipici profili di funzionamento:
• Riscaldamento: 4’300 h/y
• Riscaldamento e produzione ACS: 5’800 h/y
• Industria operante su 1 turno: 5’000 h/y
Consumo del ventilatore µ cubo velocità
L’utilizzo di inverter porta a considerevoli risparmi
I principali parametri che determinano il funzionamento ed il rendimento del bruciatore:
Parametri che influenzano il funzionamento del bruciatore:
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• Dimensionamento corretto
• Campo di lavoro del bruciatore
• Campo di modulazione del bruciatore
• Classe di efficienza del motore elettrico
• Eventuale presenza di inverter per
regolazione del motore aria
• Integrazioni di accessori per la regolazione
in continua della combustione
Possibile integrazione di regolazione tramite sonda O2 e CO
I principali parametri che determinano il funzionamento ed il rendimento del bruciatore:
Parametri che influenzano il funzionamento del bruciatore:
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L’evoluzione tecnologica:
MIGLIORAMENTO NELLA PROGETTAZIONE MIGLIORAMENTO NELLA GESTIONE
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L’evoluzione tecnologica:
MIGLIORAMENTO NELLA PROGETTAZIONE
• Ottimizzazione della testa di combustione
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L’evoluzione tecnologica:
MIGLIORAMENTO NELLA PROGETTAZIONE
• Ricircolo fumi
Effetti:• Riduzione dell’ossigeno in zona di reazione• Incremento velocità di flusso e conseguente
riduzione dei tempi di permanenza dell’azoto edell’ossigeno nella zona di reazione.
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L’evoluzione tecnologica:
MIGLIORAMENTO NELLA GESTIONE
• Utilizzo di servomotori per regolazione aria e gas
• Management digitale
• Flessibilità di comunicazione
• Facile integrazione su sistemi di regolazione esterni
• Migliore gestione dei dati rilevati dalle sonde
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Vantaggi ottenuti:
• Ampliamento della gamma prodotti
• Riduzione delle emissioni
• Incremento dell’affidabilità
• Semplicità di assemblaggio / manutenzione
• Ridotti tempi di avviamento / fermi-guasto
• Riduzione consumi
• Ampliamento campo di modulazione
• Eliminazione dell’influenza delle condizioni ambientali
• Semplicità di connessione con sistemi di monitoraggio e/o
gestione esterni
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Caratteristiche bruciatori Weishaupt:
BASSISSIME EMISSIONI:
• basse emissioni in tutti i campi di lavoro
• possibilità di configurazione in funzione dei limiti richiesti
SOLIDITA’ COSTRUTTIVA:
• la struttura monoblocco conferisce elevata solidità
• componenti elettrici cablati a spina con cablaggio semplice ed immediato
BASSI CONSUMI:
• eccessi d’aria ridotti grazie all’ottima miscelazione creata dalla testa di combustione
• ampio campo di modulazione
• Possibilità di funzionamento con aria preriscaldata T<250°C
• ridotti consumi elettrici e bassa rumorosità grazie all’utilizzo di inverter
• eliminazione dell’influenza delle condizioni ambientali (T;P) grazie alla sonda O2
Sezione per il montaggio dei bruciatoriStabilimento di Schwendi
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Caratteristiche bruciatori Weishaupt:
REGOLAZIONE ELETTRONICA:• precisa regolazione combustibile/aria in qualsiasi punto di lavoro• regolazione dei servomotori esente deterioramenti/giochi
TECNOLOGIA DI COSTRUZIONE AVANZATA:• progettati e realizzati in Germania• collegamenti a spina codificati meccanicamente• tutti i prodotti vengono prodotto testati in casa madre• bassa rumorosità
GESTIONE DIGITALE:• regolazione ottimale tramite apposito display• flessibilità di comunicazione dati
SISTEMI DI REGOLAZIONE:• possibilità di utilizzo di inverter (anche montato) per regolazione giri ventilatore• affinamento della regolazione tramite sonda O2
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Best practice: il caso Barilla
Il progetto ha riguardato la sostituzione dei bruciatori abbinati ad un forno di cottura biscotti
Step 1:Weishaupt attraverso il proprio software, ha effettuato una valutazione dei costi/benefici legati all’intervento
Step 0:Sono state misurate le condizioni operative del forno in termini di consumo e qualità delle emissioni
Step 5:Sono stati sostituiti i restanti bruciatori del forno con bruciatori Weishauptaventi potenzialità 40-350kW
Step 2:Weishaupt sulla base della propria esperienza ha indicato a Barilla delle modifiche strutturali da svolgersi sul fornoStep 3:Barilla ha svolto le modifiche sul forno ed acquistato un bruciatore
Step 4:Barilla ha monitorato le performance del nuovo bruciatore
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Best practice: il caso Barilla
I risultati ottenuti e rilevati da Barilla:
EMISSIONI:
Riduzione NOX da 122 mg/Nmc a 73 mg/Nmc (-41%)
RIDUZIONE DEI CONSUMI DI METANO DEL 7%
Investimento completamente ripagato in 3 anni
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Best practice: Galleria del Duomo e Teatro alla Scala
Il progetto ha riguardato la sostituzione di 4 bruciatori installati su caldaie acqua calda
Obiettivo: riduzione emissioni
Fornitura di:
• Nr 3 bruciatori da 4,5 MW
• Nr 1 bruciatore da 1,5 MW
Tutti i bruciatori dotati di Inverter e sonda O2
RISULTATI:
Riduzione consumi di metano ed elettrici del 25%
Tempo di rientro dell’investimento < 1 anno
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Effettua il check del tuo bruciatore con noi
Software Weishaupt per valutazione risparmi ottenibilisviluppato dal Politecnico di Aachen
Raccolta datiimpiantistici
Esecuzione provafumi con nostro
strumentocertificato
Simulazionetramite software
dei risparmiottenibili
L’analisi prevede:
• Identificazione del bruciatore più idoneo alle esigenze produttive
• Valutazione del costo di intervento
• Valutazione dei risparmi di combustibile e di energia elettrica
• Valutazione del tempo di rientro dell’intervento in funzione del
profilo di carico del cliente
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Weishaupt Italia SpA
Ing. Luca [email protected]: 345 999 58 74
Via Enrico Toti 5 -21040 Gerenzano (VA)www.weishaupt.it
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Diversi tipi di combustione:
NOx
CO
-20 % -10 % 0 % 10 % 20 %
% eccesso aria
O2
h NOx
CO
-20 % -10 % 0 % 10 % 20 %
% eccesso aria
O2
h
Caso 1:
Il bruciatore non riuscendo ad effettuare un buon mixcombustibile/comburente deve operare con uneccesso d’aria elevato, riducendo quindi l’efficienza dicombustione.La conformazione non ottimale di fiamma inoltre nonminimizza le emissioni di NOX
Caso 2:
Il bruciatore effettua un’ottima miscelazionecombustibile/comburente riuscendo a lavorare con unbasso eccesso d’aria.Grazie ad una gestione ottimale della temperatura difiamma si ha inoltre un contenimento delle emissionidi NOX
Campo di lavoro Campo di lavoro