Miglioramento dell’efficienza energetica in realtà industriali esistenti: l’impianto IGCC di Sarlux

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3E - Energy, Efficiency and Environment11 Luglio 2013

Claudio Allevi (Sarlux)

Enrico Maffeis (Sarlux)

Rosa Domenichini (Foster Wheeler Italiana)

Luca Castronuovo (Foster Wheeler Italiana)

• Descrizione dell’impianto IGCC

• Scopo dello studio

• Metodologia

Agenda

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• Metodologia

• Basi dello studio

• Opzioni di intervento

• Conclusioni

L’Impianto IGCC

• Unità Gassificazione (tre treni al 33%):� “low pressure direct quench” GE (ex Texaco)

• Unità trattamento syngas (due treni al 50%):� Recuperi termici per generazione vapore e raffreddamento syngas a 40°C� Idrolisi COS

• AGR – Unità rimozione H2S (due treni al 50%):� UOP (Selexol)

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� UOP (Selexol)

• Unità Produzione Idrogeno:� Membrane e PSA

• Unità Ciclo Combinato (tre treni al 33%):� GT GE 9E� ST GE� Export di vapore LP e MP alla raffineria

• Unità recupero zolfo e trattamento gas di coda

Lo schema d’impianto

Produzione

Ossigeno

GassificazioneSaturazione

Syngas

Rimozione

Gas Acidi

Trattamento

syngas

Olio pesante

Import di Ossigeno

da società esterna

Syngas Syngas

Aria

B.L.

Export vapore LP

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Recupero

Zolfo (SRU)

Produzione

Idrogeno

STs

HRSGs

GTs

Utilities

Gas Acidi

Energia elettrica

Filter Cake

Idrogeno

Zolfo

VaporeSyngas Syngas

Export vapore MP

L’Impianto IGCC - Disponibilità

Start-up impianto: 2000

Year Availability

2001 78.1%2002 88.1%2003 91.4%2004 90.0%2005 90.0%

87

89

91

93

4

NOTE: “Availability” include le fermate programmate di singole unità e turn around generale

2005 90.0%2006 92.5%2007 91.5%2008 89.3%2009 84.0%2010 89.9%2011 83,1%2012 86,7% 77

79

81

83

85

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

Scopo dello Studio

Incremento EFFICIENZA ENERGETICA dell’impianto IGCC, tramite:• Riduzione dei CONSUMI ausiliari• Incremento esportazione VAPORE

Vengono mantenuti costanti :

• Produzione di energia elettrica lorda

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• Produzione di energia elettrica lorda

• Esportazione di idrogeno e vapore alla raffineria

Vengono mantenuti almeno pari ai valori attuali :• Emissioni • Affidabilità/Disponibilità impianto

Metodologia

FASE 1 individuazioneInterventi FASE 2

Studio di fattibilità

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Selezione Interventi

FASE ESECUTIVA

Attualmentein svolgimento

Metodologia

Screening delle unità dell’impianto IGCC(escluse utilities)Identificazione delle aree di miglioramentoIdentificazione degli interventiAnalisi tecno-economica:

� descrizione degli interventi previsti,

FASE 1

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� descrizione degli interventi previsti,� schema,� performance attese,� costo di investimento stimato,� periodo di ripagamento previsto (PBT)

IDENTIFICATI 18 POSSIBILI INTERVENTI

Metodologia

Selezione degli interventi più promettentiAnalisi tecno-economica dettagliata:

– rivalutazione risultati Fase 1 (*),– verifiche preliminari effettuate (*),– bilancio materiale,– filosofia base di controllo,

FASE 2

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– filosofia base di controllo,– impatto sul Plot Plan (*),– schedula preliminare,– costo di investimento stimato e PBT (*).

(*) con il supporto dei fornitori specializzati

ANALIZZATI 4 INTERVENTI (selezionati sulla base dei risultati della Fase 1)

Basi dello Studio

• Assetto operativo (riferimento)

• Documentazione tecnica� Bilanci di materia ed energia delle unità� Bilancio di vapore

Portata di olio (VVR) ai gassificatori 150 t/h

Energia elettrica esportata alla rete 380 kV 550 MWe

Esportazione vapore LP e MP a raffineria 180 t/h

Produzione di idrogeno 55,000 Nm 3/h

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� Bilancio di vapore� Consumi di utilities (energia elettrica, acqua, etc.)� Prestazioni di riferimento� Emissioni attuali

• Parametri economici� Basi per la stima del costo di investimento� Prezzo di vendita dell’energia elettrica� Valore economico del vapore LP e MP

Opzioni di Intervento

Identificate 18 opportunità di miglioramento tra le quali:

• Recupero termico� Installazione nuova rete di pre-riscaldo del condensato mediante nuovi

scambiatori in parallelo ad alcuni air-cooler� Ottimizzazione circuito raffreddamento syngas� Analisi degli scambiatori a piastre dell’unità di lavaggio gas acidi (AGR)� Abbassamento temperatura scarico fumi e recupero termico

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� Abbassamento temperatura scarico fumi e recupero termico

• Riduzione dei consumi di LCO per gli strumenti� Sostituzione degli strumenti di misura

• Riduzione consumi per compressione� Riconfigurazione dell’invio di PSA off-gas al post-firing

Opzioni di Intervento

• Riduzione dei consumi elettrici dei motori� Installazione Inverter sui motori di media tensione (es: HP BFW)� Sostituzione dei motori di bassa tensione con motori ad alta efficienza

• Recupero salto di pressione� Espansione della soluzione ricca di Selexol mediante reverse pump

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� Espansione del syngas a post-firing mediante turbo-espansore

• Miscellanea (altri 6 interventi minori)

Criteri di scelta delle opzioni approfondite in Fase 2

• Attrattività economica (tempi di ritorno dell’investimento ≤ 2 anni)

• Constructability (impatto sulle unità in esercizio, spazi necessari,…)

• Possibilità di effettuare le modifiche con impianto in esercizio o all’interno degli slowdown programmati

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• Affidabilita’ delle stime dei recuperi energetici (variabilita’ dei parametri)

• Facilita’ di esercizio delle modifiche

• No regret rispetto a eventuali modifiche future

1°esempio: Installazione VFD su pompe di HP BFW

Variazione del sistema di regolazione dell’acqua alimento HP:

ATTUALE :

Regolazione tramite valvola di controllo (dissipazione di 30 bar ca. durante la normale operazione)

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INTERVENTO:

Regolazione tramite variazione del numero di giri del motore

Installazione VFD su pompe di HP BFW

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TEMPO DI RIPAGAMENTO PREVISTO: < 2 ANNI

Installazione VFD su pompe di HP BFW

Configurazione elettrica:Installazione di un VFD per ogni coppia di motori ( operating e spare)

Interruttori di by-pass (esistenti)

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Power Drive System

Nuovo interruttore

Il sistema di post-firing brucia una miscela di:• Syngas• off-gas compresso

Si analizza la possibilità di non comprimere l’off-gas con un risparmio potenziale fino a 4 MWe .

2°esempio: Riconfigurazione Sistema di Post-firing

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L’intervento prevede:• Installazione di nuove linee e valvole per il trasporto di off-gas a

bassa pressione• Installazione di nuovi bruciatori nelle caldaie e nuove lance dedicate

adatti a bruciare l’off-gas a bassa pressione.

Riconfigurazione Sistema di Post-firing

L’intervento richiederà il coinvolgimento del produttore della caldaia nelle fasi successive.

Viene mantenuta la possibilità di operare l’impianto secondo la configurazione attuale (compressori in funzione)

Il tempo di ripagamento risulta molto promettente: < 1.5 anni

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Il tempo di ripagamento risulta molto promettente: < 1.5 anni

• La verifica ha dimostrato come l’impianto IGCC fosse stato progettatooriginariamente in modo da ottenere un buona efficienza energetica.

• In particolare i motori originariamente installati sono caratterizzati darendimenti elevati (di poco inferiore ai più alti che oggi offre il mercato).La sostituzione dei motori attualmente installati con motori di classe IE3(disponibili commercialmente e obbligatori dal 2015) sarà effettuata se

Conclusioni

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(disponibili commercialmente e obbligatori dal 2015) sarà effettuata senecessaria per esigenze di manutenzione straordinaria.

• Esistono alcune aree di potenziale miglioramento dell’efficienzaenergetica con ottimi tempi di ripagamento. Per alcuni degli interventianalizzati si è passati alla fase di Basic Design .

Grazie per l’attenzione

claudio.allevi@saras.it

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claudio.allevi@saras.itenrico.maffeis@saras.itrosa_domenichini@fwceu.comluca_castronuovo@fwceu.com