spilling steam power: engines and turbines

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: [email protected]

Dipl.-Ing. Till Augustin Spilling Energie Systeme GmbH Werftstrasse 5 - D-20457 Hamburg Tel.: 0049 - (0)40-789175-35 Email: [email protected]


!  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: 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


Programma Spilling


Cogenerazione di vapore da biomassa


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


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


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


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


Espansore Spilling: Progettazione modulare


!  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:


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


Filmato dell‘Espansore

Espansore Spilling


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 [%

]


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]


!  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:


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)


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


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


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


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


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


Grazie per la Vostra attenzione

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