Post on 27-Jul-2020
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Una centrale a biomassa di grande
taglia: esperienza dell’impianto a
vapore di Zignago Power
Relatore: Dott. Ing. Dario Buoro
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Summary
1. Un impianto per la produzione di energia elettrica da
biomassa
2. La biomassa
3. Lay-out dell’impianto
4. Il combustore e il sistema di combustione
5. Ciclo termodinamico
• Caldaia
• Turbina
• Sistema di raffreddamento
6. Regolazione dell’impianto
7. Aspetti ambientali
8. Conclusioni
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L’azienda
Gruppo Zignago opera nei settori:
- Vetro (4 sedi)
- Vino (7 sedi)
- Deratizzazione (1 sede)
- Energia (2 centrali di produzione di energia elettrica)
In totale:
30 aziende, di cui 1 quotata in borsa
Più di 2’100 dipendenti3
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Zignago Power
• Impianto di produzione di energia elettrica da biomassa solida
• Impianto inserito all’interno di una RIU (Rete Interna di
Utenza)
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Zignago Power
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G
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2kV
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3kV
Uff
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40
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10
kV
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Tipologie di biomassa
Tipologie di biomassa:
• Residui forestali (pulizia dei boschi e dell’alveo dei fiumi)
• Residui agroindustriali (vinacce, sanse, gusci e noccioli)
• Residui della lavorazione del legno ed affini
• Residui agricoli (paglia, stocchi, tutoli, potature)
• Coltivazioni energetiche forestali (pioppo, robinia, etc.)
• Coltivazioni energetiche agricole (canna, miscanto, sorgo, etc.)
Coltivazione di pioppoTronchi di legno Cippato di legno
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Utilizzo della biomassa per la
produzione di energia
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Utilizzo della biomassa per la
produzione di energia
Zignago Power
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Schema tipico impianto a biomasse
Primary air
Secondary air
Boiler
Fuel storage
Fuel dosing
Urea
Storage tank
Bottom ash
Cyclone
Lime stone
Fluegas cleaning
bag filter
Fly ash
storage silo
ID Fan
Silencer
Emission measuring
Stack
FluegasFeedwater
pump
Feed water
tank
Steam Turbine
Generator
Electrical grid system
Magnetic
removal
Fuel reception
Condensate
preheater
Condensate
preheater
Water
cooled
condenser
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Caratteristiche tecniche impianto
Potenza nominale combustibile 49.2 MW
Boiler efficiency (40% fuel moisture) 92.0%
Max. pressione ammissibile boiler 109 barg
Max. temperatura di eserciziodi vapore 522°C
Max. produzione di esercizio di vapore 17.1 kg/s (61.7 t/h)
Pressione vapore surriscaldato 92 bara
Temperatura vapore surriscaldato 522°C
Temperatura acqua di alimento 184°C
Temperatura di condensazione 35.3°C
Pressione di condensazione 0.057 bara
Potenza elettrica prodotta 17.072 MW
Rendimento generale impianto 34.7%
Disponibilità >8’200h/a (94%)
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Proprietà del combustibile
Elemento
Carbonio % daf ~51
Idrogeno % daf ~6
Ossigeno % daf ~42
Azoto % daf ~0.5
Zolfo, Cloro, etc. % daf <0.2
Ceneri % dry ~0.5
Composizione chimica dal combustibile Potere calorifico vs. Contenuto idrico
daf = dry, ash-free basis
La peculiarità della biomassa è la sua eterogeneità in termini di composizione
chimica, ma soprattutto in termini di contenuto idrico
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Processo di combustione della biomassa
Volatile compounds(CO, CO2, H2, methane, CxHy, tar, H2O, etc.)
~20%
Wood Dry wood
Water
Char
Air Flue gas(CO2, H2O, O2, N2, CO, SOx, NOx, HCl etc.)
+heat
Heat
DryingDe-volatilisation/ gasification Combustion
Heat
Ash
Visible flame
Glowing embers
~80%
DryingDe-volatilisation/ gasification Combustion
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Sistema di combustioneCamera di combustione a sviluppo
verticale, non refrattariata
Griglia rotante
Sistema di iniezione materiale
Spreader stocker
Combustione parziale in
sospensione, parziale su griglia
Scarico ceneri frontale
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Controllo della combustioneCombustione a stadi tramite immissione controllata di aria primaria,
secondaria e ricircolo
1. Controllo e regolazione portata e temperatura aria primaria
2. Controllo e regolazione portata e temperatura aria secondaria
3. Controllo e regolazione portata aria di ricircolo
4. Controllo distribuzione del combustibile in griglia
Eccesso d’aria (attorno al 2%)
Temperatura della combustione (950-1’050°C)
Necessari
per
controllare
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Rendimento della caldaia
• Dipende dall’eccesso d’aria utilizzato nel processo di
combustione
Bilancio di massa ed energia
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Combustore Boiler
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mr, hr
mc, Hi
Pboi
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P&I arie di combustione
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Ciclo acqua vapore
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Boiler
Turbina
Sis. raffr.
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Boiler a circolazione naturale
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Saturated steam
Saturated water
Downcomer
Evaporator tubes
Heat
input
HeaderLevel: 2.5 mPressure: 99.3 bara
Steam drumLevel: 20.5 mPressure: 98 bara
• L’acqua contenuta nel corpo cilindrico
scende nei muri laterali, per poi arrivare
al collettore inferiore.
• Il calore dal combustore incontra gli
evaporatori causando l’evaporazione
dell’acqua e riducendone la densità.
• Questo fenonemento genera la
circolazione naturale dell’acqua.
• Una circolazione povera può portare al
surriscaldamento degli evaporatori,
posizionati nella camera radiante nel
combustore.
• Il sistema è progettato per far ricircolare
circa 20 volte la portata di vapore
surriscaldato.
• Il sistema è dotato di un solo corpo
cilindrico
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Corpo cilindrico
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Feedwater
Dry, saturated steam
To downcomers
Water/steam
mixture from
evaporator
Cyclones
Demisters
Perforated
plate
Permissible
range for water
level
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Schema del boiler
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Turbina
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MAN Turbo MARC6
Turbina a vapore di tipo misto:
1 stadio ad azione
20 stadi a reazione
4 spillamenti
Parametri caratteristici vapore:
Pressione 91bara
Temperatura 522°C
Flusso 17,1kg/s
Pressione condensazione 0,057bara
Titolo vapore all’uscita 0,87
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Sezione della turbina
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Cuscinetti
radiale e
assiale
Cuscinetto
assiale
Valvola di
regolazione
Cuscinetto
assiale
Ba
lan
ce p
isto
n
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Sistema di raffreddamentoCondensatore ad aria
Vuoto 0,085bara
Rendimento 32,1%
Condensatore ad acqua
Vuoto 0,057bara
Rendimento 34,7%
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• Punti di forza cond. ad acqua:
• Maggior efficienza
complessiva dell’impianto
• Minor costo di investimento
• Punti di debolezza cond. ad acqua:
• Consumo idrico (make up torri)
• Scarico idrico (blow down torri)
• Pennacchio
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Torri evaporative
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Abbassano la temperatura
dell’acqua di raffreddamento
fino a 3°C sopra il bulbo
umido
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Logiche controllo impianto
Tutto il controllo avviene tramite un DCS (Distributed Control System)
ed è possibile controllare tutto dalla sala controllo.
Turbina segue
Il controllo della potenza viene eseguito dalla caldaia, il
controllo della pressione viene fatto dalla turbina (condizione
normale con turbina in parallelo)
Caldaia segue
Il controllo della potenza viene eseguito dalla turbina, il
controllo della pressione viene fatto dalla caldaia (condizione
con turbina in isola)
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Aspetti ambientali
• Zignago Power ha ottenuto l’autorizzazione alla costruzione e all’esercizio
dell’impianto dalla Regione Veneto attraverso un procedimento denominato
Autorizzazione Unica
• Ciò comporta un iter autorizzativo che deve ottenere il parere favorevole sul
progetto da parte della Commissione Tecnica Regionale sezione Ambientale
e la condivisione della decisione finale da parte della Conferenza dei Servizi
che vede riuniti assieme tutti gli Enti amministrativi interessati
• L’autorizzazione fissa dei limiti a riguardo di:
- Qualità dell’aria
- Rumore
- Utilizzo e qualità dell’acqua
- Rifiuti e ceneri
I limiti dei parametri vengono fissati dall’autorizzazione e sono inferiori dei
limiti imposti dalla legge, in quanto considerano l’applicazione delle BAT’s25
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Caratteristiche emissioni
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Nota Bene: l’impianto in realtà riesce ad abbattere un 30% in più!
Autorizzazione Garanzia costruttore
24h
mean
mg/Nm³
1h mean
mg/Nm³
24h
mean
mg/Nm³
1h mean
mg/Nm³
Sistemi di abbattimento
Polveri 10 10 10 10Ciclone
Filtro a maniche
CO 50 80 50 80 Ottimizzazione combustione
TOC 7 15 7 15 Ottimizzazione combustione
NOx 180 300 150 300Ottimizzazione combustione
SNCR DeNOx (iniezione urea)
SO2 50 100 50 100 Iniezione calce (FGD)
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Monitoraggio delle emissioni
I parametri emissivi autorizzati vengono monitorati in continuo
dallo SME (Sistema di Monitoraggio delle Emissioni) e
comunicati all’ARPAV.
Per valutare l’impatto delle emissioni di Zignago Power è stata
effettuato dal Politecnico di Milano un monitoraggio della
qualità dell’aria ante e post operam.
I risultati hanno evidenziato una variazione non significativa dei
principali parametri monitorati (presenza di microinquinanti e
polveri ultrafini) inferiore all’1% (in alcuni casi un miglioramento)
rientrando nella variabilità visiologica tra anni diversi.27
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Perché un impianto a
biomassa?
• Valorizzazione del territorio
• Utilizzo fonti rinnovabili
• Produzione di energia elettrica CO2 free
• Contributo al raggiungimento obiettivi Protocollo di Kjoto
• Impatto ambientale trascurabile
• Produzione delocalizzato energia elettrica
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Prossimi sviluppiNel prossimo futuro (2014) verrà costruita una rete di
teleriscaldamento a servizio della vicina località di Fossalta di
Portogruaro:
Utenze collegate previste 120
Potenza termica nominale 3’200 kW
La temperatura del fluido vettore sarà di 95°C e il calore sarà
prelevato dai fumi e da uno spillamento della turbina.
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Possibilità di tesi• Sviluppo di un modello termodinamico dell’impianto (Es. Termoflex)
per l’esecuzione di BOP al variare delle condizioni al contorno e per
la ricerca di malfunzionamenti
• Sviluppo e implementazione di un piano di manutenzione a seguito
di
- Analisi FMECA (Failure mode, effects and criticality analysis)
- Analisi RCA (Root cause analysis)
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GRAZIE PER
L’ATTENZIONE
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Relatore: Dott. Ing. Dario Buoro
d.buoro@zignagopower.com
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