Risparmi fino al 20% per gli impianti con condense in pressione
Con l’occasione di un progetto di riqualificazione energetica dello stabilimento italiano di un gruppo multinazionale, Sernet Riqualificazioni ha potuto confrontarsi con nuove metodologie di gestione degli impianti di produzione vapore per uso tecnologico, adottate da qualche tempo all’estero ma con una certa resistenza culturale in Italia.
Tali metodologie consistono essenzialmente nella trasformazione del circuito vapore/utilizzatore/condense in un impianto totalmente in pressione, eliminando dunque il ritorno condense a pressione atmosferica. Con ciò è possibile ottenere un risparmio enegetico del 13% solo per effetto termodinamico del processo di condensazione e un ulteriore 5-8% per il miglioramento dei rendimenti di generazione, il rinnovo della linea condense ecc.
L’opportunità è interessante, poichè i tempi di ritorno dell’investimento sono orientativamente intorno ad una anno, un anno e mezzo.
Proviamo ad analizzare le differenze tra il modello tradizionale e quello con condense in pressione.
MODELLO TRADIZIONALE
Nei comuni impieghi industriali del vapore, viene utilizzata nei processi di scambio termico solo la frazione di calore corrispondente al cambiamento di stato (75% circa).
La condensa che viene a formarsi è opportunamente fatta defluire mediante l’impiego di scaricatori, ovvero valvole automatiche di controllo che operano ciclicamente secondo differenti principi meccanici e termofisici: tali dispositivi hanno inoltre la capacità di scaricare aria e altri incondensabili, il tutto con una perdita di vapore trascurabile.
In sostanza, quando il livello di condensa supera una determinata soglia, lo scaricatore consente l’uscita del liquido lasciando «intrappolato» il vapore.
Nella fase di apertura degli scaricatori di condensa si verifica il fenomeno del vapore nascente: all’ apertura dell’otturatore la condensa, che si trova alla temperature del vapore saturo viene immessa in un circuito con pressione inferiore a quella di saturazione, generando del vapore alla pressione di valle in virtù di un processo di equilibrio energetico.
La frazione di vapore così generata è direttamente proporzionata alla differenza di pressione imposta.
Oltre a possedere una determinata energia termica, la condensa è acqua distillata, ideale per l’alimentazione del generatore. Ciò spiega perché l’efficienza di un impianto a vapore è fortemente legata al recupero delle condense, che possono essere raccolte in un serbatoio di alimento oppure reimpiegate nel processo.
A causa delle perdite di carico e dell’azione degli scaricatori, il recupero avviene a pressione necessariamente minore di quella di generazione del vapore, ed usualmente entro il 70-75% della pressione del primario.
Nelle applicazioni tradizionali, come quella in esame, lo scarico è effettuato a pressioni vicine a quella atmosferica (0 barg, ~100 °C), con la generazione di un’importante percentuale di vapore nascente (di flash) a bassa temperatura, perlopiù di difficile impiego.
La soluzione gestionale più semplice ed economica prevede lo scarico diretto in atmosfera di tale frazione in corrispondenza del serbatoio di raccolta di tipo aperto.
I diagrammi mostrati si riferiscono alla raccolta delle condense a pressione atmosferica per un sistema operante a 10 barg.
Risulta evidente come ben il 15% del contenuto energetico del vapor saturo generato in caldaia sia disperso in ambiente
Svantaggi:
- Limitato risparmio dei fabbisogni/costi di generazione
- Elevata frazione di reintegro da trattare
- Impatto visivo/ambientale del pennacchio di vapore
- Circuito aperto in contatto con aria (rischio corrosione e inefficienza scambiatori)
- Sensitività elevata alla contropressione (assenza di regolazione della pressione del circuito) ed esposizione ai fenomeni di «colpo d’ariete»
Punti di forza:
- Semplicità di realizzazione
- Regolazione limitata
- Economicità
MODELLO CON CONDENSE IN PRESSIONE
Nel caso in cui si decida di pressurizzare il circuito di raccolta, in base ai fenomeni descritti, la condensa può essere recuperata ad una temperatura assai più elevata, e diminuisce inoltre la generazione della frazione di flash.
Come riportato nei diagrammi, riferiti ad una pressione di scarico di 7 bar g (170 °C), le condense dispongono di un maggior contenuto energetico, mentre la frazione di vapore nascente, ridotta, può essere facilmente gestita a circuito chiuso e impiegata nelle applicazioni di processo.
Punti di forza:
- Minore consumo di combustibile con conseguente notevole risparmio di gestione e ridotto inquinamento atmosferico
- Minore consumo di acqua di reintegro e quindi minore consumo di sostanze rigeneranti per l’impianto d trattamento
- Eliminazione pressoché totale dell’O2 nell’acqua, principale responsabile delle corrosioni in caldaia e nel piping
- Regolazione intrinseca della pressione a valle del sistema di raccolta
Svantaggi:
- Costi
- Installazione di adeguati sistemi di raccolta e controllo
- «Non modulating steam conditions»: la pressione in uscita agli scaricatori delle diverse utenze può variare in un intervallo limitato
In base alle considerazioni di natura prettamente teorica, il risparmio energetico ottenibile solo per l’effetto termodinamico è pari a circa il 13%.
La riqualificazione del sistema di raccolta delle condense da bassa ad alta pressione coinvolge tuttavia l’intero sistema di generazione e distribuzione, in primis il generatore, che vede aumentare il proprio rendimento in virtù del ridotto carico termico.
Occorre infatti verificare ed eventualmente sostituire:
- Scaricatori e relative linee di scarico
- Drenaggi, sfiati aria e collettori di raccolta
- Isolamento termico delle tubazioni
- Tenuta di raccorderia, valvole e compensatori di dilatazione
- Pompe di estrazione del condensato
E’ dunque provvedere all’installazione di opportuni sistemi di regolazione.
Studi di casi applicativi riferiti ad impianti simili dimostrano come il risparmio energetico effettivo possa attestarsi al 18-20%.
Conclusioni
Le attività in corso stanno entrando in una fase esecutiva. Sarà cura di “riqualificazioni” aggiornare lo stato dell’arte sul progetto. Siamo comunque disponibili a sviluppare diagnosi di dettaglio per le aziende interessate.