Ottimizzare caldaia a metano per produzione vapore

[Frank88]

Buongiorno,

sto valutando delle diverse alternative per poter ridurre il consumo di metano di una caldaia industriale che produce vapore acqueo.

L’impianto in questione ha una caldaia a metano (2100kw e max 11bar) che lavora a 6bar e 165°C, il vapore va in un serbatoio di accumulo per poi passare in un riduttore di pressione prima di essere utilizzato a 2,5bar e 155°C.

Dal diagramma di Mollier vedo che attualmente l’impianto sta lavorando con vapore surriscaldato. Se ipotizzo (per risparmiare) di variare la pressione vedo che le entalpie non sono molto diverse.

8Bar – 177°--> 2785kJ/Kg

6Bar – 165°-->2771kJ/kg

4Bar – 150°-->2752kJ/kg

Deduco pertanto che lavorando a 4 bar o 8 bar il consumo di metano non varierà molto (meno del 1%). E’ corretta questa mia affermazione?  O non sto considerando qualche aspetto?

È possibile/consigliabile far lavorare la caldaia anziché a vapore surriscaldato con un titolo di vapore inferiore?

Mi sapreste dire come lavora un serbatoio di accumulo vapore e come lo si può far lavorare al meglio? Preciso che anni fa le utenze servite dalla caldaia erano molteplici mentre adesso ve n’è una sola e non capisco se è ancora utile.

Ci sono altre eventuali azioni migliorative?

 

Ringrazio anticipatamente per le risposte e rimango a disposizione per eventuali informazioni mancanti.

[Adelino Rossi]

Domande di questo tipo dovrebbero essere corredate di un dettagliato schema di processo P&I con tutti i dati costruttivi e di funzionamento sia della caldaia che dell'impianto utilizzatore.

La caldaia ha delle caratteristiche di funzionamento, di minimo tecnico sia per la qualità del prodotto "vapore" che di sicurezza e manutenzione e di carattere ambientale, emissioni, inquinamento e altro. Ci sono cose che si possono cambiare e altre no. Esempio, parli di variare il tipo di vapore da produrre, ma prima, hai verificato se l'utente del vapore gradisce il cambiamento? Se a casa l'energia elettrica ti arrivasse a 200 volt o meno forse avresti dei problemi.

Poi ci vorrebbe nel complesso  la verifica di un esperto termotecnico.

Il quesito che poni "se mi è permesso" appare di tipo didattico.

 

[Simone Baldini]

Stai parlando di differenze di temperature irrisorie per il vapore, e anche le pressioni non incidono moltissimo sull'energia. Nel tuo caso abbassare temperatura e pressione non ti cambierebbe molto, sempre che sia fattibile. L'energia stà tutta nella vaporizzazione dell'acqua praticamente.

Modificato: 7 agosto da Simone Baldini

[Frank88]

Vi ringrazio per le risposte. Condivido la necessità di un termotecnico per l’analisi del sistema, ma vorrei avere delle basi chiare prima di un confronto. Conosco poco il funzionamento delle caldaie e dei sistemi a vapore e anche cercando online ho trovato poca documentazione che spiega questi sistemi. Se conoscete siti o riferimenti bibliografici sull’argomento sono ben accetti.

La situazione è che sono state tolte delle utenze dalla linea vapore ed adesso la caldaia lavora a 6 bar e l’utenza necessita di 2,5 bar. Mi è stato chiesto di verificare se era possibile ridurre la pressione di lavoro della caldaia da 6bar a 4bar. Vorrei rispondere che il vantaggio economico di tale riduzione è molto limitato se non trascurabile, ma prima di rispondere in questo modo volevo esserne certo.

Dalle informazioni che ho trovato per ridurre l’energia necessaria si potrebbe lavorare con un titolo inferiore (sempre se tecnicamente fattibile) ma le implicazioni non mi sono chiare. Credo che una quota di liquido possa favorire l’usura delle tubazioni (ma è vero anche a pressioni basse?). Se è così come penso, non proporrei neanche una verifica di fattibilità.

Inoltre, non mi è chiaro il funzionamento di un serbatoio di accumulo vapore e non ho trovato informazioni al riguardo. Avendo un'unica utenza forse può non servire più.

[Mariuz]

Lavorare con un titolo di vapore inferiore è quanto di più pericoloso si possa fare, in quanto potrebbe portare, in particolare a valle dell'impianto,  a fenomeni erosivi causati dalla presenza di particelle di acqua.

Non specifichi quali sono le utenze. 

[Adelino Rossi]

Non è un argomento generalizzato.

La caldaia ha una targa e un costruttore ed è omologata con il suo libretto del costruttore certificato. Fai una foto della targa con il modello esatto.

Indica esattamente temperatura, pressione, (l'hai già fatto) e la portata tipica del vapore in ton/h o mc/h che vengono richiesti.

Il confronto tra la potenzialità dichiarata sulla targa e la potenzialità attualmente utilizzata fa capire la situazione.

In molti casi l'unica soluzione è quella di sostituire la caldaia. 

NON hai mai nominato le quantità di vapore in discussione.

 

 

[Simone Baldini]

Un buon testo è "Progettare impianti a vapore: Disegni - Diagrammi - Tabelle - Esempi di calcolo" Luciano Piovan. Poi essendo un campo un po' di nicchia, l'esperienza è quello che fa' la differenza.

Comunque come ti hanno già detto, avvicinarsi alla curva ci vaporizzazione si rischiano corrosioni.

Intanto va capito che tipo di generatore di valore è il tuo e che richiesta ti è rimasta. Cioè il tuo generatore sarà da 3000 kg/h di vapore, la domanda è quanto ne hai bisogno adesso?

[Frank88]

Allego targa caldaia 

[Simone Baldini]

Modello e marca?

[Frank88]

ESM 3000 HP, Babcock Wanson.

Noto che il funzionamento della caldaia non è continuo ma ha periodi di funzionamento e standby molto veloci. Circa 5 minuti funzione e 5 di standby. In 24 ore consuma circa 500mc di metano e la portata di vapore prodotta, misurata da un sensore a valle della caldaia mi indica 4.000kg sempre in 24h, ma questo sensore credo non sia pienamente affidabile.

[Mariuz]

 

 

In considerazione del fatto che utilizzate il vapore a 2.5 bar potresti proporre di produrre vapore a 4 bar, mantenendo sempre la temperatura di 165 gradi, ma non aspettarti miracoli nel risparmio. 

Ovviamente sempre che sia tecnicamente fattibile.