Scegliere le migliori tecniche per il recupero del calore residuo

Scegliere le migliori tecniche per il recupero del calore di scarto

Darren Bryant, CEO di Heatcatcher UK, discute le migliori tecniche di recupero del calore disperso per l'industria del vetro e delinea le iniziative del governo britannico per aiutare i produttori con i finanziamenti.

Heatcatcher ha iniziato a progettare, costruire e gestire sistemi di recupero del calore di scarto (WHR) nell'industria della calce e del cemento, mettendo in funzione il suo primo impianto con tecnologia ORC (Organic Rankine Cycle) nel 2013 recuperando i gas di scarico di un forno rotativo per generare 0,5MW di elettricità per il sito di Lhoist UK vicino a Durham.

Le opportunità e le sfide dell'integrazione delle migliori tecniche di recupero del calore residuo disponibili nei forni per vetro float e container sono simili a quelle dell'industria della calce e del cemento, eccetto che il ritorno sugli investimenti è migliore perché le ore annuali di funzionamento dei forni per vetro sono più alte.

Tutti i settori industriali ad alta intensità energetica devono affrontare l'aumento dei prezzi dell'energia e il team di ingegneri di Heatcatcher ha applicato la propria conoscenza ed esperienza per abbinare le migliori tecnologie ORC e di espansione del vapore disponibili per recuperare l'energia termica dagli scarichi dei forni per vetro.

Con l'aumento della legislazione ambientale per limitare le emissioni di gas di scarico, gli impianti prevedono costi di capitale più elevati per attrezzature aggiuntive di trattamento dei gas di scarico (FGT).

Queste sono spesso richieste per operare con temperature dei gas di scarico più basse e quindi è necessario un raffreddamento aggiuntivo. Il costo della nuova attrezzatura FGT e dell'attrezzatura di raffreddamento per abbassare la temperatura può essere mitigato da un sistema WHR, rimuovendo il calore e convertendo in elettricità a bassa emissione di carbonio prima dell'attrezzatura FGT.

Integrazione WHR

Selezionare le migliori tecniche disponibili (BAT) per l'integrazione dello scambiatore di calore e abbinarle al miglior ORC o Steam Expander disponibile in commercio è un'area di competenza cruciale per soddisfare le condizioni tecniche ed economiche di un progetto di integrazione WHR.

Le considerazioni tecniche includono:

• Quanto è variabile la temperatura e la portata di massa del gas di scarico?
• Qual è la composizione chimica del gas di scarico che limita la temperatura minima di funzionamento?
• I vincoli di spazio dell'impianto che determinano la posizione dello scambiatore di calore e l'integrazione dei condotti.
• Modifiche alla canalizzazione se si combinano i flussi di scarico di più di un forno.
• Metodo di pulizia dello scambiatore di calore e caduta di pressione del sistema.
• Effetto della caduta di pressione supplementare del sistema WHR sul processo e sul ventilatore a tiraggio indotto.
• Variazione della velocità di efflusso del camino di scarico a causa dell'abbassamento della temperatura.
• Richieste future di limiti di emissioni ridotti e di trattamento dei gas di scarico.

Valore economico del WHR

Una volta che gli aspetti tecnici dell'integrazione sono valutati, allora le considerazioni economiche su come ottenere il maggior valore per la vita tipica di 15-20 anni di un sistema WHR.

Il valore sta nel produrre grandi quantità di acqua calda, con una piccola quantità per l'uso del sito e il resto da vendere oltre la recinzione a un impianto vicino o a un sistema di teleriscaldamento?

Trovare un vicino che consumi grandi quantità di acqua calda è commercialmente impegnativo e la connessione a una rete di riscaldamento distrettuale pianificata può ricevere incentivi dal governo locale, ma può essere un processo lungo.

La conversione del calore recuperato in tutta l'elettricità a bassa emissione di carbonio o una combinazione di elettricità e una piccola quantità di calore per l'uso del sito è stata la scelta preferita degli impianti di vetro che operano sistemi WHR.

I sistemi WHR in funzione includono il generatore ORC da 1,3MWe installato nel 2013 presso lo stabilimento di vetro piano AGC di Cuneo, Italia; il generatore ORC da 0,5MWe presso lo stabilimento di contenitori O-I Glass di Villotta di Chions, Italia; il generatore a ciclo di vapore Guardian Glass installato presso lo stabilimento di vetro float Goole nel Regno Unito; il generatore ORC da 5,5MWe presso lo stabilimento Sisecam in Bulgaria e l'espansore a vite a vapore da 0,4MWe installato presso lo stabilimento Vetrobalsalamo di Milano, Italia.

Sommario

Con una maggiore necessità di mitigare l'aumento dei costi energetici della produzione del vetro e la pressione degli stakeholder per decarbonizzare il settore, c'è un crescente interesse per le soluzioni WHR.

Ad esempio, a novembre la British Glass Manufacturing Confederation ha ospitato un workshop di trasferimento delle conoscenze sul WHR a cui hanno partecipato molti rappresentanti senior delle aziende, desiderosi di comprendere i sistemi WHR.

Mentre molti degli aspetti tecnici di integrazione devono essere soddisfatti con uno studio di fattibilità prima che un business case possa essere presentato al consiglio di amministrazione, è necessario un documento di grado di investimento per il consiglio di amministrazione per decidere se il progetto deve essere finanziato direttamente dal loro budget di spesa di capitale o finanziato esternamente con un accordo di acquisto di energia (PPA) o un contratto di servizi energetici (ESCo).

Il governo britannico ha riconosciuto attraverso la sua "Industrial Decarbonisation and Energy Efficiency Roadmap to 2050" che i costi per le industrie ad alta intensità energetica per preparare lo studio di fattibilità sono sostanziali.

Il dipartimento per l'energia e la strategia industriale dovrebbe lanciare la prima fase dell'"Industrial Heat Support Programme" nel corso di quest'anno, offrendo fino al 40% di sostegno finanziario per questi studi di fattibilità.

La seconda fase dell'IHSP nel 2018 potrebbe finanziare fino al 30% dei costi di capitale per implementare i migliori progetti identificati dagli studi di fattibilità.

(Originariamente pubblicato qui)