Escolher as melhores técnicas para a recuperação de calor residual

Escolher as melhores técnicas para a recuperação de calor residual

Darren Bryant, CEO da Heatcatcher UK, discute as melhores técnicas disponíveis de recuperação de calor residual para a indústria vidreira e esboça iniciativas do governo britânico para ajudar os fabricantes com financiamento.

O Heatcatcher começou a conceber, construir e operar sistemas de recuperação de calor residual (WHR) na indústria da cal e do cimento, colocando em funcionamento a sua primeira fábrica utilizando a tecnologia Organic Rankine Cycle (ORC) em 2013, recuperando os gases de escape de um forno rotativo para gerar 0,5MW de electricidade para o local de Lhoist no Reino Unido, perto de Durham.

As oportunidades e desafios de integrar as melhores técnicas disponíveis de recuperação de calor residual nos fornos de vidro flutuante e de contentor são semelhantes aos da indústria de cal e cimento, excepto que o retorno dos investimentos é melhorado porque as horas anuais de funcionamento dos fornos de vidro são mais elevadas.

Todos os sectores da indústria intensiva em energia enfrentam um aumento dos preços da energia e a equipa de engenheiros Heatcatcher aplicaram os seus conhecimentos e experiência para corresponder às melhores tecnologias ORC e de expansão de vapor disponíveis para recuperar a energia térmica dos exaustores dos fornos de vidro.

Com o aumento da legislação ambiental para limitar as emissões de gases de escape, as fábricas antecipam custos de capital mais elevados do equipamento adicional de tratamento de gases de combustão (FGT).

Estes são frequentemente necessários para operar com temperaturas de gases de escape mais baixas, pelo que é necessário um arrefecimento adicional. O custo de novo equipamento FGT e equipamento de arrefecimento para baixar a temperatura pode ser mitigado por um sistema WHR, removendo o calor e convertendo-o em electricidade de baixo carbono antes do equipamento FGT.

Integração do WHR

A selecção das Melhores Técnicas Disponíveis (MTD) para a integração de permutadores de calor e a sua adequação ao melhor ORC ou Steam Expander comercialmente disponível é uma área de especialização crucial para satisfazer as condições técnicas e económicas de um projecto de integração WHR.

As considerações técnicas incluem:

• Quão variável é a temperatura e o caudal de massa dos gases de escape?
• Qual é a composição química dos gases de escape que limita a temperatura mínima de funcionamento?
• Restrições de espaço da instalação que determinam a localização do permutador de calor e a integração das condutas.
• As condutas mudam se combinar fluxos de gases de escape de mais do que um forno.
• Método de limpeza do permutador de calor e queda de pressão do sistema de pressão.
• Efeito adicional da queda de pressão do sistema WHR no processo e no ventilador de tiragem induzida.
• Variação da velocidade do efluxo da pilha de gases de escape devido à diminuição da temperatura.
• Exigências futuras sobre limites de emissões reduzidos e tratamento de gases de combustão.

Valor económico da WHR

Uma vez avaliados os aspectos técnicos da integração, então as considerações económicas de como obter o maior valor para a vida típica de 15 a 20 anos de um sistema WHR.

O valor da produção de grandes quantidades de água quente, com uma pequena quantidade para uso no local e o resto a ser vendido por cima da vedação a uma fábrica vizinha ou a um sistema de aquecimento distrital?

Encontrar um anfitrião vizinho para consumir grandes quantidades de água quente é um desafio comercial e a ligação a uma rede planeada de aquecimento distrital pode receber incentivos do governo local, mas pode ser um processo moroso.

A conversão do calor recuperado para toda a electricidade de baixo carbono ou uma combinação de electricidade e uma pequena quantidade de calor para utilização no local tem sido a escolha preferida das instalações de vidro que operam sistemas WHR.

Os sistemas WHR em funcionamento incluem o gerador de 1,3MWe ORC instalado em 2013 na fábrica de vidro plano AGC em Cuneo, Itália; o gerador de 0,5MWe ORC na fábrica de recipientes O-I Glass em Villotta di Chions, Itália; o gerador de ciclo de vapor Guardian Glass a ser instalado na fábrica de vidro flutuante Goole no Reino Unido; o gerador de 5,5MWe ORC na fábrica Sisecam na Bulgária; e o expansor de 0,4MWe de parafuso de vapor instalado na fábrica Vetrobalsalamo em Milão, Itália.

Resumo

Com uma necessidade crescente de mitigar contra o aumento dos custos energéticos do fabrico do vidro e a pressão dos intervenientes para descarbonizar o sector, há um interesse crescente em soluções WHR.

Por exemplo, em Novembro, a British Glass Manufacturing Confederation organizou um workshop de transferência de conhecimentos sobre WHR que contou com a participação de muitos representantes seniores da empresa, interessados em compreender os sistemas WHR.

Embora muitos dos aspectos de integração técnica devam ser satisfeitos com um estudo de viabilidade antes que um caso de negócio possa ser apresentado ao conselho, é necessário um documento de grau de investimento para que o conselho decida se o projecto deve ser directamente financiado a partir do seu orçamento de despesas de capital ou financiado externamente ao abrigo de um Contrato de Aquisição de Energia (PPA) ou Contrato de Serviços de Energia (ESCo).

O governo britânico reconheceu, através do seu "Roteiro para a Descarbonização Industrial e Eficiência Energética até 2050", que os custos para as Indústrias Intensivas de Energia para preparar o estudo de viabilidade são substanciais.

Espera-se que o departamento de Energia Empresarial e Estratégia Industrial lance a primeira fase do 'Programa de Apoio ao Calor Industrial' ainda este ano, oferecendo até 40% de apoio financeiro para estes estudos de viabilidade.

A segunda fase do IHSP em 2018 poderá financiar até 30% dos custos de capital da implementação dos melhores projectos identificados a partir dos estudos de viabilidade.

(Originalmente publicado aqui)