Analisi termodinamica di sistemi di recupero del calore da una centrale termoelettrica alimentata con CDR

Nella Tesi viene affrontato lo studio di un impianto di termodistruzione i CDR {Combustibile Derivato dai Rifiuti} e biomasse completo di una sezione di recupero termico per la produzione di energia elettrica (potenza nominale 10 MW) da cedere alla rete ENEL. Il recupero di calore dalla termodistruzione dei CDR consente di produrre, in un sofisticato generatore di calore, vapore surriscaldato a media pressione che poi viene inviato ad una turbina a vapore a condensazione per la produzione dell'energia elettrica. II ciclo a vapore e rigenerato con due spillamenti di vapore.
Brevi note introduttive sana dedicate alle tecnologie correnti per la termodistruzione e/o termovalorizzazione di rifiuti solidi urbani ed al quadro tecnico-legislativo che renderà possibile, anche in Italia, la diffusione di tali tecnologie.
Nel secondo capitolo viene sinteticamente descritto l'impianto presentando brevemente tulle le sezioni: stoccaggio, incenerimento, recupero termico, produzione di energia elettrica, trattamento dei fumi di combustione. Nello stesso capitolo sono riportate le prestazioni dichiarate e garantite dal costruttore.
L'attività di studio, riportata nei successivi capitoli, è stata in gran parte dedicata alla elaborazione di un modello termodinamico per simulare al meglio il comportamento reale dell'impianto.
Il modello è stato sviluppato utilizzando le specifiche di progetto, i disegni costruttivi e gli schemi di flusso forniti dal costruttore.
La verifica della precisione del modello definitivo e stata condotta medi confronto delle prestazioni dell'impianto, calcolate nelle condizioni di progetto, con le specifiche costruttive e con i dati reali di funzionamento forniti dal costruttore per impianti simili. II confronto delle prestazioni, dettagliatamente riportato nella tesi, e risultato ampiamente soddisfacente e pertanto il modello è stato utilizzato per la verifica delle prestazioni dell'impianto in condizioni diverse da quelle di progetto, che saranno poi quelle di funzionamento effettivo. Infatti il generatore di vapore e stato progettato per recuperare calore dalla combustione di CDR a potere calorifico (15000 kJ/kg) ma sarà utilizzato anche per bruciare CDR addizionato con biomasse, con potere calorifico sensibilmente più basso (12000 kJ/kg).
Per assicurare sempre la produzione di energia elettrica nominale in tutte le condizioni di funzionamento con ridotta resa termica dalla combustione di CDR l'impianto è equipaggiato con un sistema di post-combustione ausiliario a metano.
Questa soluzione non è certamente la migliore dal punta di vista termodinamico e pertanto nella seconda parte della Tesi vengono proposte e due soluzioni diverse:
- il preriscaldamento dell’aria secondaria di combustione mediante recupero del calore di raffreddamento della griglia del forno;
- l’utilizzo dei gas di scarico di una Turbina a Gas come aria secondaria di combustione (Hot Windbox Repowering).
Entrambi gli interventi sana risultati molto vantaggiosi, soprattutto quando le condizioni operative dell'impianto sano diverse da quelle di progetto.
In particolare, i risultati delle simulazioni condotte con il modello termodinamico, opportunamente modificato, mostrano che il repowering dell'impianto con una turbina a gas consente di raggiungere prestazioni globali notevolmente più elevate dello schema base ed il miglioramento massimo viene raggiunto proprio nelle condizioni operative più sfavorevoli. In talune condizioni operative, per mantenere la potenza resa dell'impianto ai valori nominali, i consumi di metano necessari per alimentare i combustori; ausiliari a metano sano risultati addirittura superiori a quelli della turbina a gas
Nell'ultima parte della Tesi viene riportata una valutazione di massima della convenienza economica degli interventi di modifica proposti per l’ottimizzazione delle prestazioni dell'impianto.