IT202200000296A1

IT202200000296A1 - Heat damper for a waste heat recovery unit and waste heat recovery unit comprising a heat damper

Info

Publication number: IT202200000296A1
Application number: IT102022000000296A
Authority: IT
Inventors: Ernesto Nasini; Marco Santini; Giovanni Gennari
Original assignee: Nuovo Pignone Tecnologie Srl
Priority date: 2022-01-11
Filing date: 2022-01-11
Publication date: 2023-07-11
Also published as: WO2023135026A1

Description

Smorzatore di calore per un'unit? di recupero di calore residuo e unit? di recupero di calore residuo comprendente uno smorzatore di calore

Descrizione

CAMPO TECNICO

[1] La presente divulgazione riguarda uno smorzatore di calore per un'unit? di recupero di calore residuo e un'unit? di recupero di calore residuo comprendente uno smorzatore di calore. Le forme di realizzazione qui divulgate riguardano specificamente unit? di recupero di calore residuo migliorate per macchine termodinamiche come, ma non in via limitativa, turbine a gas e/o generatori di potenza di motore o applicazioni di azionamento meccanico, in cui l'unit? di recupero di calore residuo ? dotata di uno smorzatore di calore e pi? in particolare di un preriscaldatore di un fluido di lavoro di un sistema di recupero di calore residuo.

STATO DELL?ARTE

[2] Il calore residuo si presenta in quasi tutti i processi meccanici e termici. Le sorgenti di calore residuo includono, ad esempio, gas di combustione caldi scaricati nell'atmosfera, acqua riscaldata rilasciata nell'ambiente, prodotti riscaldati in uscita da processi industriali e calore trasferito da superfici di apparecchiature calde. Di conseguenza, le sorgenti di calore residuo differiscono per quanto riguarda lo stato aggregato (principalmente fluido e gassoso), l'intervallo di temperatura e la frequenza della loro manifestazione. Le quantit? pi? significative di calore residuo vengono perse nei processi industriali e di generazione di energia.

[3] Il recupero di calore residuo pu? essere condotto attraverso varie tecnologie di recupero di calore residuo, a seconda della temperatura del calore residuo, per fornire preziose sorgenti di energia e ridurre il consumo energetico complessivo.

[4] Tipicamente, il calore residuo viene trasferito da una sorgente di calore a un sistema di recupero di calore residuo attraverso un fluido di scarico.

I sistemi di recupero di calore residuo includono tipicamente un'unit? di recupero di calore residuo, ovvero uno scambiatore di calore configurato per trasferire l'entalpia residua del fluido di scarico della sorgente di calore a un fluido di lavoro del sistema di recupero di calore residuo.

[5] Ad esempio, il calore rimanente di una macchina, come un sistema termodinamico, ovvero il calore scaricato dal sistema attraverso i gas di combustione eventualmente insieme a una porzione della sorgente di calore non sfruttata dal sistema, ha spesso ancora un contenuto di entalpia sufficiente e pu? essere efficacemente convertito in energia meccanica usando un ciclo termodinamico. Secondo tale caso esemplificativo, un sistema di recupero di calore residuo include tipicamente non solo uno scambiatore di calore configurato per trasferire il calore accumulato nei gas di combustione dalla macchina a un fluido di lavoro, ma include anche un'unit?/gruppo di espansione e un'unit?/gruppo di compressione di un sistema a ciclo Brayton e/o un sistema a ciclo Stirling e/o un'unit?/gruppo di espansione di un sistema a ciclo Rankine o include uno scambiatore di calore per trasferire ulteriormente il calore residuo a un mezzo aggiuntivo.

[6] Tuttavia, le unit? di recupero di calore residuo, e in particolare gli scambiatori di calore delle unit? di recupero di calore residuo, presentano inconvenienti dovuti al possibile surriscaldamento della loro sezione pi? calda e al raffreddamento eccessivo della loro sezione pi? fredda durante gli stati transitori. Di fatto, se lo scambiatore di calore si avvia essendo privo di fluido di lavoro, quando i gas di combustione caldi iniziano a entrare nello scambiatore di calore stesso, allora l'ingresso dei gas di combustione caldi nello scambiatore di calore genera uno sbalzo termico, ovvero una sollecitazione interna del materiale delle superfici di scambio di calore, a causa di una rapida variazione di temperatura. Gli sbalzi termici possono produrre crepe e, di conseguenza, la durata del materiale dello scambiatore di calore viene ridotta. Allo stesso modo, se lo stesso scambiatore di calore, che ? privo di fluido di lavoro e riscaldato dai gas di combustione caldi, inizia a essere riempito con un fluido di lavoro freddo, pu? verificarsi uno sbalzo termico nelle prime sezioni riempite. D'altra parte, se lo scambiatore di calore si avvia gi? riempito con un fluido di lavoro quando i gas di combustione caldi entrano nello scambiatore di calore stesso, in particolare se l'unit? di recupero di calore residuo funziona secondo il caso esemplificativo di cui sopra, ma anche nel caso in cui i gas di combustione caldi provengano da un impianto di incenerimento dei rifiuti, allora la temperatura dei gas di combustione caldi viene abbassata molto rapidamente e pu? raggiungere il punto di acidit? dovuto, l'acido liquido risultante che viene condensato dal gas di combustione causando eventualmente gravi problemi di corrosione per le apparecchiature utilizzate nella raccolta, nel raffreddamento e nello scarico del gas di combustione di scarico. Di conseguenza, la durata di vita delle unit? di recupero di calore residuo viene influenzata, essendo potenzialmente ridotta.

[7] Le unit? di recupero di calore residuo dotate di un deviatore di gas di combustione di scarico non indirizzano direttamente l'intera portata di gas di scarico alle superfici di scambio di calore, attenuando parzialmente lo sbalzo termico. Tuttavia, i deviatori non offrono una soluzione valida, perch? il loro uso in apertura parziale influisce sul flusso dei gas di scarico, causando turbinii e rumore. Inoltre, i deviatori sono difficili da controllare, poich? anche piccole variazioni della geometria di un deviatore, combinate con le propriet? dei gas di scarico, portano a regolazioni inefficaci.

[8] Inoltre, questi inconvenienti stanno diventando sempre pi? importanti, perch?, attualmente, il mercato richiede flessibilit? di produzione, il che implica un aumento degli stati transitori, come cicli di avvio e arresto e variazioni di carico. Il mercato del petrolio e del gas in particolare richiede frequenti variazioni di carico, aumentando anche il numero di stati transitori. Di conseguenza, i sistemi di recupero sono sempre pi? soggetti a sorgenti di calore con un'elevata frequenza di avvio/arresto.

[9] Al fine di risolvere questi problemi di sbalzo termico e corrosione, secondo la tecnica anteriore, le unit? di recupero di calore residuo sono realizzate in materiali, come acciaio inossidabile Hi-Cr, lega di Ni o simili che hanno un'elevata resistenza alla corrosione e una buona resistenza meccanica ad alte temperature.

D'altra parte, questi materiali sono molto costosi e non risolvono completamente queste criticit?.

SOMMARIO

[10] Secondo la presente divulgazione, viene proposto che le unit? di recupero di calore residuo siano dotate di uno smorzatore di calore, configurata come un piccolo scambiatore di calore, rispetto alla dimensione dello scambiatore di calore principale dell'unit? di recupero di calore residuo, installata a monte di quest'ultimo per assorbire il calore in eccesso proveniente dalla sorgente di calore, in particolare durante uno stato transitorio, consentendo all'unit? di recupero di calore residuo di funzionare in modo appropriato, poich? quest'ultima dovr? resistere a cicli operativi meno rigidi. Lo smorzatore di calore pu? essere configurata come un preriscaldatore di fluido di lavoro, ovvero il fluido di lavoro del sistema di recupero di calore residuo viene usato come fluido di raffreddamento che scambia calore con il fluido caldo da una sorgente di calore nello smorzatore di calore, ha la funzione di assorbire i transitori di temperatura pi? critici e pertanto sopporta le sollecitazioni termiche, "liberando" il resto dell'unit? di recupero di calore residuo, vale a dire lo scambiatore di calore principale, da queste condizioni. Inoltre, preriscaldando il fluido di lavoro del sistema di recupero di calore residuo, lo smorzatore di calore evita la condensazione di acidi nella sezione pi? fredda dello scambiatore di calore principale dell'unit? di recupero di calore residuo.

Di conseguenza, solo lo smorzatore di calore deve essere fabbricata con materiali di alta qualit? con una buona resistenza meccanica ad alte temperature, mentre il resto dell'unit? di recupero di calore residuo ? realizzata in materiale meno nobile e pertanto meno costoso.

[11] Nonostante il fatto che sia realizzata in un materiale nobile, tuttavia lo smorzatore di calore ? comunque soggetta a una durata pi? breve rispetto al resto dell'unit? di recupero di calore residuo. Di conseguenza, lo smorzatore di calore ? progettata per essere facilmente sostituita, separatamente dal resto dell'unit? di recupero di calore residuo.

[12] Pertanto, in un aspetto, l'oggetto qui divulgato riguarda uno smorzatore di calore per un'unit? di recupero di calore residuo. In particolare, lo smorzatore di calore ? configurata come un preriscaldatore di un fluido di lavoro di un sistema di recupero di calore residuo. Inoltre, l'oggetto qui divulgato riguarda un metodo di funzionamento di un preriscaldatore per un'unit? di recupero di calore residuo in cui il preriscaldatore funzioner? assorbendo gli sbalzi termici pi? gravi dovuti ad alte temperature e grandi differenze di temperatura tra fluido caldo e freddo.

[13] In un altro aspetto, l'oggetto qui divulgato riguarda un preriscaldatore per un'unit? di recupero di calore residuo che consente di preriscaldare il fluido di lavoro del sistema di recupero di calore residuo prima di entrare nella sezione di ingresso dello scambiatore di calore dell'unit? di recupero di calore residuo, impedendo quindi la condensazione di acidi nella porzione pi? fredda dello scambiatore di calore per via della presenza di componenti aggressivi nel fluido di scarico dalla sorgente di calore.

[14] Secondo ancora un altro aspetto, l'oggetto qui divulgato riguarda un metodo di funzionamento di un preriscaldatore per un'unit? di recupero di calore residuo al fine di variare la portata del fluido di lavoro attraverso il preriscaldatore secondo la temperatura del fluido di scarico, consentendo alla temperatura del fluido di scarico che raggiunge lo scambiatore di calore dell'unit? di recupero di calore residuo di essere abbassata appropriatamente, limitando quindi la temperatura del rivestimento della sezione di uscita pi? calda dello scambiatore di calore dell'unit? di recupero di calore residuo.

[15] Pertanto, l'oggetto qui divulgato riguarda uno smorzatore di calore, in particolare un preriscaldatore di fluido di lavoro per un'unit? di recupero di calore residuo e un metodo di funzionamento di un preriscaldatore per un'unit? di recupero di calore residuo che consente di realizzare l'unit? di recupero di calore residuo in un materiale pi? economico e che limita la necessit? di materiali costosi e ad alte prestazioni al preriscaldatore, consentendo quindi un risparmio complessivo nel costo dei materiali da usare.

[16] Secondo un altro aspetto, l'oggetto qui divulgato riguarda uno smorzatore di calore, in particolare un preriscaldatore di fluido di lavoro per un'unit? di recupero di calore residuo e un metodo di funzionamento di un preriscaldatore per un'unit? di recupero di calore residuo che consente di aumentare la disponibilit? dell'intera unit? di recupero di calore residuo, riducendo la possibilit? di danni allo scambiatore di calore principale e allo stesso tempo concentrando qualsiasi condizione critica sullo smorzatore di calore, quest'ultima essendo un dispositivo facilmente mantenibile e/o sostituibile.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

[17] Una comprensione pi? completa delle forme di realizzazione dell'invenzione e di numerosi dei relativi vantaggi correlati verr? facilmente ottenuta man mano che la stessa viene meglio compresa con riferimento alla seguente descrizione dettagliata quando considerata congiuntamente agli uniti disegni, in cui:

La figura 1 illustra una rappresentazione schematica di una nuova unit? di recupero di calore residuo migliorata di un sistema di recupero di calore residuo secondo una prima forma di realizzazione, l'unit? di recupero di calore residuo includendo uno smorzatore di calore, in particolare un preriscaldatore di fluido di lavoro;

la figura 2 illustra una rappresentazione schematica di una nuova unit? di recupero di calore residuo migliorata di un sistema di recupero di calore residuo secondo una seconda forma di realizzazione, l'unit? di recupero di calore residuo includendo uno smorzatore di calore, in particolare un preriscaldatore di fluido di lavoro; e

la figura 3 illustra una forma di realizzazione semplificata di uno smorzatore di calore, in particolare un preriscaldatore di fluido di lavoro per l'unit? di recupero di calore residuo del sistema della figura 1 o 2.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLE FORME DI REALIZZAZIONE

[18] Secondo un aspetto, il presente oggetto riguarda un'unit? di recupero di calore residuo includente uno smorzatore di calore, in particolare un preriscaldatore di fluido di lavoro, lo smorzatore di calore essendo realizzata in materiale di alta qualit? (acciaio ad alto contenuto di cromo, lega di Ni, ecc.) ed essendo configurata come un piccolo scambiatore di calore (serpentina) alimentato su un lato da una portata variabile di un fluido di scarico da una sorgente di calore e su un altro lato da una portata variabile di un fluido di raffreddamento, preferibilmente un fluido di lavoro (CO2, acqua/vapore di alimentazione della caldaia, fluido organico) di un sistema di recupero di calore residuo.

[19] Secondo un altro aspetto, un dispositivo di controllo della portata di fluido di scarico (deviatore) pu? essere posizionato a valle o a monte di detta smorzatore di calore.

[20] Secondo ancora un altro aspetto, variando la portata attraverso lo smorzatore di calore, in particolare il preriscaldatore di fluido di lavoro, la temperatura del fluido di scarico che raggiunge lo scambiatore di calore dell'unit? di recupero di calore residuo viene abbassata appropriatamente, limitando quindi la temperatura del rivestimento della sezione di uscita pi? calda dello scambiatore di calore dell'unit? di recupero di calore residuo, e il fluido di lavoro viene preriscaldato prima di entrare nella sezione di ingresso dello scambiatore di calore dell'unit? di recupero di calore residuo, impedendo quindi la condensazione di acidi dovuta a componenti aggressivi nel fluido di scarico.

[21] Per migliorare la temperatura del rivestimento del sistema di controllo, strumenti di controllo come indicatori di temperatura 3, 28 possono essere installati sulla serpentina principale dell'unit? di recupero di calore residuo come riscontro della temperatura di controllo sullo smorzatore di calore.

[22] Inoltre, secondo un altro aspetto, per un sistema ORC, ovvero un sistema di recupero di calore residuo che usa un fluido organico come fluido di lavoro, il sistema essendo configurato con il riscaldamento diretto del fluido organico (ovvero senza fluido intermedio), lo smorzatore di calore viene alimentata con un fluido di raffreddamento scelto tra fluidi sicuri (H2O, CO2 o simili), al fine di avere le temperature pi? calde che potrebbero verificarsi durante condizioni transitorie sulla serpentina della solo smorzatore di calore, consentendo quindi di avere il riscaldamento diretto del fluido organico sulla serpentina dello scambiatore di calore principale dell'unit? di recupero di calore residuo senza l'emissione di degradazione termica di fluido organico per via di alte temperature. Il calore assorbito dal fluido sicuro pu? essere usato per preriscaldare il fluido di lavoro organico stesso.

[23] Infine, secondo aspetti esemplificativi alternativi, l'unit? di recupero di calore residuo dotata di uno smorzatore di calore, in particolare un preriscaldatore di fluido di lavoro, pu? essere usata in un generatore di vapore a recupero di calore ad attraversamento forzato (OTSG, once through steam generator) o in un generatore di vapore a recupero di calore (HRSG, heat recovery steam generator) a circolazione naturale o forzata.

[24] Facendo ora riferimento ai disegni, la figura 1 mostra un'unit? di recupero di calore residuo includente uno smorzatore di calore, che funziona in particolare come preriscaldatore di fluido di lavoro e che ? illustrata secondo una forma di realizzazione esemplificativa dell'invenzione.

[25] In una specifica forma di realizzazione, mostrata con riferimento alla figura 1, l'unit? di recupero di calore residuo 10 comprende un corpo principale 11, comprendente tre porzioni, uno smorzatore di calore 12, qui di seguito denominata anche preriscaldatore di fluido di lavoro 12, uno scambiatore di calore principale 13 e un condotto di bypass 14. Lo scambiatore di calore principale 13 e il condotto di bypass 14 sono entrambi disposti a valle del preriscaldatore 12. Inoltre, un deviatore ? disposto lungo il collegamento tra il preriscaldatore 12 e lo scambiatore di calore principale 13, il deviatore comprendendo una sezione di scambiatore di calore di deviatore 15 per controllare la portata di gas di scarico allo scambiatore di calore principale 13 e una sezione di bypass di deviatore 16 per controllare la portata di gas di scarico al condotto di bypass. La sezione di scambiatore di calore di deviatore 15 e la sezione di bypass di deviatore 16 sono collegate meccanicamente, in modo che lo stesso attuatore 7 azioni l'apertura di una e la chiusura dell'altra simultaneamente, consentendo il passaggio di un flusso costante attraverso il deviatore. In alternativa, la sezione di scambiatore di calore di deviatore 15 e la sezione di bypass di deviatore 16 possono essere azionate da diversi attuatori.

[26] L'unit? di recupero di calore residuo 10 della figura 1 ? configurata per scambiare calore tra un flusso di gas di scarico caldo e un flusso di fluido di lavoro di un sistema di recupero di calore residuo a ciclo Rankine, generalmente un flusso bifase, ma ? anche idonea per funzionare con un flusso monofase, come spiegato qui di seguito.

[27] Nella forma di realizzazione esemplificativa mostrata nella figura 1, un gruppo valvola 9 ? configurato per regolare una portata di fluido di lavoro attraverso una linea di alimentazione di fluido di lavoro 18. La linea di alimentazione di fluido di lavoro 18 ? divisa in una linea di flusso di bypass 19, collegata al preriscaldatore 12 mediante interposizione di una valvola 20, e una linea di flusso principale 21, collegata allo scambiatore di calore principale 13 attraverso una linea di alimentazione di scambiatore di calore principale 2 mediante interposizione di una valvola 22. Una linea di flusso di fluido preriscaldato 23 ? diretta dal preriscaldatore 12 a un separatore 24 quando il flusso di fluido di lavoro ? un flusso bifase, in particolare nel caso in cui il fluido di lavoro sia un fluido di lavoro di un sistema di recupero di calore residuo a ciclo Rankine. Il separatore 24 ? configurato per separare un fluido preriscaldato bifase in una frazione di liquido preriscaldato e una frazione di vapore preriscaldato. Una linea di flusso di liquido preriscaldato 25 e una linea di flusso di vapore preriscaldato 26 sono configurate per raccogliere rispettivamente la frazione di liquido preriscaldato e la frazione di vapore preriscaldato dal separatore 24. La linea di flusso di vapore preriscaldato 26 ? indirizzata allo scambiatore di calore principale 13 attraverso la linea di alimentazione di scambiatore di calore principale 2. Una linea di flusso di fluido surriscaldato 27 ? diretta dall'uscita dallo scambiatore di calore principale 13 a un collettore 8.

[28] Facendo riferimento alla figura 1, nel caso in cui il flusso di fluido di lavoro sia un flusso di fluido di lavoro di un sistema di recupero di calore residuo a ciclo Rankine, il funzionamento dello smorzatore di calore 12 per un'unit? di recupero di calore residuo 10 secondo la presente divulgazione ? il seguente.

Il fluido di lavoro attraverso la linea di alimentazione di fluido di lavoro 18 ? liquido. Quando il sistema di recupero di calore residuo viene avviato, una portata controllata di fluido di lavoro, che viene ridotta rispetto al valore nominale della portata di fluido di lavoro dalla linea di alimentazione di fluido di lavoro 18, viene diretta al preriscaldatore 12, chiudendo la valvola 22 e aprendo la valvola 20. Nel preriscaldatore 12, il fluido di lavoro viene riscaldato mediante scambio di calore con il flusso di gas di scarico caldo 17 e viene successivamente diretto al separatore 24 attraverso la linea di flusso di fluido preriscaldato 23. Nel separatore 24, il flusso di fluido di lavoro preriscaldato viene separato in una frazione di liquido preriscaldato e una frazione di vapore preriscaldato. La quantit? della frazione di liquido preriscaldato nel separatore 24 viene controllata attraverso un indicatore di livello 4, azionando una valvola 5 di una linea di flusso di liquido preriscaldato 25. Tipicamente, il flusso di liquido preriscaldato della linea di flusso di liquido preriscaldato 25 pu? essere recuperato nel ciclo termico. La frazione di vapore preriscaldato ? diretta allo scambiatore di calore principale 13 attraverso la linea di flusso di vapore preriscaldato 26 e la linea di alimentazione di scambiatore di calore principale 2, per scambiare in aggiunta calore con il gas di scarico 17 e per essere raccolta come flusso di vapore surriscaldato nel collettore 8.

[29] La funzione del separatore 24 ? essenziale quando viene avviata l'unit? di recupero di calore residuo della figura 1, parte di un sistema di recupero di calore residuo a ciclo Rankine. Di fatto, quando il sistema viene avviato, il flusso di gas di scarico caldo ? presente su un lato della serpentina dello scambiatore di calore principale 13 e il flusso di frazione di vapore preriscaldato ? presente sull'altro lato della serpentina. Il contatto con la frazione di vapore preriscaldato causa un raffreddamento minore della temperatura dello scambiatore di calore principale 13, rispetto al raffreddamento che potrebbe essere causato da un flusso di liquido, per via del coefficiente di scambio termico inferiore. Inoltre, la temperatura della frazione di vapore preriscaldato ? pi? elevata rispetto alla frazione di liquido. Pertanto, il vapore preriscaldato riduce lo sbalzo termico sulla serpentina dello scambiatore di calore principale 13. Un ulteriore vantaggio ? dovuto al fatto che il vapore riempie rapidamente tutto lo scambiatore di calore principale 13, riducendo il tempo necessario per completare l'avvio.

[30] Man mano che la fase di avvio progredisce, la pressione della frazione di vapore all'interno dello scambiatore di calore principale 13 e della linea di alimentazione di scambiatore di calore principale 2 viene aumentata e anche la temperatura aumenta. Un possibile flusso contrario dallo scambiatore di calore principale 13 al separatore 24 ? impedito da una valvola di non ritorno 260 disposta sulla linea di flusso di vapore preriscaldato 26. Inoltre, poich? anche la pressione interna al separatore 24 pu? aumentare se ? presente a valle una pressione pi? elevata, un possibile flusso contrario dal separatore 24 ? impedito da una valvola di non ritorno 230 disposta sulla linea di flusso preriscaldato 23. Quando l'indicatore di temperatura 28 misura una temperatura impostata, aziona la valvola 22 per consentire un progressivo aumento della quantit? di fluido di lavoro liquido che fluisce attraverso la linea di alimentazione di fluido di lavoro liquido 18 per essere diretto attraverso la linea di flusso principale 21, per miscelarsi insieme al vapore preriscaldato della linea di flusso di vapore preriscaldato 26 e per essere successivamente indirizzato allo scambiatore di calore principale 13 attraverso la linea di alimentazione di scambiatore di calore principale 2.

[31] Finch? l'avvio continua, al fine di ottenere una variazione di temperatura pi? regolare lungo la linea di alimentazione di scambiatore di calore principale 2 e lo scambiatore di calore principale 13, quando l'indicatore di temperatura 28 misura la temperatura impostata, il livello di controllo sull'indicatore 4 viene escluso e la valvola 5 viene chiusa, in modo che il separatore 24 venga riempito con la frazione di liquido preriscaldato. La frazione di liquido preriscaldato viene di conseguenza indirizzata allo scambiatore di calore principale 13 attraverso la linea di alimentazione di scambiatore di calore principale 2; la valvola 22 viene quindi aperta per consentire a una quantit? progressivamente crescente del fluido di lavoro liquido di fluire dalla linea di alimentazione di fluido di lavoro liquido 18 alla linea di flusso principale 21, per miscelarsi insieme alla frazione di liquido preriscaldato ed essere successivamente indirizzata allo scambiatore di calore principale 13 attraverso la linea di alimentazione di scambiatore di calore principale 2; di conseguenza, la linea di alimentazione 2, considerando sia la miscelazione con il liquido proveniente dalla linea 21 attraverso la valvola 22 sia la pressione in aumento, contiene ancora meno frazione di vapore rispetto alla frazione di liquido.

[32] Un'altra soluzione alternativa ? che, quando l'indicatore di temperatura 28 misura la temperatura impostata, la valvola 22 viene aperta e contemporaneamente la valvola 20 viene chiusa. Di conseguenza, tutto il fluido di lavoro liquido che fluisce attraverso la linea di alimentazione di fluido di lavoro liquido 18 viene indirizzato allo scambiatore di calore principale 13 attraverso la linea di flusso principale 21 e la linea di alimentazione di scambiatore di calore principale 2.

[33] Una volta che il preriscaldamento non ? pi? necessario, lo smorzatore di calore 12 viene esclusa dal sistema, chiudendo la valvola 20 sulla linea di flusso di bypass 19 e una valvola 6 sulla linea di flusso di fluido preriscaldato 23 e aprendo uno sfiato/scarico 29 disposto lungo la linea di flusso di fluido preriscaldato 23, per estrarre il fluido dallo smorzatore di calore 12.

[34] Facendo sempre riferimento alla figura 1, nel caso in cui il flusso di fluido di lavoro sia un flusso di fluido di lavoro monofase, il funzionamento dello smorzatore di calore 12 per un'unit? di recupero di calore residuo 10 secondo la presente divulgazione viene azionato dividendo il fluido di lavoro dalla linea di alimentazione di fluido di lavoro 18 in un flusso di bypass diretto al preriscaldatore 12 attraverso la linea di flusso di bypass 19 e un flusso principale diretto allo scambiatore di calore principale 13 attraverso la linea di flusso principale 21 e la linea di alimentazione di scambiatore di calore principale 2, regolando la valvola 22 e aprendo la valvola di accensione-spegnimento 20. Nel preriscaldatore 12, il fluido di lavoro viene riscaldato mediante scambio di calore con il flusso di gas di scarico caldo 17 e il flusso di fluido di lavoro preriscaldato viene successivamente portato a miscelarsi con il flusso principale prima di entrare nello scambiatore di calore principale 13. Il separatore 24 viene attraversato dal flusso di fluido di lavoro preriscaldato (nel caso in cui il flusso di fluido di lavoro sia un flusso di fluido di lavoro monofase, il sistema pu? anche non comprendere alcun separatore 24 e relativi accessori). Il flusso misto viene diretto allo scambiatore di calore principale 13 attraverso la linea di alimentazione di scambiatore di calore principale 2, per scambiare in aggiunta calore con il gas di scarico 17 e per essere raccolto come flusso di fluido surriscaldato nel collettore 8. Pertanto, anche nel caso in cui il flusso di fluido di lavoro sia un flusso di fluido di lavoro monofase, lo smorzatore di calore secondo la presente divulgazione ? importante per impedire sbalzi termici e la condensazione di acidi controllando la temperatura del flusso di fluido di lavoro diretto allo scambiatore di calore principale 13.

[35] Facendo riferimento alla figura 2, gli stessi numeri di riferimento essendo usati per gli stessi componenti della forma di realizzazione mostrata con riferimento alla figura 1, lo smorzatore di calore 12 secondo la presente divulgazione ? anche idonea per essere usata con un sistema a ciclo Rankine organico (ORC, organic Rankine cycle) con riscaldamento diretto di fluido organico (ovvero senza fluido intermedio). In tal caso, lo smorzatore di calore 12 ? realizzata come parte di un circuito separato alimentato con un fluido sicuro (H2O, CO2 o simili) da un circuito di fluido di raffreddamento di servizio 200. Di conseguenza, il fluido sicuro scambia calore e raffredda il flusso di gas di scarico 17. Il fluido organico viene alimentato direttamente allo scambiatore di calore principale 13 per essere riscaldato direttamente nelle serpentine dell'unit? di recupero di calore residuo 10, mediante scambio di calore con il flusso di gas di scarico a una temperatura inferiore, pertanto senza l'emissione di degradazione termica di fluido organico dovuta a una temperatura eccessivamente alta. Il calore assorbito dal fluido sicuro pu? essere recuperato per preriscaldare il fluido di lavoro organico in un altro scambiatore di calore esterno 130 prima di essere diretto allo scambiatore di calore principale 13. Questa soluzione pu? essere applicata alla caldaia a circolazione sia naturale sia forzata utilizzata nei sistemi di recupero di calore residuo a ciclo Rankine.

[36] Facendo riferimento alla figura 3, che mostra una rappresentazione schematica semplificata del preriscaldatore per l'unit? di recupero di calore residuo secondo la presente divulgazione, il preriscaldatore 12 ? disposto come una porzione rimovibile del corpo principale 11 dell'unit? di recupero di calore residuo 10, per facilitare la manutenzione e/o la sostituzione del preriscaldatore 12 in caso di danni. Nella forma di realizzazione esemplificativa della figura 3, il preriscaldatore 12 ? composto da un fascio tubiero 30, supportato da un telaio 31. Una flangia 32 ? configurata per accoppiare in modo rimovibile la linea di flusso di bypass di fluido freddo 19 con un collettore di fluido freddo 33 e a un lato di ingresso del fascio tubiero 30. Un lato di uscita del fascio tubiero 30 ? disposto come un collettore di fluido preriscaldato 34, che ? collegato a una flangia 35 ed ? diretto al flusso 23 che ? configurato per accoppiare in modo rimovibile il collettore di fluido preriscaldato 34 alla linea di flusso preriscaldato 23.

[37] Si noti che la posizione del preriscaldatore 12 a monte del deviatore consente al preriscaldatore 12 di abbassare la temperatura del flusso di gas di scarico caldo 17 anche se ? totalmente diretto al condotto di bypass 14. Di conseguenza, le superfici di scambio di calore 13 possono essere realizzate con un materiale meno costoso anche se il condotto di bypass 14 ? integrato con il corpo principale 11, come nella forma di realizzazione mostrata nella figura 1. Di fatto, anche nel caso in cui il flusso a valle del condotto di bypass 14 sia almeno parzialmente reindirizzato alle superfici di scambio di calore 13, la sua temperatura non ? cos? alta da causare uno sbalzo termico delle superfici di scambio di calore 13. Tuttavia, per lo stesso motivo, poich? il preriscaldatore 12 non pu? essere bypassato dal gas di scarico chiudendo la serranda di deviatore 15, questo deve essere progettato in modo da poter resistere a sbalzi termici estremi quando il fluido di lavoro entra nel preriscaldatore dopo l'avvio dell'unit? di recupero di calore residuo. Se il condotto di bypass non ? integrato con il corpo principale 11, ma ? realizzato come un corpo separato, allora la posizione del preriscaldatore 12 pu? essere a valle del deviatore.

[38] Sebbene aspetti dell'invenzione siano stati descritti in termini di varie forme di realizzazione specifiche, risulter? evidente ai tecnici del ramo che numerose modifiche, variazioni e omissioni sono possibili senza discostarsi dallo spirito e dall'ambito delle rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Unit? di recupero di calore residuo (10) comprendente uno scambiatore di calore principale (13) configurato per scambiare calore tra un flusso di fluido di scarico caldo da una sorgente di calore e un flusso di fluido di lavoro di un sistema di recupero di calore residuo, caratterizzata dal fatto che l'unit? di recupero di calore residuo (10) comprende uno scambiatore di calore aggiuntivo (12) disposto a monte di detto scambiatore di calore principale (13), lo scambiatore di calore aggiuntivo (12) essendo configurato per scambiare calore tra il flusso di fluido di scarico caldo e un flusso di fluido di raffreddamento.

2. Unit? di recupero di calore residuo (10) secondo la rivendicazione 1, in cui un deviatore ? disposto a valle di detto scambiatore di calore aggiuntivo (12), il deviatore essendo configurato per controllare la quantit? del flusso di fluido di scarico caldo diretto a detto scambiatore di calore principale (13) e a un condotto di bypass (14).

3. Unit? di recupero di calore residuo (10) secondo la rivendicazione 1, in cui un deviatore ? disposto a monte di detto scambiatore di calore aggiuntivo (12), il deviatore essendo configurato per controllare la quantit? del flusso di fluido di scarico caldo diretto a detto scambiatore di calore principale (13) e a un condotto di bypass (14).

4. Unit? di recupero di calore residuo (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto scambiatore di calore aggiuntivo (12) ? realizzato con un materiale di alta qualit?.

5. Unit? di recupero di calore residuo (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto scambiatore di calore aggiuntivo (12) ? configurato come una porzione rimovibile dell'unit? di recupero di calore residuo (10).

6. Unit? di recupero di calore residuo (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui l'unit? di recupero di calore residuo (10) comprende una linea di alimentazione di fluido di lavoro (18), una linea di flusso di bypass (19) collegata in corrispondenza di una prima estremit? alla linea di alimentazione di fluido di lavoro (18) e in corrispondenza di una seconda estremit? allo scambiatore di calore aggiuntivo (12) e una linea di flusso principale (21) collegata in corrispondenza di una prima estremit? alla linea di alimentazione di fluido di lavoro (18) e in corrispondenza di una seconda estremit? a una prima estremit? di una linea di alimentazione di scambiatore di calore principale (2); l'unit? di recupero di calore residuo (10) comprendendo inoltre una linea di fluido di lavoro preriscaldato (23) collegata in corrispondenza di un'estremit? a un'uscita di fluido di lavoro dello scambiatore di calore aggiuntivo (12) e in corrispondenza di una seconda estremit? alla prima estremit? della linea di alimentazione di scambiatore di calore principale (2), la seconda estremit? della linea di alimentazione di scambiatore di calore principale (2) essendo collegata allo scambiatore di calore principale (13).

7. Unit? di recupero di calore residuo (10) secondo la rivendicazione 6, in cui un separatore (24) ? disposto a valle della linea di fluido di lavoro preriscaldato (23) e a monte della linea di alimentazione di scambiatore di calore principale (2).

8. Unit? di recupero di calore residuo (10) secondo la rivendicazione 7, in cui una linea di flusso di vapore (26) ? collegata in corrispondenza di una prima estremit? con una porzione superiore del separatore (24) e in corrispondenza di una seconda estremit? con la prima estremit? della linea di alimentazione di scambiatore di calore principale (2) e in cui una linea di flusso di liquido (25) ? collegata con una porzione inferiore del separatore (24).

9. Unit? di recupero di calore residuo (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 8, in cui la linea di flusso principale (21) comprende una valvola (22) collegata a un sensore di temperatura (28) disposto lungo la linea di alimentazione di scambiatore di calore principale (2).

10. Unit? di recupero di calore residuo (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui l'unit? di recupero di calore residuo comprende una linea di alimentazione di fluido di raffreddamento (190) collegata in corrispondenza di una prima estremit? a un circuito di fluido di raffreddamento di servizio (200) e in corrispondenza di una seconda estremit? all'ingresso dello scambiatore di calore aggiuntivo (12) e una linea di uscita di fluido di raffreddamento collegata in corrispondenza di una prima estremit? all'uscita dello scambiatore di calore aggiuntivo (12) e in corrispondenza di una seconda estremit? al circuito di fluido di raffreddamento di servizio (200), e in cui l'unit? di recupero di calore residuo (10) comprende una linea di alimentazione di fluido di lavoro (2) collegata allo scambiatore di calore principale (13).

11. Unit? di recupero di calore residuo (10) secondo la rivendicazione 10, in cui uno scambiatore di calore (130) ? configurato per scambiare calore tra il fluido di raffreddamento a valle dello scambiatore di calore aggiuntivo (12) e il fluido di lavoro a monte dello scambiatore di calore principale (13).

12. Unit? di recupero di calore residuo (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta unit? di recupero di calore residuo (10) ? un generatore di vapore a recupero di calore ad attraversamento forzato (OTSG).