ITRM20060569A1 - Impianto e metodo di produzione di energia elettrica da biomassa - Google Patents

Description

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SIB BI234E DESCRIZIONE deH’invenzione industriale dal titolo:

“Impianto e metodo di produzione di energia elettrica da biomassa” a nome di Eukrasìa S .r.l. di Reggio Emilia (Italia)

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La presente invenzione si riferisce ad un impianto di produzione energia elettrica da biomassa ed al relativo metodo di produzione;

Negli ultimi anni si è avvertita in maniera sempre maggiore la necessità di produrre energia elettrica per mezzo di combustibili alternativi ai prodotti derivati dal petrolio, o comunque, in generale ai combustibili fossili.

Come noto, tale necessità è dovuta al continuo aumento del costo del petrolio, all’elevato inquinamento ambientale causato dalla combustióne dei combustibili fossili e, più in generale, al continuo aumento della richiesta di energia.

In risposta a tale necessità, si sta largamente diffondendo l’utilizzo di fonti energetiche rinnovabili o, in altre parole, di quelle fonti di energia che possono essere considerate non "esauribili", almeno nella scala dei tempi "umani" o percepibili dall'uomo o dalla società.

Tra queste varie fonti alternative, si Sta diffondendo la produzione di energia tramite biomasse, cioè quelle sostanze di origine animale e vegetale, in particolare scarti che provengono da aziende agrarie, che possono essere usate come combustibili;

Per sfruttare tali combustibili sono noti una pluralità di impianti, che si differenziano a seconda del tipo di biomassa utilizzata.

Nel caso della produzione di energia elettrica e calore a partire da prodotti agricoli, vegetali, cascami da allevamenti ed aziende agroalimentari, nonché da coltivazioni agricole sono stati sviluppati degli appositi impianti che comprendono essenzialmente un forno per la combustione di tali prodotti, una caldaia per la formazione di vapore, alimentata dal forno, ed un gruppo di produzione di energia elettrica tramite vapore.

Come può essere fàcilmente intuito, il problema principale di tali impianti è quello di ottenere quantità sufficienti di enérgia, con rendiménti elevati, in modo da poter ammortizzare in tempi sufficientemente contenuti la spesa iniziale per la realizzazione dell’impianto.

Infatti, tali soluzioni sono adottate principalmente in impianti di piccole dimensioni, in aziende agricole o agroalimentari, che dispongono di una grande quantità di rifiuti alimentari da smaltire.

Tuttavia, il combustibile utilizzato non ha un alto potere calorifico e, generalmente, l’alimentazione del combustibile non è sufficientemente uniforme. Di conseguenza, non sempre tali impianti sono convenienti dal punto di vista economico. Per ovviare a tale problema, è stato ideato un pretrattamento della biomassa, che ne migliora il potere calorifico, ma che, d’altra parte, comporta anche un costo aggiuntivo.

In generale, inoltre, tali impianti non hanno un’efficienza termica piuttosto limitata richiedendo diversi componenti operanti in maniera disgiunta tra di loro.

Infine, anche se questi impianti non utilizzano combustibili fossili, evitando cosi la dispersione nell’ambiente dei prodotti della loro combustione, i forni utilizzati rilasciano comunque nell’ambiente fumi, e di conseguenza anidride carbonica e altri inquinanti.

Pertanto il problema tecnico che è alla base della presente invenzione è quello di fornire un metodo di produzione di energia tramite biomassa che consenta di ovviare agli svantaggi sopra menzionati con riferimento alla tecnica nota.

Tale problema è risolto dall’impianto di produzione di energia dà biomassa secondo la rivendicazione 1 e nel metodo di produzione di energia secondo la rivendicazione 9.

La presente invenzione presenta alcuni rilevanti vantaggi. H vantaggio principale consiste nel fatto che tale impianto consente di ottenere elevate prestazioni, con alta efficienza termica e alimentazione uniforme, senza richiedere alcun pte-trattamento del combustibile utilizzato, né elevati costi aggiuntivi nella predisposizione dell’ impianto.

Inoltre, ulteriore vantaggio consiste nel fatto che permette di limitare al massimo remissione in atmosfera dei prodotti della combustione, evitando le emissioni al camino, con notevoli vantaggi nell’impatto ambientale dell’impianto, grazie all’abbattimento di pólveri, dell’inquinamento chimico e biologico.

Altri vantaggi, caratteristiche e le modalità d’impiego della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizionè dettagliata di alcune forme di realizzazione, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo. Verrà fatto riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui: la figura 1 è un'illustrazione schematica del layout di un impianto di produzione di energia elettrica da biomassa secondo la presente invenzione; e

la figura 2 è una vista laterale in sezione di una forno per biomasse, collegato ad una caldaia, particolari di figura 1.

Con riferimento inizialmente alla figura 1, un impianto per la produzione di energia da biomassa comprende un forno 1 per la combustione di biomasse che alimenta una caldaia 2 per la produzione di vapore.

Il vapore viene quindi sfruttato in un gruppo 4 di produzione di energia, essenzialmente tramite una turbina a vapore 41, le cui caratteristiche saranno descritte in dettaglio nel seguito.

Con riferimento quindi alla figura 2, la caldaia 2 è convenientemente del tipo a tubi di fumo e, in altre parole, lo scambio termico avviene, tramite di uno scambiatore 21, tra i fumi generati dalla combustione della biomassa e acqua in pressione, che verrà trasformata cosi in vapore per essere inviata alla turbina 41. Più precisamente, secondo una forma di realizzazione preferita, i tubi di fumo sono posizionati verticalmente, per favorirne la pulizia e per avere bassi indici di intasamento

H forno 1 comprende inoltre una sezione di alimentazione 11 del combustibile, che viene quindi depositato su un’apposita griglia 12, sulla quale avviene la combustione.

Il forno 1 è inoltre realizzato in carpenteria di acciaio con le pareti esterne completamente bagnate, permettendo cosi il controllo della temperatura del refrattario e garantendo in questo modo una elevata durata dello stesso. All’interno del forno è realizzato un percorso 16 per i fumi, che definisce sostanzialmente due giri di fumi.

Questa configurazione permette una migliore distribuzione dell’aria che può cosi essere soffiata attraverso distinti mezzi di ventilazione primari 13 e secondari 14. In particolare, la conformazione del percorso 16 insieme alla presenza dei mezzi di ventilazione secondari 14 permette di ottimizzare il processo di combustione.

I mezzi di ventilazione primari 13 sono disposti sotto la griglia 12 ed inviano aria dal basso verso l’alto, con la duplice funzione di raffreddare la griglia e fornire aria per la combustione.

II forno 1 è provvisto, all’estremità della griglia 12, di una coclea motorizzata 17 per l’estrazione delle ceneri provenienti dalla combustione, che verranno convogliate con le ceneri in uscita dalla caldaia in un apposito raccoglitore 18, illustrato in figura 1, dal quale possono essere eventualmente riutilizzate per altre applicazioni.

Sempre con riferimento alla figura 1, il combustibile arriva alla sezione di alimentazione 11 da un silos di stoccaggio 5, attraverso l’uso di un nastro trasportatore.

Secondo una forma di realizzazione preferita, il forno comprende un sistema di regolazione dell’avanzamento della biomassa, o di altro combustibile utilizzato, che si rivela particolarmente vantaggioso in quanto permette di effettuare Γ alimentazione con qualsiasi tipo di biomassa. Tale sistema, non illustrato in figura, può essere realizzato con appositi organi azionatoli esterni.

Quindi, come illustrato nella figura 2, i prodotti della combustione vanno alla caldaia 2 attraverso una sezione di uscita 13 e in essa compiono due giri attraverso lo scambiatore 21.

La caldaia 2 è inoltre preferibilmente realizzata con robusta carpenteria di acciaio, i tubi sono del tipo senza saldatura, le piastre tubiere in di grosso spessore idonee alla saldatura al fascio tubiere, tutte le parti esterne della caldaia sono coibentate e rivestite con lamierini verniciato. Alla caldaia è collegato con un corpo cilindrico 25 per l'accumulo del vapore saturo da inviare al gruppo generatore 4.

Alla base della caldaia sono previste due ulteriori coclee di estrazione delle ceneri che si depositano prima di entrare nel fascio tubiera, e dette ceneri sono convogliate come sopra descritto.

Con riferimento nuovamente alla figura 1, i fumi prodotti della combustione del forno 1, dopo aver realizzato lo scambio termico all'interno del generatore di vapore 2 sono inviati ad una sezione di correzione del residuo secco 3, tramite una sezione di uscita 22 illustrata in figura 2. In particolare, secondo ima forma di realizzazione preferita la sezione di correzione del residuo secco può essere realizzata tramite un essiccatore.

Si noti, quindi, che i fumi alla sezione d'uscita 22, pur non avendo quantità di calore sufficiente a generare ulteriore vapore, essendo orami a bassa temperatura, pari a circa 250 °C, possono ancora essere utilizzati per migliorare gli effetti dell'essiccatore 3.

In particolare, l'essiccatore 3 può ricevere la biomassa da una sezione di stoccaggio 12, o da altro deposito di materiale, ed eseguire un pretrattamento prima che questa venga inviata al forno 2.

A tale scopo, l'essiccatore 3 è collegato al silos di stoccaggio 5 che alimentata il forno 1, in modo tale che, una volta realizzato l'essiccamento, la biomassa possa essere inviata alla griglia 21 per realizzarne la combustione.

Deve essere compreso, infatti, che la biomassa presenta normalmente percentuali di umidità piuttosto elevate e, chiaramente, tale aspetto ne limita il potere calorifero.

L'essiccatore consente di diminuire la percentuale di umidità nella biomassa, in maniera da favorirne la combustione.

Tuttavia, i fumi provenienti dal forno 2 sono comunque a temperatura troppo elevata per poter agire sulla biomassa, essendo questa particolarmente basso-fondente, ed inoltre la loro portata insufficiente ad ottenerne una rapida disidratazione.

A tale scopo i fumi sono miscelati con una portata d'aria esterna fornita da mezzi di ventilazione 24, che consentono di inviare all'essiccatore ima quantità d'aria sufficiente per avere una rapida essiccazione della biomassa, ad una temperatura comunque superiore a quella ambiente, grazie ai fumi provenienti dalla combustione avvenuta nel forno 2.

Si noti che questa caratteristica si rivela particolarmente vantaggiosa, in quanto da un lato sfrutta un’energia particolarmente povera, che altrimenti non verrebbe sfruttata, dall’altro consente di evitare l’emissione diretta dei prodotti della combustione del forno 2.

All’uscita della sezione di correzione del residuo secco 3, può anche vantaggiosamente fornita ulteriore biomassa, in quanto, quella in uscita dall’essicatore presenta una percentuale di umidità sufficientemente bassa da poter essere miscelata a biomassa con contenuto di umidità superiore, senza comprometterne la combustione nel forno 1.

A tale scopo, possono essere previste un’unità di eventuale stoccaggio 61 e di trattamento 62 dell’ulteriore biomassa, ed un miscelatore 63, che mescola la biomassa proveniente dalla sezione di correzione del residuo secco 3 e quella fornita successivamente.

Ulteriore vantaggio del presente impianto, riguarda il fatto che la quantità di particelle inquinanti presenti nei fumi viene diminuita nello stesso essiccatore, o in altro modo analogo in eventuali differenti realizzazione della sezione di correzione del residuo secco 3, in quanto, parte di tali particelle, si depositano durante il trattamento della biomassa e, conseguentemente, non saranno emesse in atmosfera.

L’impianto di produzione di energìa secondo la presente invenzione comprende anche un’unità di abbattimento delle polveri 23, costituita da un sistema a multicicloni per l’abbattimento delle polveri più pesanti e da un sistema ad abbattimento ad umido.

Il principio di funzionamento di detto sistema consiste nel convogliare i fumi attraverso particolari trappole bagnate costantemente da flussi d’acqua che trattengono le polveri presenti.

La circolazione dell’acqua nel sistema ad abbattimento ad umido è mantenuta per mezzo di una pompa con sistema a circuito chiuso, in cui il livello dell’acqua viene mantenuto costante tramite rubinetto galleggiante. Le polveri così abbattute vengono decantate in sacchi-filtro a perdere in grado di filtrare, disidratare e contenere i fanghi stessi.

I fumi preventivamente trattati con questo sistema verranno poi inviati all’essiccatore 3 e, successivamente, emessi in atmosfera, con una bassa concentrazioni di polveri.

Inoltre, prima dell’uscita dall’essiccatore, i fumi, chè oltre ad aver subito tale trattamento di abbattimento delle polveri sono ormai miscelati ad aria, presentano una bassa temperatura e possono quindi essere inviati ad un’unità di trattamento dell’aria 31, che realizza un ulteriore purificazione dell’aria, in maniera tale che all’uscita dall’impianto 32 i prodotti della combustione abbiano un contenuto estremamente basso di anidride carbonica.

Con riferimento nuovamente alla figura 1, la produzione di energia elettrica è ottenuta con il gruppo turbogeneratore 4 costituito in particolare dalla turbina 41, preferibilmente del tipo a condensazione multistadio con scarico verso il basso, da un condensatore 43 vapore/acqua a fascio tubiera, un generatore elettrico 42, un dégasatore 45, una torre evaporativi 44, e da una pompa di alimento caldaia 46.

L’impianto secondo la presente invenzione permette pertanto di fornire alle utenze 63 l’energia elettrica fornita dal generatore 42. Inoltre, a seconda delle configurazioni richieste, sarà possibile inviare alle utenze portate di acqua calda 61, prelevate in uscita dal forno 1, oppure portate di vapore 62, proveniente in uscita dalla caldaia 2.

La presente invenzione è stata fin qui descritta con riferimento a forme preferite di realizzazione. È da intendersi che possano esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, tutte rientranti nell’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito espóste.

Claims (15)

1. il-vtyj y y y τ ^ 3⁄4a<'>·<■>' - io- RIVENDICAZIONI 1. Impianto per la produzione di energia da biomassa, comprendente un forno (1) per la combustione di detta biomassa, associato ad una caldaia (2) per la produzione di vapore, caratterizzato dal fatto che i prodotti della combustione in detto forno (1) sono inviati ad una sezione di correzione del residuo secco (3) atto a diminuire la percentuale di umidità relativa presente in detta biomassa, detta sezione di correzione del residuo secco (3) essendo a sua volta atta a fornire detta biomassa a detto forno (1).
2. 2. Impianto secondo la rivendicazione precedente in cui detta caldaia (2) è del tipo a tubi di fumo, alimentata da fumi proveniente dalla combustione di detta biomassa in detto forno (1).
3. 3. Impianto secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui detto forno (1) comprende una griglia (12) sulla quale viene depositata detta biomassa, in maniera da realizzarne la combustione.
4. 4. Impianto secondo la rivendicazione precedente, in cui detta sezione di correzione del residuo secco (3) è atta a fornire detta biomassa a detto forno (1) tramite una sezione di alimentazione (11), atta a alimentare detta griglia (12) con detta biomassa.
5. 5. Impianto secondo una delle precedenti rivendicazioni, comprendente un silos di stoccaggio (S) atto a ricevere detta biomassa all’uscita da detta sezione di correzione del residuo secco (3).
6. 6. Impianto secondo una delle precedenti rivendicazioni, comprendente un’unità di abbattimento delle polveri (23) all’uscita da detta caldaia (2), detta unità di abbattimento delle polveri (23) essendo atta a realizzare un trattamento di detti prodotti della combustione provenienti da detto forno (1)
7. 7. Impianto secondo una delle precedenti rivendicazioni, comprendente una turbina a vapore (41) per la produzione di energia elettrica, alimentata da vapore generato da detta caldaia (2).
8. 8. Impianto secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui detti prodotti della combustione in detto forno (1) Sono miscelati ad aria esterna tramite appositi mezzi di ventilazione (24) prima di essere inviati a detto essiccatore (3).
9. 9. Impianto secondo una delle precedenti rivendicazioni, comprendente un’unità di stoccaggio (61) e di trattamento (62) di ulteriore biomassa, ed un miscelatore (63) atto a mescolare detta ulteriore biomassa con quella proveniente da detta sezione di correzione del residuo secco (3).
10. 10. Metodo per la produzione di energia da biomasse, tramite la ripetizione in ciclo continuo dei passi di: • realizzare la combustione di detta biomassa; • generare una quantità di vapore, tramite il riscaldamento di acqua attraverso calore fornire dai prodotti di detta combustione, detto vapore essendo atto ad alimentare un gruppo di generazione di energia (4); • inviare, a seguito di detto passo di generare vapore, detti prodotti della combustione ad una sezione di correzione del residuo secco (3); ■ diminuire la percentuale di umidità di detta biomassa tramite detti prodotti della combustione, soffiati all’interno di detta sezione di correzione del residuo secco (3), in maniera tale da essiccare ed uniformare detta biomassa.
11. 11. Metodo per la produzione di energia da biomasse secondo la rivendicazione precedente, comprendente un ulteriore passo di miscelare detti prodotti della combustione con aria proveniente dall’esterno, a seguito di detto passo di generare vapore.
12. 12. Metodo per la produzione di energia da biomasse secondo una delle rivendicazioni da 10 a 11, in cui detti prodotti della combustione presentano una temperatura pari a circa 250 °C a seguito di detto passo di generare vapore.
13. 13. Metodo per la produzione di energia da biomasse secondo una delle rivendicazioni da 10 a 12, in cui detti prodotti della combustione sono sottoposti ad trattamenti fisici e/o chimici e/o biologi atti all’abbattimento delle polveri.
14. 14. Metodo per la produzione di energia da biomasse secondo una delle rivendicazioni da 10 a 13, comprendente un ulteriore passo di raccogliere detta biomassa a bassa percentuale di umidità relativa, all’ interno di silos di stoccaggio (5), atto a fornire detta biomassa a ad un forno (1) all’interno del quale avviene detta combustione.
15. 15. Metodo per la produzione di energia da biomasse secondo una delle rivendicazioni da 10 a 14, comprendente un ulteriore passo di mescolare ulteriore biomassa con detta biomassa a bassa percentuale di umidità relativa all’uscita di detta sezione di correzione del residuo secco (3). p.p. Eukrasìa S.r.l,