La centrale

La centrale di Società Agricola Mombracco Energy srl è un impianto di cogenerazione alimentato a biomassa legnosa (cippato di legna), finalizzato alla produzione di energia elettrica e all’utilizzo del calore residuo per scopi prevalentemente industriali.
Il calore prodotto viene infatti utilizzato: in parte per incrementare l’efficienza del processo di produzione di energia elettrica stessa (essiccando il combustibile), in parte per alimentare una rete di teleriscaldamento a servizio dei fabbricati della borgata che sorge nei pressi della centrale e del comune di Envie, ed infine per altri scopi industriali e civili.
Questa centrale rappresenta l’ultima evoluzione degli impianti a biomassa per la produzione di energia elettrica con ciclo ORC (Organic Rankine Cycle); si tratta, cioè, di un impianto studiato per massimizzare la resa energetica, l’affidabilità e conseguentemente ridurre al minimo le fermate per la manutenzione ordinaria (sono programmate solo due fermate all’anno, della durata di quindici giorni ciascuna; il periodo d esercizio consiste dunque in 8000 h/a).

L’impianto è costituito da un silo interrato, dotato di un sistema di movimentazione meccanica, che viene approvvigionato con la biomassa umida in arrivo all’impianto. Il sistema di movimentazione permette, in caso di necessità, di alimentare direttamente da questo silo il focolare della caldaia, oppure, come avviene in condizioni normali di funzionamento, alimenta un essiccatore di cippato, dal quale il cippato essiccato viene trasferito a un secondo silo, anch’esso dotato di sistema di movimentazione meccanica, da cui si alimenta il focolare della caldaia.
Il focolare è dotato di griglie mobili e al suo interno avviene la gassificazione della legna e la successiva combustione. I fumi caldi così prodotti sono inviati prima ad una caldaia ad olio diatermico, poi a una coppia di economizzatori e a un preriscaldatore dell’aria comburente, per essere poi definitivamente inviati ai sistemi di abbattimento, costituiti da un multiciclone e da un elettrofiltro. Una parte dei fumi in uscita dal multiciclone viene convogliata nel focolare, per ridurre la formazione di NOx durante il processo di combustione. L’impianto è altresì dotato di un ulteriore sistema di abbattimento degli NOx di tipo non catalitico (SNCR), basato sulla riduzione degli stessi per mezzo di iniezione di urea nel focolare.
L’olio diatermico, riscaldato nella caldaia e nei due economizzatori, viene pompato verso gli scambiatori di calore e l’evaporatore del circuito ORC ad olio siliconico (polisilossano). Il circuito ORC si compone di un rigeneratore e un preriscaldatore a bassa temperatura, dai quali il fluido confluisce in un preriscaldatore ad alta temperatura e quindi in un evaporatore; da qui il fluido evaporato espande in una turbina direttamente accoppiata all’albero di un generatore elettrico sincrono, per la produzione di energia elettrica.
Il fluido di lavoro, dopo l’espansione in turbina, viene raffreddato nel rigeneratore e quindi condensato nel condensatore, per essere pompato alla pressione di esercizio richiesta dal ciclo dalla pompa del fluido di lavoro e tornare a inizio ciclo.
Il calore asportato dal condensatore viene trasferito all’acqua, qui si unisce al calore asportato dal circuito di raffreddamento della griglia del focolare e del canale di compressione, per essere utilizzato per gli usi cogenerativi e/o dissipato. In particolare, l’energia termica viene utilizzata per l’essicazione del combustibile e per un impianto di teleriscaldamento.

Principali parametri operativi dell’impianto:

Potenza elettrica lorda generata	999 kWe
Potenza elettrica immessa in rete	936,66 kWe
Potenza termica generata e disponibile per usi termici	4205,5 kWt
Rendimento nominale elettrico	15,7 %
Rendimento nominale termico	70,6 %
Rendimento nominale della cogenerazione	86,3 %
Consumo giornaliero di cippato secco (tenore di umidità pari al 20%)	35,6 t
Consumo giornaliero di cippato umido (tenore di umidità pari al 50%)	56,9 t
Ore di esercizio	8000 h/anno
Fermate per manutenzione ordinaria	2 all’anno, di 15 giorni ciascuna
Indice di risparmio energetico IRE (secondo Delibera AEEG num. 42 del 19/03/2002)	24,6 %
Limite termico (secondo Delibera AEEG num. 42 del 19/03/2002)	76 %

L’indice di risparmio energetico (IRE) è il rapporto tra il risparmio di energia primaria, conseguibile se energia elettrica e termica vengono co–generate anziché generate separatamente, e l’energia primaria richiesta dalla produzione separata.
Il limite termico (LT) è il rapporto tra l’energia termica utile annualmente prodotta (Et) e l’effetto utile complessivamente generato su base annua dalla sezione di produzione combinata di energia elettrica e calore, pari alla somma dell’energia elettrica netta e dell’energia termica utile prodotte (Ee + Et).

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Componenti principali dell'impianto

CIPPATORI

La cosiddetta “cippatura” (dall’inglese to chip, cioè triturare) è il processo di riduzione del materiale legnoso di vario tipo e forma (tronchi, rami, scarti di segheria, rottami legnosi, ecc.), in scaglie di piccole dimensioni, tramite l’azione meccanica di taglio, eseguita da apposite macchine cippatrici.

Il cippato da usare come combustibile presso la centrale di Società Agricola Mombracco Energy srl è prodotto con i cippatori a tamburo di marca PEZZOLATO, serie PTH. Il processo di cippatura del combustibile avverrà principalmente sul posto, nell’impianto stesso.

Il materiale da cippare viene posato su un nastro alimentatore, con catena d’acciaio arpionata a maglie chiuse, azionata idraulicamente. La catena trascina il materiale sotto al rullo superiore di alimentazione. Il rullo è dotato di denti riportati che aggrediscono il materiale per facilitarne l’ingresso; inoltre, esso esercita la pressione necessaria per spingere il legno contro l’azione del tamburo cippatore.
La versione standard della macchina è dotata di due coltelli sul tamburo, in posizioni opposte, che garantiscono la calibratura costante dei chips. Per esigenze particolari è possibile montare sul tamburo quattro coltelli in posizioni equidistanti e alternate.
La potenza è trasmessa al tamburo da resistenti cinghie “power band”.
I comandi sono facilmente accessibili a bordo macchina; tuttavia, è possibile dotare la macchina di radiocomando, per consentire all’operatore di gestire a distanza le principali funzioni del cippatore.
Le velocità della catena di alimentazione e del rullo superiore sono sincronizzate e possono muoversi in avanti o all’indietro, su comando dell’operatore. La velocità d’ingresso del materiale può essere modificata dall’operatore, qualora sia necessario cambiare la dimensione dei chips.
I chips che escono dalla griglia di calibrazione sono trasportati, da una coclea di raccolta, alle pale di un ventilatore che li espelle all’esterno attraverso il convogliatore di scarico.


SILO DEL CIPPATO

Si tratta di una fossa in calcestruzzo profonda circa 4 m e suddivisa longitudinalmente da un setto che divide il comparto del materiale umido da quello del materiale secco. La fossa è attrezzata con una coclea che invia il cippato umido all’essiccatore, con una coclea che preleva il cippato secco dall’essiccatore e, infine, con un sistema a rastrelli oleodinamici che invia il cippato secco al focolare. Il cippato umido viene riversato nella fossa dall’alto per mezzo di una pala meccanica.


ESSICCATORE DEL CIPPATO

Si tratta di un essiccatore continuo a flusso trasversale ad aria. L’aria per l’essicazione è aspirata dall’ambiente, riscaldata da un’apposita batteria di scambio termico acqua/aria, e, quindi, convogliata da un ventilatore alle canalizzazioni di immissione aria dell’essiccatore nella parte bassa dello stesso. L’energia termica necessaria per riscaldare l’aria è ricavata dal calore cogenerato, cioè dal calore recuperato dal processo di produzione dell’energia elettrica nel modulo ORC. L’aria umida uscente dai pozzi di essicazione viene inviata, grazie a un secondo elettroventilatore, al ciclone per la separazione delle polveri.
La velocità di transito dell’aria attraverso il materiale è molto ridotta, pertanto anche il rilascio di polveri nella corrente d’aria è limitato.


CAMERA DI COMBUSTIONE CALDAIA A BIOMASSA

La camera di combustione è del tipo “a flusso centrale” con griglia mobile e dotato di camera di combustione adiabatica, realizzata con un telaio d`acciaio, e pareti e volta superiore in materiale refrattario resistente a elevate temperature. Nella camera di combustione avvengono i processi di gassificazione del cippato e la successiva combustione. Il combustibile viene introdotto nel focolare per mezzo di uno spintore idraulico. L’aria comburente, primaria e secondaria, viene immessa con ventilatori a portata variabile per l’ottimizzazione della combustione.


SISTEMA CALDAIA AD OLIO DIATERMICO
(composta da un gruppo di scambiatori ad irraggiamento e convettivi),
ECONOMIZZATORI E PRERISCALDATORE ARIA COMBURENTE

Nel sistema caldaia i fumi caldi generati dal focolare cedono calore all’olio diatermico, che circola in un sistema di scambiatori composti da un serpentino meandrico ovale ad irraggiamento, serpentino meandrico circolare ad irraggiamento e colonne con serpentini convettivi.
Lasciato il sistema caldaia, i fumi attraversano una colonna che ospita due economizzatori e il preriscaldatore dell’aria comburente secondaria. Il primo economizzatore è l’economizzatore HT, che preriscalda l’olio del circuito ad alta temperatura prima che l’olio entri nel modulo convettivo e, successivamente, nel modulo ad irraggiamento. Il secondo economizzatore riscalda l’olio del circuito a bassa temperatura. Infine il fumo attraversa il preriscaldatore dell’aria comburente secondaria.
Ciascuna delle colonne descritte è dotata di tramogge che raccolgono la cenere e la trasferiscono su un apposito trasportatore a catena sigillato, per impedire dispersioni di ceneri nell’ambiente.


MULTICICLONE ED ELETTROFILTRO

I fumi, prima di essere inviati al camino, vengono sottoposti a depurazione nel multi ciclone e nell’elettrofiltro.
Nel multi ciclone, che è il primo stadio di abbattimento e che ha un efficienza pari a circa 70%, vengono separate le particelle più grandi. Il multiciclone è coibentato, per ridurre al minimo le perdite di calore o eventuali formazioni di condensa. I fumi in uscita dal multiciclone sono in parte ricircolati verso il focolare e in parte inviati all’elettro-filtro. Quest’ultimo, che costituisce il sistema di abbattimento finale, è un precipitatore elettrostatico ad alte prestazioni che separa le particelle più sottili con grado di efficienza pari a circa 99%.
Le ceneri trattenute sono convogliate al trasportatore a catena.


MODULO DI COGENERAZIONE ORC (ORGANIC RANKINE CYCLE)

Si tratta di un modulo composto da una serie di scambiatori, una pompa di circolazione dell’olio siliconico, una turbina, un generatore di corrente sincrono e una serie di dispositivi di regolazione, controllo e sicurezza.
L’olio siliconico viene preriscaldato in parte nel rigeneratore ed in parte in un apposito scambiatore alimentato dal circuito LT dell’olio diatermico, da qui viene poi inviato ai successivi scambiatori dove vaporizza grazie al calore ceduto dal circuito HT dell’olio diatermico e, quindi, si espande in una turbina che aziona un generatore elettrico sincrono, per la produzione di energia elettrica. L’energia elettrica generata viene inviata a un trasformatore che ne eleva la tensione da bassa a media e la immette nella rete di distribuzione.
Il fluido di lavoro, dopo l’espansione in turbina, viene raffreddato nel rigeneratore e quindi condensato nel condensatore, per essere pompato alla pressione di esercizio richiesta dal ciclo dalla pompa del fluido di lavoro e iniziare di nuovo il ciclo. Il condensatore è raffreddato per mezzo di un circuito ad acqua. In tale circuito l’acqua assorbe il calore del fluido di lavoro per poi cederlo, mediante ulteriori appositi sistemi di scambio, ai processi che utilizzano il calore cogenerato e cioè: l’impianto di essiccazione del combustibile, l’impianto di essiccazione della legna da ardere e la rete di teleriscaldamento.


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