Più efficienza e meno emissioni: gli accessori che evolvono il generatore
Esistono tecnologie intrinsecamente più efficienti e pulite di altre nel compiere le stesse funzioni (come nel caso del motore elettrico rispetto a quello a combustione interna); allo stesso tempo, esistono soluzioni evolute che, se applicate a impianti già consolidati, ne migliorano drasticamente le prestazioni, abbattendo il consumo di energia primaria e riducendo le emissioni nocive in atmosfera.
Anche nell’ambito dei generatori di vapore industriali, l’integrazione di specifici dispositivi consente di ottenere importanti risultati sul fronte del risparmio di combustibile. L’installazione di un economizzatore, di un condensatore e di accessori evoluti per il bruciatore permette infatti di aumentare il rendimento della caldaia fino al 20%, generando un immediato ritorno economico e riducendo l'impatto ambientale.
Vediamo nel dettaglio di quali soluzioni si tratta.
Economizzatore, i vantaggi reali
Un generatore di vapore viene costantemente alimentato con acqua nuova per compensare il vapore che viene poi immesso nelle linee di distribuzione.L’economizzatore è un dispositivo che consente di preriscaldare l’acqua in ingresso alla caldaia recuperando il calore dai fumi di scarico.
Rappresenta un primo stadio di recupero del calore e garantisce l’aumento del rendimento dell’impianto del 5% circa. L’economizzatore funziona in maniera integrata con il generatore e si può installare anche su una caldaia esistente, a patto che ci sia lo spazio disponibile: bisogna solo modificare la logica complessiva di gestione dell’impianto.
Condensatore, cos'è e come funziona
Un secondo stadio di recupero del calore, a valle dell’economizzatore, è rappresentato dallo scambiatore o condensatore.
Anche il condensatore recupera calore allo scarico, dalla condensazione del vapore presente nei fumi, ma non viene utilizzato per reintegrare energia nel generatore stesso: può essere applicato dove c’è la necessità di scaldare acqua fredda tecnologica che viene utilizzata da altri processi (per esempio, in una lavanderia è possibile preriscaldare l’acqua destinata alle lavatrici industriali, oppure l’acqua di lavaggio di serbatoi).
Il bilancio energetico complessivo è più che positivo, con un rendimento rispetto all’energia primaria utilizzata che aumenta del 5-7%.
Accessori applicabili al bruciatore
Vi sono due soluzioni che migliorano la combustione del bruciatore generando un ulteriore risparmio energetico:
- applicazione di un inverter per la regolazione della velocità del ventilatore, in grado di modulare il carico del bruciatore (che non si spegnerà più al di sotto di un certo limite) e di ridurre quindi il numero di spegnimenti e riaccensioni della caldaia, una fase particolarmente energivora. Ogni ripartenza della caldaia, infatti, è preceduta da una fase di pre-ventilazione, prevista dalle normative di sicurezza, necessaria per immettere aria ed evitare che restino sacche di gas incombusto, pericolose nel momento in cui si riaccende il bruciatore. Limitare il numero di accensioni e spegnimenti riduce l’immissione di aria e aumenta il rendimento. Oltre a questo vantaggio diretto sul risparmio di combustibile, l’applicazione dell’inverter consente un risparmio di energia elettrica modulando il funzionamento del ventilatore in funzione della richiesta.
- Regolazione del bruciatore tramite un dispositivo che controlla l’ossigeno residuo per ottimizzare la combustione. Normalmente i tecnici che provvedono all’accensione della caldaia effettuano una regolazione fissa “conservativa”, in modo tale che le emissioni inquinanti restino entro certi limiti. Tale regolazione fissa, tuttavia, ma è non ottimale non tenendo conto del cambiamento delle condizioni ambientali (temperatura, umidità) che influiscono sul buon funzionamento della combustione, causando un eccesso d’aria che riduce l’efficienza e aumentando le emissioni. Mediante una sonda, si ottiene una misurazione costante dell’aria allo scarico dei fumi correggendo automaticamente la taratura del bruciatore per mantenere le condizioni di immissione d’aria migliori possibili, durante tutto l’anno e con tutti i carichi di utilizzo. Grazie a questa tecnologia, obbligatoria dal 2018 per i nuovi bruciatori di grande potenza, il risparmio di combustibile è dell’1-2%.
Dal caso reale all'efficienza: come tagliare i costi energetici di oltre 120.000 euro all'anno
I risparmi apportati da questi dispositivi risultano evidenti dallo studio condotto da Viessmann per un’azienda alimentare, caratterizzata un ciclo produttivo stagionale particolarmente concentrato (24 ore al giorno per 65 giorni l’anno) e dove sono richieste alte potenze.
L’analisi previsionale ha messo a confronto le prestazioni del generatore di vapore esistente con quelle di un generatore Vitomax HS ECO 2 evoluto.
I risultati evidenziano che il consumo di energia primaria installando il nuovo generatore dotato di economizzatore scende del 10,78%.
Con l’inserimento dello scambiatore Vitotrans il risparmio arriva al 17,79%, mentre montando anche gli accessori al bruciatore (inverter e regolazione automatica del bruciatore) si arriva al 28,45% di risparmio di energia complessivo.
Il rendimento a carico medio dell’impianto, dalla situazione di partenza a quella ottimale con tutti gli accessori, passa dall’86,42% a quasi il 103%, mentre la quantità di CO2 emessa cala di 569 tonnellate (-16,5%).
In termini economici, la spesa energetica annuale dell’azienda passa da circa 576.000 euro a poco più di 450.000.
Domande frequenti
Quali sono i principali fattori che causano dispersioni energetiche e cali di efficienza in una centrale termica a vapore tradizionale?
Le inefficienze nei sistemi a vapore convenzionali sono legate principalmente alle perdite di calore sensibile attraverso i fumi di scarico che escono dal camino a temperature elevate. A queste si aggiungono le dispersioni termiche per irraggiamento dal corpo del generatore, le perdite energetiche dovute agli spurghi continui necessari per controllare la salinità dell'acqua e le mancate ottimizzazioni nel recupero delle condense calde di ritorno dal processo produttivo.
In che modo l'installazione di un economizzatore permette di abbattere i consumi di combustibile nel generatore?
L'economizzatore è uno scambiatore di calore fumi-acqua installato lungo il condotto dei gas di scarico. Il suo principio di funzionamento consiste nel sottrarre il calore residuo dai fumi in uscita dal generatore per cederlo all'acqua di alimento prima che questa entri nella caldaia. Preriscaldando l'acqua d'ingresso, si riduce drasticamente l'energia termica che il bruciatore deve fornire per raggiungere la temperatura di vaporizzazione, riducendo i consumi di combustibile e le emissioni di anidride carbonica (CO2).
Quali vantaggi tecnici ed energetici offre il recupero totale delle condense termiche nel ciclo del vapore?
Il recupero delle condense termiche consente di reimmettere nel sistema acqua già depurata, trattata chimicamente e ad alta temperatura. Questo approccio riduce la quantità di acqua fredda e grezza di reintegro da prelevare dall'acquedotto, abbattendo drasticamente i costi energetici legati al suo riscaldamento e riducendo il consumo di additivi chimici antincrostanti e anticorrosivi. Di conseguenza, si minimizzano anche gli spurghi di fondo, limitando un'ulteriore e pesante fonte di spreco termico.
Come intervengono i sistemi di regolazione elettronica e i bruciatori modulanti nell'ottimizzazione del generatore di vapore?
I moderni bruciatori modulanti, integrati con sistemi di controllo elettronico della combustione (inverter e sonde di rilevamento dell'ossigeno nei fumi), adeguano costantemente la potenza della fiamma all'effettivo e istantaneo fabbisogno di vapore dello stabilimento. Questo evita i continui e inefficienti cicli di accensione e spegnimento (frequenti nei sistemi on/off), riduce le perdite per ventilazione durante le soste e garantisce un rapporto stechiometrico aria-combustibile sempre ottimale, mantenendo il rendimento al massimo livello possibile.
