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.
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%.
Vi sono due soluzioni che migliorano la combustione del bruciatore generando un ulteriore risparmio energetico:
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.
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.
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).
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.
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.