Impianti di gassificazione da biomassa - BW

Impianti di pirogassificazione a cippato di legno
serie WBG-BWE
BWE powered by Ankur Scientific
Reattore di gassificazione
Il fornitore della tecnologia e dei componenti principali dell’impianto
Il Partner scelto da BW EUROPE è la società Ankur Scientific Energy Technology Pvt. Ltd, fondata nel 1986
dal Dr. B.C. Jain. Dalla data della sua fondazione ad oggi sono stati venduti più di 900 impianti che
operano regolarmente da anni in tutto il mondo. La società ha ricevuto diversi riconoscimenti internazionali e
con i suoi 300 dipendenti ed un centro di ricerche interno, è il più grande produttore a livello mondiale.
Ankur Scientific produce impianti di gassificazione da 10 kWe a 10 MWe.
BW EUROPE fornisce una serie di migliorie all’impianto, nella sua configurazione standard, per renderlo
idoneo alle esigenze del mercato italiano.
Applicazioni
I nostri sistemi di gassificazione convertono la biomassa in un gas combustibile che può essere bruciato in
un bruciatore adeguato o in un gruppo elettrogeno (un gruppo elettrogeno diesel o un gruppo elettrogeno a
gas naturale). La tecnologia sostituisce con successo i combustibili fossili quali: diesel, gas d’altoforno, gas di
discarica, GPL e gas naturale.
Il combustibile del gassificatore WBG
Il gassificatore WBG può usare esclusivamente biomasse legnose,
legnose , quali legno combustibile e cippato, nelle
dimensioni raccomandate, con percentuale di umidità inferiore al 20%, e percentuale di ceneri inferiore
inferi
al
5%.
La biomassa deve essere pulita da terra, sassi, pezzi di ferro, vetro, plastica, materiali estranei etc.
I Plus dei gassificatori BW EUROPE
La tecnologia di gassificazione utilizzata da BW EUROPE ha il maggior numero di installazioni che operano
regolarmente in tutto il mondo. I motivi di questa larga diffusione sono:
a) gestione ottimale e puntuale di tutte le problematiche di installazione e conduzione dei nostri impianti.
Grazie al know-how
how acquisito, siamo in grado di apportare miglioramenti
migliorame nti alle prestazioni dei sistemi in
base al feedback proveniente dagli impianti installati.
b) Possibilità di lavorare su diverse miscele di materie prime, venendo incontro a problemi di disponibilità
locale della biomassa.
c) Il syngas prodotto dalla nostra tecnologia
tec nologia è estremamente pulito, grazie al sistema brevettato di
raffreddamento e di pulizia.
d) Le soluzioni impiantistiche da noi proposte possono essere impiegate in un intervallo di potenza
nominale molto ampio, tipicamente dal 100% al 50%.
I vantaggi della tecnologia di pirogassificazion e
La gassificazione è il processo di conversione di una biomassa solida in una miscela di vari gas combustibili
chiamata syngas (gas di sintesi).
I vantaggi della pirogassificazione sono i seguenti:
a) Converte un combustibile di bassa qualità e scomodo da usare, in uno gassoso di alta qualità e di
facile utilizzo. La conversione ha rendimenti relativamente molto elevati e offre il massimo controllo di
processo;
b) Quasi tutti i materiali di risulta di un impianto di pirogassificazione che hanno un qualche impatto
ambientale sono eliminabili, la gassificazione è ecologica e riduce l’effetto serra;
c) Produce energia elettrica e termica;
d) Ridotto ingombro d’impianto (200 kWe in 150 mq.);
e) Basso investimento per kWh prodotto;
f) Non è condizionato da fattori climatici o ambientali;
g) Gode di vantaggiose tariffe incentivanti.
Il Processo di pirogassificazione
Preparazione del combustibile
La corretta preparazione della biomassa assicura che il processo di gassificazione produca la quantità e
qualità desiderata di syngas. Una biomassa relativamente asciutta e di pezzatura adeguata ed omogenea è
necessaria per ottenere una gassificazione efficiente.
Nei gassificatori proposti da BW EUROPE, i combustibili che possono essere utilizzati sono cippato/trucioli di
legno vergine, o altra biomassa (da approvare). Il contenuto di umidità deve essere controllato ed inferiore
al 20%.
Gassificazione
Il gassificatore è un reattore termo-chimico in cui hanno luogo vari e complessi processi fisici e chimici. Il
reattore proposto è di tipo down-draft, particolarmente adatto per le applicazioni di
generazione di potenza che richiedono un syngas particolarmente puro.
La biomassa è alimentata alla bocca del gassificatore. Il reattore è progettato in
modo da immettere aria in quantità controllata, per realizzare l’ossidazione parziale
della biomassa e supportare i restanti processi termo-chimici che portano alla
produzione di syngas.
Le caratteristiche principali del processo sono:
a) immissione dell’aria dai lati verso il centro del letto di combustibile e prelievo del
syngas dal basso del reattore;
b) trasformazione distinta in quattro fasi: devolatilizzazione, pirolisi, combustione e
riduzione;
c) riduzione e ossidazione dei catrami e degli oli prodotti nella zona di pirolisi
completata nella zona di combustione prima del prelievo dal fondo.
Il processo condotto nel reattore consente di produrre syngas con efficienza maggiore dell’85%.
Raffreddamento e Filtraggio del Syngas
Il syngas lascia il reattore di gassificazione ad una temperatura di circa 450°C. Il gas contiene del particolato
carbonioso e una quantità minima di catrami residui e fuliggine.
A seconda dell'applicazione, la temperatura del gas può essere ridotta a temperatura ambiente o mantenuta
alta.
Abbattimento dei catrami
I gassificatori proposti da BW EUROPE sono stati appositamente progettati con dimensioni e geometria della
gola del reattore e degli ugelli tali da garantire la quasi completa dissociazione dei catrami all’interno del
reattore. Il gas caldo che lascia il gassificatore è in genere quasi privo di impurità.
Filtrazione a secco e raffreddamento
Il gas prodotto passa in un filtro a candele ceramiche con dispositivo Pulse Jet di pulizia con azoto in
controcorrente. In questo modo le impurità vengono espulse dal syngas per via secca e raccolte in un
contenitore stagno posto alla base del filtro. Successivamente, il syngas viene raffreddato con acqua da tre
scambiatori tubo in tubo. I circuiti sono chiusi e sono equipaggiati con un chiller per produrre acqua
raffreddata e migliorare le prestazioni. In questa fase si elimina il vapore d’acqua contenuto nel syngas. Un
ulteriore successivo stadio di separazione delle nebbie di condensabili realizzato tramite un filtro a cippato,
assicura l’asciugatura del syngas a valori compatibili con l’impiego in un motore a ciclo Otto.
Il grado di servizio garantito dai sistemi di pulizia impiegati, in accoppiamento con il sistema di filtraggio fine
proposto e descritto di seguito, sono in grado di soddisfare tutte le prescrizioni delle normative nazionali per
il particolato.
Filtraggio fine
La tecnologia proprietaria di filtraggio fine on-line del syngas è una caratteristica innovativa che rende il
sistema ideale per le applicazioni di generazione di potenza.
Il sistema filtrante brevettato è in grado di rimuovere contaminanti residui a livelli prossimi allo zero, con
la caratteristica di poter essere ricondizionato a caldo, garantendo un funzionamento ininterrotto
dell’impianto.
Il mezzo filtrante è facilmente sostituibile e reperibile sul mercato in quanto è segatura. I filtri a segatura in
unione con i filtri di sicurezza a maniche (lavabili e riutilizzabili) permettono di raggiungere livelli di pulizia
del syngas compatibili con l’utilizzo in motori ciclo Otto. Le quantità di tar e particolato residui si attestano a
meno di 10 mg/Nm3 per ciascuno.
La caduta di pressione nei sistemi di filtrazione è controllata attraverso un meccanismo brevettato.
L’inserimento di tale dispositivo permette al gassificatore di essere accoppiato a motori sovralimentati con
intercooler, evitando l’usura incontrollata delle parti del motore a contatto con il syngas.
Filtro di sicurezza
Un filtro in tessuto-non tessuto viene utilizzato a monte dell’alimentazione del motore per garantire che
eventuale contaminanti non trattenuti dai sistemi filtranti on-line accedano al motore, il tutto per garantire il
raggiungimento delle specifiche di esercizio dei gruppi generatori in ogni condizione di funzionamento.
I vantaggi del sistema di filtraggio brevettato a secco
I vantaggi del sistema di filtraggio a secco sono:
a) nessun contatto diretto di acqua con gas per il raffreddamento;
b) entrambe le tipologie di rifiuto, particolato e catrame, sono rimosse nel filtro a candele ceramiche
sotto forma secca e quindi la loro manipolazione è di facile gestione;
c) riduzione delle dimensioni dei filtri fini, e quindi meno spazio richiesto per l'installazione.
Gruppo Elettrogeno
L’unità di generazione di potenza meccanica è
costituita da un motore Cummins industriale
a ciclo Otto accoppiato ad un generatore
sincrono Stamford, per WBG 350--200-120;
per WBG 80-40-20
20 la motorizzazione è
Prakash.
Tutti i gruppi nascono per essere alimentati
alimentat a
syngas.
Il notevole frazionamento determina una
potenza specifica ridotta
otta e pressioni più basse
in camera di combustione. La grande
cubatura consente di bruciare il syngas
correttamente.
La mole del motore
e lo rende robusto ed affidabile.
affidabile. La modulazione della potenza erogata si effettua agendo
sul ventilatore di estrazione del syngas installato a monte del motore. L’alternatore è collegato direttamente
all’uscita dell’albero motore.
Il numero di giri di sincronismo è pari a 1500 giri/min.
Diagramma flusso gassificatore WBG-400
WBG
Componenti principali:
1) Reattore
2) Controllo temperatura syngas
3,8,8a) Filtri syngas
4) Chiller
5) Dry cooler
6) Scambiatori di calore syngas
7) Eliminatore condense
10) Gruppo elettrogeno Cummins
11) Trattamento del condensato
12) Centralina PLC
16) Caricamento automatico
La gamma di gassificatori BW EUROPE by Ankur Scientific
WBG-20-(11kWe)
WBG-200-(120kWe)
WBG-40-(20kWe)
WBG-350-(200kWe)
WBG-80-(40kWe)
WBG-120-(70kWe)
I sistemi di gassificazione sono forniti in modalità ULTRA CLEAN GAS MODE, completi dei sistemi di
raffreddamento e pulizia e degli altri accessori di seguito descritti.
Composizione, portata e potere calorico del syngas prodotto
Alla condizione che la biomassa abbia le caratteristiche prescritte dal produttore, il syngas avrà le seguenti
specifiche di composizione e portata:
Composizione:
Portata massima:
CO = 21 ± 3%
CO2 = 11 ± 3%
O 2 = 0.2 ± 0.9%
H 2 = 16 ± 4%
CH 4 = 1 - 2.5%
N 2 = 50% circa
WBG-20 (11kWe) 45 Nm3/h
WBG-40 (22kWe) 90 Nm3/h
WBG-80 (40kWe) 180 Nm3/h
WBG-120 (70kWe) 270 Nm3/h
WBG-200 (120kWe) 450 Nm3/h
WBG-350 (200kWe) 787.5 Nm3/h
Potere calorifico minimo:
circa 1050 kCal/Nm 3
Il tar ed il particolato sono inferiori ai 10 mg/Nm3 di gas prodotto.
I materiali impiegati per i componenti principali
I componenti principali del gassificatore, quali il cono di combustione, il rotore, la griglia, la calotta interna,
gli ugelli, i canali di flusso dell'acqua e della cenere, sono realizzati in leghe di acciaio speciale e di spessore
appropriato. Alcune parti tra cui la tramoggia, i supporti strutturali ecc., sono realizzati in acciaio dolce al
carbonio di spessore appropriato. I restanti componenti quali i ventilatori, il ciclone ed il sistema di
abbattimento sono costruiti con idonee leghe di acciaio speciale. I filtri statici ed i loro supporti sono di
acciaio dolce al carbonio.
Parametri rilevanti
Descrizione
Consumo biomassa massimo
WBG-20
18 kg/h
1.3 ± 0.2 kg/kWhe
WBG-40
36 kg/h
1.3 ± 0.2 kg/kWhe
WBG-80
72 kg/h
1.3 ± 0.2 kg/kWhe
WBG-120
108 kg/h
1.3 ± 0.2 kg/kWhe
WBG-200
180 kg/h
1.2 ± 0.1 kg/kWhe
WBG-350
315 kg/h
1.2 ± 0.1 kg/kWhe
Autoconsumi: approssimativamente 10-12% della potenza lorda.
I Componenti progettati da BW EUROPE per implementare ed ottimizzare le prestazioni
dell’impianto di gassificazione.
I componenti di seguito descritti sono riferiti al modello WBG-350 ma sono disponibili anche per il modello
WBG-200, opportunamente dimensionati.
a) Silos orizzontale a fondo mobile per contenimento cippato.
b) Essiccatore a tamburo cogenerativo.
c) Impianto di raffreddamento dell’acqua degli scambiatori di calore con torre evaporativa in plastica.
d) Sistema di controllo remoto.
e) Evaporatore cogenerativo del condensato.
f) Generatore di azoto per pulizia filtro ceramico.
Silos orizzontale a fondo mobile
Il silos contiene il cippato necessario per una autonomia di funzionamento da decidere in base alle specifiche
richieste (di norma 24-48h). E’ possibile realizzare silos in carpenteria metallica o in cemento armato,
interrati o fuori terra. Le cubature disponibili per i silos in carpenteria metallica sono: 10m3-20m3-40m350m3. Per quelli in cemento armato si può arrivare fino a 200-250m3.
Sistema di estrazione e caricamento automatizzato della biomassa
Il sistema di estrazione della biomassa è situato sul fondo del silos di stoccaggio ed è costituito da un
estrattore a fondo mobile. Il fondo mobile è realizzato da tre rastrelli che si muovono in maniera alternata e
rettilinea grattando i sovrastanti strati di cippato.
Il controllo dell’estrazione è demandato a pistoni oleodinamici che, comandati da centralina, azionano i
rastrelli. L’estrattore così costituito è un sistema robusto ed affidabile, adatto a gestire anche carichi notevoli
e lunghi cicli di funzionamento. Il cippato estratto è convogliato tramite una coclea inclinata all’essiccatore a
tamburo. Il cippato essiccato viene convogliato da una seconda coclea ad una tramoggia (di dimensioni
opportune) che alimenta direttamente l’elevatore del gassificatore. Entrambe le coclee sono ispezionabili e
con passo spira dimensionato correttamente per il cippato.
Essiccatore cogenerativo a tamburo
Per essiccare correttamente il cippato stoccato nel silos, l’impianto è dotato di un essiccatore cogenerativo a
tamburo che sfrutta i fumi caldi del motore come fluido vettore termico. La temperatura e l’umidità sono
controllate da un PLC che modifica l’apporto della fonte termica attemperando in maniera maggiore o minore
con l’aria esterna. All’uscita dell’essiccatore, i fumi sono prelevati da una condotta tramite un ventilatore e
filtrati da un filtro a maniche con decantatore delle polveri di legno. In questo modo si hanno emissioni
molto basse di pulviscolo. Il processo di essiccazione è necessario per avere la biomassa ad una umidità
compresa fra il 15-20%. Gli essiccatori a tamburo sono apparecchi collaudati, affidabili e resistenti.
Impianto di raffreddamento dell’acqua di processo
Per il raffreddamento dell’acqua degli scambiatori di calore del syngas e della coclea di evacuazione
carbonella, vengono usati: una torre evaporativa con pacchi evaporanti in materiale plastico di facile
manutenzione e pulizia anche con acque dure, un chiller condensato ad aria con modulo idronico per
produrre acqua a 7/8°C. Il piping, il fitting e gli strumenti di controllo sono adeguati alle portate ed alle
temperature dell’acqua da trattare.
Sistema di controllo remoto
Il controllo remoto consente di gestire a distanza le informazioni di processo,
degli allarmi e dei sistemi di sicurezza.
L’impianto è dotato di un PLC con modulo SCADA, per inviare in una sala
controllo delocalizzata le informazioni di processo che permettano di operare un
telecontrollo dell’impianto.
Evaporatore del condensato
L’evaporatore atmosferico serve ad eliminare il condensato prodotto dal raffreddamento del syngas. Il
condensato, prima di essere evaporato, è trattato in un sistema di condizionamento di cui è dotato
l’impianto. L’acqua necessaria all’evaporazione viene prelevata da quella di raffreddamento del motore.
Generatore di azoto
Per produrre l’azoto necessario alla pulizia delle candele ceramiche del filtro, viene fornito un generatore di
azoto con grado di purezza del 98% circa. Il generatore è munito di serbatoio di accumulo di opportuna
dimensione.
Silos fondo mobile
Chiller condensato ad aria
Essiccatore cogenerativo a tamburo
Torre evaporativa in plastica
Componenti opzionali
L’impianto può essere corredato con componenti opzionali volti al raggiungimento di ulteriori prestazioni:
a) Dry cooler in alternativa alla torre evaporativa per eliminare il consumo di acqua in evaporazione.
b) Skid di recupero termico per l’acqua del motore per aumentare l’efficienza globale dell’impianto.
c) Centralina monitoraggio emissioni per motore a ciclo Otto alimentato a syngas per ottenere il bonus basse
emissioni.
Gassificatori down-draft serie WBG
Specifiche tecniche comuni
Calore specifico medio gas (kcal/Nm3)
>1100
Temperatura di gassificazione (°C)
1050-1100
Efficienza di gassificazione indicativa (%)
Modalità gas caldo (no scrubbing)
>85%
Modalità gas freddo (scrubbing)
>75%
Temperatura del gas all’uscita del generatore
300-500°C
Rimozione ceneri
Continuo, attraverso sistema di estrazione ceneri
secche (brevettato)
Raffreddamento del gas
Sistema di filtraggio a secco
Pulizia del gas (ultra clean gas mode)
Attraverso filtri a filtraggio fine brevettati
Start-up
Attraverso ventilatore
CO: 21±3%; H2: 16±4%
Composizione tipica del gas
CO2: 11±3%; CH4: 1-2.5%
O2: 0.2-0.9%; N2: 50% circa
Specifiche tecniche gassificatore WBG-20/40
Specifiche combustibile (umidità inferiore 20%)
Min: diam. 10mm; lung. 10mm
Dimensioni
Max: diam. 25/50mm; lung. 25/50mm
Output dal gassificatore
Portata gas prodotto (Nm3/h)
45/90
Potenza termica (kcal/h)
49.500/99.000
Consumo massimo biomassa (kg/h)
18/36
Alimentazione biomassa
Modalità
Manuale
Frequenza
Ogni 115/60min
Specifiche tecniche gassificatore WBG-80
Specifiche combustibile (umidità inferiore 20%)
Min: diam. 10mm; lung. 10mm
Dimensioni
Max: diam. 50mm; lung. 50mm
Input/output dal gassificatore
3
Portata gas prodotto (Nm /h)
180
Potenza termica (kcal/h)
198.500
Consumo massimo biomassa (kg/h)
72
Alimentazione biomassa
Modalità
Elevatore skipcharger
Frequenza
Ogni 60 minuti
Specifiche tecniche gassificatore WBG-120
Specifiche combustibile (umidità inferiore 20%)
Min: diam. 10mm; lung. 10mm
Dimensioni
Max: diam. 60mm; lung. 75mm
Input/output dal gassificatore
3
Portata gas prodotto (Nm /h)
270
Potenza termica (kcal/h)
297.000
Consumo massimo biomassa (kg/h)
108
Alimentazione biomassa
Modalità
Elevatore skipcharger
Frequenza
Ogni 30-45 minuti
Specifiche tecniche gassificatore WBG-200
Specifiche combustibile (umidità inferiore 20%)
Min: diam. 10mm; lung. 10mm
Dimensioni
Max: diam. 60mm; lung. 75mm
Input/output dal gassificatore
3
Portata gas prodotto (Nm /h)
450
Potenza termica (kcal/h)
495.000
Consumo massimo biomassa (kg/h)
180
Alimentazione biomassa
Modalità
Elevatore skipcharger
Frequenza
Ogni 12-15 minuti
Specifiche tecniche gassificatore WBG-350
Specifiche combustibile (umidità inferiore 20%)
Min: diam. 10mm; lung. 10mm
Dimensioni
Max: diam. 75mm; lung. 75mm
Input/output dal gassificatore
3
Portata gas prodotto (Nm /h)
787.5
Potenza termica (kcal/h)
866.250
Consumo massimo biomassa (kg/h)
315
Alimentazione biomassa
Modalità
Elevatore skipcharger
Frequenza
Ogni 12-15 minuti
BW EUROPE S.p.A.
Via della Maglianella, 65/T
00166 Roma
Tel. +39 06 66 18 37 94
Fax +39 06 66 18 37 98
ww.bweurope.eu
info@bweurope.eu

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