Nel 2014 è entrato a regime un impianto di recupero calore da fumi combusti di tre forni di cottura dei biscotti (forno1, forno2 e forno6) tramite due stadi di scambio termico, in un'azienda multinazionale alimentare. Il progetto è stato seguito da Renovis, società di ingegneria e automazione di Novara, con la collaborazione di Rockwell Automation, per le soluzioni Allen-Bradley. Obiettivo fondamentale era, ovviamente, quello di ottimizzare il consumo di metano nello stabilimento.
Il primo stadio di scambio termico (denominato RC1) ha come scopo quello di innalzare la temperatura del ritorno dell’acqua surriscaldata da 115 a 130 °C. L’acqua surriscaldata è utilizzata per tutte le necessità di processo dello stabilimento (es. riscaldamento silos olio, riscaldamento olio diatermico, acqua sanitaria, acqua per lavaggi, acqua per riscaldamento invernale, ecc.). Il secondo stadio di scambio termico (denominato RC2) è destinato al riscaldamento di acqua diatermica a 70 °C utilizzata per integrare le esigenze microclimatiche invernali di alcuni reparti produttivi.
I forni sono composti da nove zone di cottura che suddivise in camera di cottura e bruciatori. Ogni zona pertanto ha due camini, uno dedicato alle camere di cottura e uno dedicato ai bruciatori. Le emissione provenienti dalle camere di cottura prima di essere immesse in atmosfera vengono trattate in uno scrubber.
Prima dell'intervento di Renovis, sia le esigenze microclimatiche di stabilimento sia la produzione di acqua surriscaldata per usi tecnologici erano soddisfatte tramite quattro caldaie da 2.000.000 kcal/h alimentate a gas naturale.
L’intervento ha previto la captazione di un totale di 31 camini così suddivisi: 6 camini da camere di cottura forno 1 (camera 3 -8); 6 camini da bruciatori forno 1 (bruciatore 3 -8); 6 camini da camere di cottura forno 2 (camera 3 -8); 6 camini da bruciatori forno 2 (bruciatore 3 -8); 7 camini forno 6 (1-7). La captazione dei fumi ha luogo grazie all’utilizzo di 6 ventilatori di aspirazione controllati tramite inverter. Sui forni 1 e 2 ogni ventilatore capta i fumi di 6 camini contemporaneamente, mentre sul forno 6 un ventilatore aspira da 3 camini ed un secondo ventilatore da 4 camini.
I fumi aspirati dai ventilatori vengono convogliati verso la torre di scambio, posizionata sul tetto del forno 6. La torre di scambio è composta da due stadi in cascata in grado di recuperare l’energia termica contenuta nei fumi. Il primo stadio, denominato RC1, è composto da uno scambiatore aria/acqua a pacco alettato. I fumi entrano al primario alla temperatura di circa 220 °C e si raffredderanno fino a circa 120 °C. Al secondario, l’acqua surriscaldata utilizzata per le diverse esigenze produttive di stabilimento, prelevata dal circuito idraulico alla temperatura di circa 115 °C, viene scaldata fino a circa 130 °C e quindi reimmessa nello stesso circuito.
Il secondo stadio, denominato RC2, è composto da due scambiatori aria/acqua a pacco alettato posti in serie. I fumi in arrivo dallo stadio RC1 alla temperatura di circa 121 °C sono ulteriormente raffreddati fino alla temperatura di circa 56 °C garantendo al contempo un incremento della temperatura dell’acqua diatermica fino a circa 70 °C. L’acqua così riscaldata viene inviata a 4 Uta posizionate in due reparti produttivi (confezionamento L6 e confezionamento L1-2-4) al fine di integrare le esigenze microclimatiche invernali degli stessi. Durante il periodo estivo lo stadio RC2 viene bypassato e i fumi in uscita dallo stadio RC1 sono inviati direttamente allo scrubber per il trattamento prima dell’emissione in atmosfera.
L’energia termica recuperata alla torre di scambio è di circa 1.200 kWt,mentre l'energia termica risparmiata è di 4.960.000 kWht/anno. Il metano risparmiato corrisponde a 517.000 Sm3/anno. Il risparmio economico è pari a 176.000 €/anno (considerando un costo del metano pari a: 0,34 euro/Sm3).
Il programma di misura proposto da Renovis è composto da due parti. Per quanto riguarda l'energia termica, il calore recuperato viene consuntivato attraverso l’utilizzo di due contatermie sui circuiti dell’acqua al secondario dei due scambiatori di calore aria/acqua. Sul fronte energia elettrica, invece, si misura l’energia totale assorbita dai 6 nuovi ventilatori centrifughi destinati alla captazione dei fumi e dalle due pompe utilizzate per la movimentazione dell’acqua surriscaldata e dell’acqua a 70 °C.
Nell'impianto sono stati introdotti due stadi di scambio termico con determinate caratteristiche tecniche. RC1, scambiatore a pacco alettato aria/acqua, con superficie totale di scambio di 909 m2 e peso di 1.057 kg; RC2a, scambiatore a pacco alettato aria/acqua con superficie totale di scambio: 796 m2 e peso di 923 kg; RC2b, scambiatore a pacco alettato aria/acqua, con superficie totale di scambio: 801 m2 e peso: 970 kg.
Oltre alla torre di scambio completa dei tre scambiatori, raccordi, cuffie e così via, tra i principali componenti dell’impianto sono inclusi: canali aeraulici di captazione dei fumi dai forni 1 e 2 verso la torre di scambio debitamente coibentati, dal forno 6 verso la torre di scambio e per il convogliamento dei fumi dall’uscita torre verso i collettori degli scrubber; sei ventilatori completi di motore trifase controllati tramite inverter per l’aspirazione dei fumi; serrande a taratura manuale per la regolazione del flusso dei fumi; quadro elettrico completo di plc e inverter per la gestione del sistema; carpenteria di sostegno della torre di scambio; linea idraulica acqua surriscaldata 130 °C di andata e ritorno tra torre di scambio e collettore acqua surriscaldata in centrale termica; linee idrauliche acqua diatermica 70 °C di andata e ritorno tra torre di scambio e UTA interessate.
Renovis ha proposto un algoritmo per il calcolo del risparmio energetico che prevede la misurazione dell’energia termica riutilizzata allo stadio RC1 (Et1), l’energia termica riutilizzata allo stadio RC2 (Et2) e la misurazione dell’energia elettrica assorbita da ventilatori e pompe (Ee).
Analiticamente:
RN = 100% x RL = 100% x ((Et1+Et2)/0,9 x 0,086x10^-3) - ((Ee) x 0,187x10^-3))
dove Et1 è l'energia termica misurata sul circuito dell’acqua surriscaldata [kWht]; Et2 l'energia termica misurata sul circuito dell’acqua a 70 °C [kWht] ed Ee l'energia elettrica totale misurata [kWhe].
Per effettuare le misure di energia termica è stato proposto l’utilizzo di due contatermie per la misura dell’energia termica riutilizzata, uno per ciascuno stadio di recupero. Il contatermie è composto da un modulo di calcolo a cui afferiscono le misure di due sonde di temperatura e di un misuratore di portata. Si propone di posizionare gli strumenti come riportato nel file Allegato 2. Schema impianto e punti di misura.
Per la misura dell’energia elettrica assorbita da ventilatori e pompe è stato proposto di utilizzare un analizzatore multifunzione Ime modello Nemo D4-L dotato di modulo di comunicazione Modbus RS485. Questo strumento è inserito sulla linea trifase tramite TA posizionati a monte delle alimentazioni di tutti i ventilatori e delle pompe da misurare.
