Analisi delle prestazioni di termovalorizzatori innovativi con risurriscaldamento e gas quench

This thesis analyzes innovative boiler’s and steam cycle’s configurations for medium to large Waste-to-Energy plants, with the aim of increasing their energy efficiency with respect to current levels. The analysis is comparative, with reference to the state-of-the-art of WtE plants, featuring evaporation pressure of 70 bar, superheating temperature of 450 °C, and no steam reheat. The innovative configurations, instead, entail steam reheat and adopt increasing evaporation pressures (110, 130, 150, 170 bars), with superheating and reheating temperatures of 450 °C and reheating pressure of 25 bar. To limit the problem of boiler corrosion, the flue gas temperature at the inlet of the convective section of the boiler is set to 650 °C. The compliance with this constraint takes place naturally in the reference plant, whereas in the innovative configurations requires the recirculation of cold flue gas at the inlet of the convective section (gas quenching). The modeling of the considered configurations was made by the GS program, a software developed at the Politecnico di Milano and at the LEAP Consortium. 2 The most efficient configuration is the one adopting an evaporation pressure of 130 bar, which represent the optimal trade-off between higher thermodynamic efficiency and lower auxiliary consumption.

La presente tesi analizza configurazioni di caldaia e di ciclo a vapore innovative per impianti di termovalorizzazione di taglia medio-grande, con l’obiettivo d’aumentare l’efficienza energetica rispetto ai livelli attuali. L’analisi è svolta in modo comparativo, con riferimento allo stato dell’arte dei termovalorizzatori, rappresentato da pressione di evaporazione di 70 bar, temperatura di surriscaldamento di 450°C e assenza di risurriscaldamento. Le configurazioni innovative prevedono, invece, il risurriscaldamento del vapore e adottano pressioni di evaporazione via via crescenti (110, 130, 150, 170 bar), con temperature di surriscaldamento e risurriscaldamento di 450°C e pressione di risurriscaldamento di 25 bar. Per limitare il problema della corrosione in caldaia, si è fissata la temperatura di ingresso alla zona convettiva a 650 °C. Il rispetto di tale vincolo avviene naturalmente nell’impianto di riferimento, mentre negli impianti innovativi richiede il ricircolo di gas combusti più freddi all’ingresso della zona convettiva (gas quench). La modellizzazione delle configurazioni considerate è stata fatta mediante il software GS, codice sviluppato presso il Politecnico di Milano e il Consorzio LEAP. La configurazione più efficiente è risultata quella con pressione di evaporazione di 130 bar, che rappresenta il compromesso ottimale tra maggior efficienza termodinamica e minori consumi degli ausiliari d’impianto.