Analisi tecnico-economica di interventi per il miglioramento dell'efficienza di un forno di preriscaldo per laminatoi

This paper has the aim of studying improvements to a preheating furnace for rolling mills from the point of view of energy and from an economic standpoint. At the beginning will be introduced the preheating furnace and its different configurations, described in details the most important components such as burners and will be shown the characteristics under different operating conditions; will then also be presented a brief example of sizing of the furnace and underlined the most important points related to its design. Following, will be listed the problems encountered on a preheating furnace put back in operation after a long time and will be presented the solutions adopted in order to obtain an improvement of the production of the furnace and at the same time a decrease of fuel consumption. Will then be presented a study on the idea of sucking the gas leaving the furnace and make them recirculated inside the furnace itself. In this case it will be considered a sub-stoichiometric combustion in order to eliminate the scale which forms on the billets and which causes loss of material inside the furnace. This study will first test a suitable model for the purpose and result in its use during the study of the recirculated flue gas with the combustion of methane in oxygen instead of air. Finally, it will be introduced the organic Rankine Cycle and studied its application along the flue of the furnace. It will be assessed both the productivity of this system and the cost of its installation, in order to make an appropriate economic analysis studying the most important parameters (net present value, pay-back time, internal rate of return) to see if the application of this system is favorable from the economic point of view.

Questo elaborato ha lo scopo di studiare interventi migliorativi su un forno di preriscaldo per laminatoi sia dal punto di vista energetico che dal punto di vista economico. Dal principio verrà presentato il forno di preriscaldo e le sue diverse configurazioni, verranno illustrati in dettaglio i componenti più importanti come i bruciatori e saranno mostrate le diverse caratteristiche al variare delle condizioni di funzionamento; verrà quindi presentato anche un breve esempio di dimensionamento del forno stesso e si sottolineeranno i punti più importanti relativi alla sua progettazione. In seguito verranno elencate le problematiche riscontrate su un forno di preriscaldo rimesso in funzione dopo un lungo tempo di inattività e verranno quindi presentate le soluzioni adottate allo scopo di ottenere un miglioramento della produzione del forno e al contempo una diminuzione del consumo di combustibile. Verrà poi presentato uno studio relativo all’idea di aspirare i gas uscenti dal forno e farli ricircolare all’interno del forno stesso. In questo caso verrà considerata una combustione substechiometrica allo scopo di eliminare la scaglia che si forma sulle billette e che causa perdite di materiale all’interno del forno. Tale studio vedrà dapprima la verifica di un modello adeguato allo scopo e in seguito il suo utilizzo durante lo studio del ricircolo dei fumi con combustione del gas metano in ossigeno invece che aria. Infine, verrà presentato il ciclo Rankine a fluido organico e studiata una sua applicazione lungo il condotto fumi del forno. Si valuterà sia la produttività di questo impianto sia i costi relativi alla sua installazione, in modo da poter fare un’analisi economica adeguata studiandone i più importanti parametri (net present value, pay-back time, internal rate of return) per capire se l’applicazione di tale impianto è favorevole dal punto di vista economico.