Analisi tecnico-economica di un sistema di recupero termico di tipo ciclo Rankine a vapore, da fumi di processo di un forno di raffinazione di rame

Future prospects on supplies of fossil fuels, environmental issues and rising costs of energy, necessarily lead to a change in strategy of energy policies. In this scenery, energy efficiency plays a key role. This study analyze a heat recovery system from process flue gasses from a scrap copper refining furnace. The target is searching for an efficient, technologically and economically sustainable system, able to reduce energetic end environmental impact of the metallurgical process. In particular are considered two types of recovery systems: a conventional Rankine steam cycle and a hybrid plant, consisting of a combustion air preheating in parallel to a smaller sized Rankine steam cycle. Then, using of Microsoft Excel and Visual Basic programming language, was created, for each heat recovery system, a simulation model which considers all plant operating parameters and constraints. This has allowed to analyze the behavior of the recovery system at different loads and therefore to optimize the coupling with the furnace refining. Implementing further the calculation code was finally possible to quantify the productivity for the entire copper refining cycle. An economic, environmental and energy analysis complete the evaluation of heat recovery systems, comparing different solutions.

Le prospettive future in merito all’approvvigionamento dei combustibili fossili, le problematiche ambientali e i costi sempre più elevati dell’energia, portano necessariamente a un cambio di strategia delle politiche energetiche. In questo scenario, l’efficienza energetica ricopre un ruolo chiave. Nel presente studio, viene analizzato un recupero termico da fumi di processo che provengono da un forno di raffinazione di rottame di rame. Lo scopo è quello di ricercare una soluzione efficiente, tecnologicamente ed economicamente sostenibile, in grado di ridurre l’impatto energetico ed ambientale del processo metallurgico. In particolare vengono considerati due sistemi di recupero: un impianto costituito da un ciclo Rankine a vapore convenzionale e un impianto ibrido, composto da un preriscaldo aria comburente, in parallelo a un ciclo Rankine a vapore, di taglia minore. La prima fase di progettazione ha riguardato la ricerca sul mercato e la selezione dei componenti del sistema di recupero, cercando di conciliare i vincoli e le esigenze legate a ognuno di essi, senza perdere di vista le problematiche legate alle caratteristiche dei fumi di processo. Successivamente, grazie all’utilizzo di Microsoft Excel e del linguaggio di programmazione Visual Basic, è stato creato, per ciascun sistema di recupero termico, un modello di simulazione che considerasse tutti i parametri di funzionamento e i vincoli impiantistici. Questo ha permesso di analizzarne il comportamento al variare del carico e, quindi, di ottimizzarne l’accoppiamento con il forno di raffinazione. Implementando ulteriormente il codice di calcolo, è stato infine possibile quantificare la produttività per l’intero ciclo di lavorazione del rame. Un’analisi economica, ambientale ed energetica completano la valutazione dei sistemi di recupero termico, permettendone il confronto.