N. 01 - Anno 2014
ABSORPTION CYCLE NH3
BAXTER ENGINEERING LTD ADVANCED ENERGY TECHNOLOGIES Via F. Briganti, 93 - 06127 Perugia - Italy Tel. 075 5055510 - Fax 075 5009082 info@baxterenergy.com www.baxterenergy.com Tutti I dati sono soggetti a variazioni senza preavviso
Energia & Ambiente I nostri chiller ad assorbimento ciclo ammoniaca/acqua sono studiati per abbattere drasticamente le elevate spese energetiche dei sistemi di refrigerazione (congelazione, processi in industrie alimentari, farmaceutiche, chimiche, petrolchimiche, liofilizzazione) e di ogni altra utilizzazione dove sono necessarie temperature di refrigerazione fino a -60 째C. Per compiere il processo termodinamico utilizzano calore e non energia elettrica, calore recuperato da sistemi di cogenerazione, da processi industriali o da combustione di biomassa, sotto forma di acqua calda, vapore, gas esausti o aeriformi surriscaldati. Potenze da 50 kWf a 10 MWf per acqua glicolata o ammoniaca liquida.
CHILLER ASSORBIMENTO Ciclo NH3 / H2O In una macchina frigorifera a compressione viene usato un compressore meccanico per portare il vapore del refrigerante dalla bassa pressione di evaporazione alla più alta pressione di condensazione. Nelle unità ad ammoniaca CA-NH3 viene invece utilizzato un ciclo termodinamico che può essere chiamato “compressione termica” in quanto usa principalmente calore come energia primaria per il suo completamento. I componenti principali sono l'assorbitore, il desorbitore e la pompa del liquido. Il ciclo sfrutta la facilità dell'acqua di assorbire il vapore d'ammoniaca, formando così una soluzione acqua/ammoniaca. Il processo avviene nell'assorbitore, che si trova alla medesima pressione dell'evaporatore (bassa pressione). La soluzione diluita che entra nell'assorbitore (detta anche “povera” perché con bassa concentrazione d'ammoniaca) assorbe il vapore d'ammoniaca che proviene dall'evaporatore cosicché la soluzione diventa “ricca” e viene pompata al desorbitore che si trova allo stesso livello di pressione del condensatore (alta pressione). Mediante il riscaldamento del desorbitore, l'ammoniaca viene portata al punto di ebollizione e la soluzione viene scissa ottenendo nuovamente due elementi distinti: vapore d'ammoniaca e soluzione povera, quindi con una bassa concentrazione d'ammoniaca. La soluzione povera ritorna all'assorbitore mentre il vapore d'ammoniaca viene purificato nella colonna di rettifica per avere ammoniaca quasi pura all'ingresso del condensatore. Passando attraverso il condensatore il vapore d'ammoniaca viene condensato per ripetere il ciclo. Nell'evaporatore si produce la capacità frigorifera trasferendo il calore sottratto dall'evaporazione al condensatore che lo dissipa cedendolo ad un fluido a più bassa temperatura. Il chiller CA-NH3 diventa necessario quando si dispone di recuperi termici industriali altrimenti dissipati e dai quali sia possibile produrre vapore o acqua calda da 110 a 250 °C. Il suo utilizzo in sistemi di cogenerazione o di combustione di biomassa o in sistemi solari consente di produrre energia frigorifera fino a -60 °C, aumentando così, notevolmente, il rendimento globale del sistema. Tipologie costruttive Ÿ con evaporatore per raffreddamento di salamoia Ÿ per uso diretto dell’ammoniaca Ÿ per integrazione con sistemi a compressione Ÿ per sistemi trigenerativi Ÿ per raffreddamento aria comburente delle turbine Ÿ multistadio per diverse temperature di utilizzo
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CHILLER AMMONIACA BASSA TEMPERATURA
- THERMO CHILLER
Temperatura fluido refrigerato fino a -60°C Temperatura di alimentazione da 110 a 250 °C COOP elevato
Congelazione, mantenimento e processi in industrie alimentari, industrie farmaceutiche, chimiche, petrolchimiche, liofilizzazione e ogni altra utilizzazione che richiede temperature di refrigerazione fino a -60 °C. ·
I gruppi serie TC vengono alimentati da una fonte di calore come vapore, acqua surriscaldata, gas esausti di combustione, aeriformi surriscaldati in genere.
·
La maggior parte dei componenti sono scambiatori di calore, pertanto statici. Questi gruppi sono relativamente soggetti a guasti meccanici e a lunghi fermi per riparazione o manutenzione perciò molte industrie, con lavorazioni critiche, preferiscono l'adozione della serie TC per le loro necessità di refrigerazione.
- THERMO CHARGER
Temperatura fluido refrigerato fino a –30°C Temperatura di alimentazione da 110 a 200°C COOP elevato
Chiller specifico per il raffreddamento dell’aria comburente di turbine e motori. Studiato per recuperare il calore dei gas esausti e raffreddare l’aria comburente per migliorare il rendimento.
- REFINERY CHILLING
Temperatura fluido refrigerato fino a –30 °C Temperatura di alimentazione da 110 a 200°C COOP elevato
Chiller specifico che sfrutta il gas di torcia. Studiato per recuperare il prodotto della raffineria altrimenti dissipato e abbassare drasticamente le emissioni in ambiente.
- THERMO SORBER
Temperatura fluido refrigerato fino a –5°C Temperatura di alimentazione da 110 a 200°C COOP in PDC 1,5%
Pompa di calore specifica per produrre acqua calda a 70 °C contemporaneamente ad acqua refrigerata o ammoniaca liquida. Necessaria per riscaldamento, processi industriali, refrigerazione o condizionamento. Può essere alimentata con acqua e vapore prodotti con recuperi termici di qualsiasi genere, oppure direttamente con metano o propano.
L’ammoniaca evapora a bassa temperatura e a bassa pressione nell’evaporatore ed i vapori entrano nell’assorbitore dove si diluiscono con l’acqua formando una soluzione ammoniaca/acqua. La soluzione diluita viene pompata alla sezione a pressione superiore del desorbitore dove l’ammoniaca si separa dall’acqua. La separazione avviene grazie all’energia termica fornita che fa raggiungere il punto di ebollizione della soluzione facendo così evaporare l’ammoniaca. I vapori di ammoniaca entrano poi nel condensatore dove condensano ritornando allo stato liquido. Il calore inviato al desorbitore può venire da varie fonti quali ad esempio l’energia termica dai gas di scarico di un gruppo di cogenerazione, i recuperi termici industriali, la combustione di biomasse, il solare a concentrazione, la combustione di syngas. L’efficienza del gruppo frigorifero aumenta grazie all’utilizzo di uno scambiatore intermedio della soluzione e di uno scambiatore intermedio del refrigerante. In questo ciclo l’ammoniaca è il refrigerante e l’acqua l’assorbente.
CHILLER ASSORBIMENTO Ciclo NH3 / H2O
I gruppi CA-NH3 vengono alimentati da una fonte di calore come vapore, acqua surriscaldata, gas esausti di combustione, aeriformi surriscaldati in genere o combustibili.
PARAMETRI TECNICI ------------------------------------------------------------------------------Potenza frigorifera: da 50 kW a 10 MW ------------------------------------------------------------------------------Temperatura alimentazione min 110 °C max 250 °C ------------------------------------------------------------------------------Temperatura di condensazione min 5,0 °C max 32 °C ------------------------------------------------------------------------------Temperatura di evaporazione max -60 °C ------------------------------------------------------------------------------Fluido refrigerato acqua glicolata ammoniaca liquida altri fluidi -----------------------------------------------------------------------------– DIMENSIONI E PESI VENGONO COMUNICATI NELLE OFFERTE
Funzionamento e controllo facilitati
-Sistema di controllo automatico e computerizzato -Schermo tattile (opzionale) -Connessione Internet (opzionale)
La maggior parte dei componenti sono scambiatori di calore, pertanto statici. Questi gruppi sono relativamente soggetti a guasti meccanici e a lunghi fermi per riparazione o manutenzione perciò molte industrie, con lavorazioni critiche, preferiscono l'adozione dei gruppi CA-NH3 per le loro necessità. Solo le pompe del liquido e le valvole pneumatiche sono componenti dinamici e suscettibili a deperimento. Le operazioni di manutenzione sono semplici e non necessitano di personale altamente specializzato. Possono essere facilmente integrate con impianti di refrigerazione esistenti. Fino a 2000 kWf vengono fornite prefabbricate consentendo di ridurre le operazioni ed i tempi di installazione. Sono forniti di serie di sistema di controllo con logica PLC per garantire un funzionamento totalmente automatizzato e sicuro. Le funzioni d'esercizio possono essere adattate a varie necessità e i dati di funzionamento possono essere visualizzati su PC remoti.
A RECUPERI S S A SO ONE I Z A R M E N E LARE COG BI O
MINI ENERGY PLUS POTENZA ELETTRICA 250 kW - POTENZA FRIGORIFERA 100 kW A -15 °C COMBUSTIBILE METANO DIAGRAMMA, POTENZE, PORTATE E TEMPERATURE SONO PURAMENTE INDICATIVE
M H2O TORRE EVAPORATIVA 220 kWt
884 kWht ARIA
MINITURBOGAS MT250
GENERATORE
THERMO CHILLER
25 6
RETTIFICATORE
IC SOLUZIONE
ASSORBITORE
IN D
CONDENSATORE
REFRIG.
EVAPORATORE
C1
TG 1
0 15 °C
-15 °C
G
256 °C 7668 kg/h
°C
34 °C
29 °C
-10 °C
H2O
100 kWf
COMB.
250 kWe
A T IV O
ARIA
THERMO CHILLER REFRIGERATORE AD ASSORBIMENTO NH3
Il sistema trigenerativo Baxter Energy Plus, consente di sfruttare l'energia termica sviluppata da un processo termodinamico anche per produrre energia frigorifera a bassa temperatura, mediante l'utilizzo del ciclo frigorifero ad assorbimento ammoniaca/acqua CA-NH3. Il sistema è composto essenzialmente da una Microturbina gas MT250 e da una unità refrigeratrice CA/NH3. Sinteticamente, la turbina a gas, che è una macchina motrice rotante, trasforma in energia meccanica l'energia potenziale del combustibile. Essa è costituita da un compressore accoppiato ad una turbina e da una camera di combustione situata tra questi due componenti. L'aria dal compressore è inviata, tramite un recuperatore, nel combustore dove viene inserito il combustibile e fatta bruciare. La combustione aumenta la temperatura, la velocità ed il volume del flusso di gas, quindi l'energia in esso contenuta. Mediante ugelli il flusso si espande sulle pale della turbina stessa, la quale genera, mediante la rotazione, l'energia meccanica che fornisce all'asse motore sul quale è calettato il generatore elettrico. I prodotti della combustione, a 256 °C, vengono utilizzati dettamente per l’alimentazione del ciclo frigorifero ad ammoniaca CA-NH3 . Nell’esempio la potenza elettrica generata è di 250 kW. Il processo di assorbimento avviene nell'assorbitore, che si trova alla medesima pressione dell'evaporatore (bassa pressione).
MUCROTURBINA GAS MT250
La soluzione diluita (povera) che entra nell'assorbitore, assorbe il vapore d'ammoniaca che proviene dall'evaporatore cosicché la soluzione diventa concentrata (ricca) per l'aumento della concentrazione d'ammoniaca e viene pompata nel desorbitore che si trova allo stesso livello di pressione del condensatore (alta pressione). Mediante il riscaldamento del desorbitore da parte dei gas esausti generati dalla turbina MT250, l'ammoniaca viene portata al punto di ebollizione e la soluzione viene scissa ottenendo nuovamente due elementi distinti: vapore d'ammoniaca e soluzione povera. La soluzione povera ritorna all'assorbitore mentre il vapore d'ammoniaca viene purificato nella colonna di rettifica per avere ammoniaca quasi pura all'ingresso del condensatore. Passando attraverso il condensatore, il vapore d'ammoniaca viene condensato per ripetere il ciclo. Nell'evaporatore si produce la capacità frigorifera trasferendo il calore sottratto dall'evaporazione al condensatore che lo dissipa cedendolo ad un fluido a più bassa temperatura generato nella torre evaporativa. Nell’esempio la capacità frigorifera è 100 kW a -15 °C.
ENERGY PLUS SYSTEM - COMBUSTIONE BIOMASSA O SYNGAS
POTENZA ELETTRICA 100 kW - POTENZA FRIGORIFERA 450 kW - POTENZA TERMICA 984 kW CONTEMPORANEAMENTE DIAGRAMMA, POTENZE, PORTATE E TEMPERATURE SONO INDICATIVI
TURBINA VAPORE PS 100 100 kWe
5 bar(a)
5 bar(a)
5 bar(a)
VARI USI TERMICI 984 kWt
11,75 l/s
70 °C
1968 kWt
H2O
H2O LIQUIDO
95 °C
34 °C
152 °C VAPORE
34 °C
95 °C
95 °C
IC 29 °C
34 °C
IN D
CALDAIA
95 °C
LIQUIDO
H2O
CONDENSATORE
95 °C
H2 O
A T IV O
H=668,48 kcal/kg
H=95 kcal/kg
-20 °C
90 °C
H=641 kcal/kg
CONDENSA 95 °C
POTENZA TERMICA NETTA CEDUTA AL VAPORE 1847 kWt
VAPORE
5 bar(a)
95 °C
H=156 kcal/kg 155 °C
3100 kg/h
°C
20 bar(a) 212,2 °C
G
2 15
20 b
ar
6000 rpm
984 kWt
(a)
216 kWt
29°C
FUMI
M
TORRE EVAPORATIVA 1968 kWt
95 °C
GENERATORE
RETTIFICATORE
SOLUZIONE
ASSORBITORE
CONDENSATORE
REFRIG.
EVAPORATORE
H2O
ARIA
ARIA
H2O
Perché usare il vapore? L'acqua è il fluido base degli impianti a vapore sia perché è disponibile in natura, perciò economico, sia per le sue caratteristiche termodinamiche; ha infatti un elevato coefficiente di scambio termico ed elevato calore specifico e latente. Con la turbina a vapore semplice si realizza un ciclo di conversione del calore in lavoro: l’acqua viene pressurizzata dalla pompa che alimenta la caldaia, riscaldata e trasformata in vapore (eventualmente surriscaldato) nella caldaia stessa. La turbina converte l’energia cinetica del vapore e la trasforma in energia meccanica mediante il salto di pressione e la cede al generatore elettrco. Essa restituisce circa il 90% dell’energia termica fornita, sotto forma di vapore a 5 bar, che va a condensare nel ciclo frigorifero ad ammoniaca da dove esce liquido a 95 °C. Il ciclo frigorifero è uguale a quello già spiegato. La potenze generate contemporaneamente sono: Elettrica 100 kW - Frigorifera a - 25 °C, 450 kW - Termica 984 kW
TURBINA VAPORE PS100
-25 °C
THERMO CHILLER
450 kWf
°C
REFRIGERATORE AD ASSORBIMENTO NH3
95
FLUIDO REFRIGERATO
29 °C
SISTEMA COMBINATO ENERGY PLUS POTENZA ELETTRICA 2234 kW - POTENZA FRIGORIFERA 1780 Kw a -10 °C COMBUSTIBILE METANO O SYNGAS DIAGRAMMA, POTENZE, TEMPERATURE, PORTATE, SONO PURAMENTE INDICATIVE
7558 kWht -10 °C -10 °C 5 °C
1894 kWe
C1
°C
352 kWt H=95 kcal/kg
G
TV 1
TURBOSTEAM PS 25 CONDENSA 95 °C
5500 kg/h
95 °C
LIQUIDO
3424 kWt H2O
H2O
95 °C
IN D
250 kWe
29 °C
34 °C
3 bar(a)
GENERATORE
A T IV O 95 °C
95 °C
°C 13 3, 7
RETTIFICATORE
H=630,36 kcal/kg 5500 kg/h-3 bar(a)
3 bar(a)
IC
SOLUZIONE
ASSORBITORE
LIQUIDO
H2O
34 °C 34 °C
TORRE EVAPORATIVA 3424 kWt ARIA
29 °C
M
95 °C
CONDENSATORE
REFRIG.
3315 kWt
574 °C
CALDAIA INDIRETTA VAPORE 34 °C
H=668,48 kcal/kg
-5 °C
T REC
T HP
29 °C
95
AI PROCESSI INDUSTRIALI 1364 kWhf
4000 kWt
-5 °C
DEUMIDIFICAZIONE 196 kg/h
REFRIGERATORE AD ASSORBIMENTO NH3 178O kWf - ALIMENTAZIONE 3424 kWt
-10 °C
150 °C
TURBOGAS OP16
THERMO CHILLER
-5 °C
G
TG 1
VAPORE
EVAPORATORE
H=150 kcal/kg
COMB.
ARIA 35°C 32000 kg/h
416 kWhf
22 bar(a)
29 °C ARIA
H2O
29 °C Questo sistema trigenerativo combinato consente di produrre potenza elettrica (2234 kW) e potenza frigorifera (1780 kW) a -10 °C, una parte della quale (416 kW) viene utilizzata per il raffreddamento dell’aria comburente della turbina gas affinchè assuma una temperatura di 5°C costante tutto l’anno. Il rendimento aumenta considerevolmente. I gas esausti della turbina vengono utilizzati per produrre 5500 kg/h di vapore a 22 bar necessari per alimentare una turbina vapore da 250 kWe. Il vapore esce dalla turbina, dopo il salto di pressione, a 3 bar ed alimenta il generatore del ciclo ad assorbimento per produrre acqua refrigerata a -10 °C. 1364 kW frigorifere vengono rese disponibili per le utenze industriali. TURBOGAS OP16 TURBOSTEAM PS25 THERMO CHILLER