Waste n. 17 settembre 2021

e tecnologie
per l’ambiente
Economia Circolare
Soluzioni e tecnologie
per l’ambiente
32 ENERGIA Soluzioni
CASCAMI ENERGETICI
CASCAMI ENERGETICI ENERGIA
33
Economia Circolare
Espansore semi
ermetico a doppia
vite.
Rendering 3D
del complesso
turbina.
Energia elettrica dalla
laminazione del vapore
Piermatteo Cai
Fabio Peano
Inizia con questo numero
la collaborazione alla
nostra rivista di
Piermatteo Cai, uno dei
maggiori esperti in Italia
di recupero
dell'energia termica da
processi industriali. Le
sue competenze e quelle
dei suoi collaboratori
sono alla base di diversi
dei più interessanti
esempi di recupero
termico in Italia e non
solo. In questo primo
contributo non ci parlerà
però di applicazioni ma di
una classe di
tecnologie, quella degli
espansori, per il recupero
dell'energia dal
ciclo del vapore e la sua
conversione in energia
meccanica (e quindi
elettrica). Un ambito poco
noto che siamo
soddisfatti di portare alla
conoscenza dei nostri
lettori. Buona lettura. MC
Sfruttare la capacità del vapore di generare elettricità
non è certo una novità; farlo però, utilizzando il vapore saturo
destinato ad altri usi di processo lo è, e rappresenta una valida
opzione di efficientamento energetico per un sito produttivo
del vapore a media pressione
(tra 10-12 e 40-60 bar) e bassa pressione
(< 10-12 bar) come fluido ter-
L’utilizzo
movettore, motore o di processo è infatti
estremamente diffuso all’interno della maggior
parte dei processi produttivi industriali.
Si spazia dal settore termoelettrico e dell’industria
di trasformazione e manifatturiera
pesante (ad esempio petrolchimica, siderurgica,
metallurgica e del cemento), all’industria
chimica, petrolchimica e farmaceutica,
alla manifattura di media dimensione (ad es.
produzione carta e imballaggi, pneumatici,
ceramica), sino al settore alimentare (quale il
lattiero-caseario, conserviero, etc.) e manufatturiero
di piccole dimensioni (lavanderie
e tintorie).
In generale, negli stabilimenti di grandi dimensioni
e caratterizzati da fabbisogni di va-
pore elevati, si tende ad evitare l’utilizzo di reti
principali di distribuzione del vapore a bassa
pressione a favore di reti a media pressione,
per ragioni di efficacia ed economicità del trasporto.
L’utilizzo del vapore ad alta pressione
(> 40-60 bar) è invece quasi sempre limitato
alla produzione di energia elettrica e forza motrice
all’interno delle centrali termoelettriche
di stabilimento.
Controllo di pressione:
laminazione vs espansione
A prescindere dalle configurazioni di produzione
e distribuzione del vapore, nella quasi
totalità delle applicazioni, la gestione fine della
portata di vapore a bassa pressione destinata
alle sottoreti finali, ad esempio all’interno di
un singolo reparto o unità produttiva, o alle
singole utenze, siano esse di processo o di ri-
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scaldamento, viene effettuata utilizzando stazioni
di riduzione della pressione composte
da una o più valvole di regolazione, di tipo autoregolante,
oppure dotate di posizionatore
automatico e pilotate da un apposito regolatore
di pressione, locale o centralizzato.
Dal punto di vista tecnologico, la tecnica della
laminazione è fortemente consolidata e costituisce
lo standard industriale per la gestione
del flusso di vapore diretto alle utenze grazie
alla sua estrema semplicità ed efficacia nell’operare
la riduzione di pressione richiesta
seguendo in tempo reale le variazioni di carico
delle utenze a valle della valvola.
Dal punto di vista energetico, invece, la riduzione
di pressione tramite laminazione presenta
lo svantaggio di operare una trasformazione
dinamica irreversibile, caratterizzata da
una completa degradazione della “qualità” del
contenuto entalpico del vapore, intesa come
capacità dello stesso di compiere lavoro meccanico,
ovvero dal mancato sfruttamento del
contenuto exergetico disponibile. In presenza
di un salto di pressione apprezzabile, è in generale
possibile operare la riduzione di pressione
all’interno di un’opportuna macchina
rotativa, quale ad esempio una turbina a contropressione,
producendo del lavoro utile per
azionamento meccanico o per la produzione
di energia elettrica.
L’utilizzo delle turbine a contropressione, capaci
di sfruttare il salto di pressione per la produzione
di lavoro utile, è comune e consolidato
quasi esclusivamente nei grandi impianti di
produzione e distribuzione di vapore a servizio
di processi produttivi caratterizzati dalla presenza
continuativa di elevate portate di vapore
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a media pressione, tipicamente surriscaldato.
La situazione tipica è quella delle grandi centrali
termiche o termoelettriche a servizio di stabilimenti
petrolchimici e chimici, ma anche di
cartiere o impianti di desalinizzazione, nelle
quali sono presenti reti di distribuzione di vapore
surriscaldato a media pressione (spesso proveniente
a sua volta da turbine ad alta pressione)
destinato ai processi e reti di vapore a bassa
pressione destinato ai servizi generali (esempio,
autoconsumi di centrale o riscaldamento
Più in generale, quando si considerano stabilimenti
industriali di dimensioni più ridotte e
processi industriali meno energivori, nei quali
l’impiego del vapore a bassa pressione è spesso
caratterizzato da basse portate di vapore
saturo, non sempre di titolo elevato, l’utilizzo
delle turbine a contropressione diventa estremamente
raro e la soluzione standard rimane
quella della laminazione. Ciò può essere attribuito
ai seguenti fattori principali:
• criticità tecniche associate all’utilizzo delle
turbine in presenza di vapore bagnato;
• scarsa disponibilità sul mercato di turbine a
contropressione di piccola taglia (< 500 kW)