Simone Casolari - Poppi Clementino SpA (Reggio Emilia, Italy ... · Simone Casolari - Poppi Clementino SpA (Reggio Emilia, Italy) For years Poppi Clementino SpA has been one of the

tech

nolo

gyEfficiency and combined energy reuse

Simone Casolari - Poppi Clementino SpA (Reggio Emilia, Italy)

For years Poppi Clementino SpA has been one of the lea-ding companies working on technologies for energy reco-very and reduction of environmental emissions with the goal of improving the sustainability of the ceramic produc-tion process. Its highly experienced engineers have deve-loped a range of solutions capable of mee-ting a variety of production and plant require-ments. The projects completed in recent years in cooperation with the world’s leading ceramic companies range from fume and dust abatement equipment through to va-rious energy recovery systems, an area in which the company is one of the most advan-ced players in the sector following substantial investments in research and development. The solutions are tailored to the specific needs of energy optimisation of individual plants and are designed and de-veloped in close cooperation with client company techni-cians.Poppi Clementino SpA has successfully completed a series of new installations in the field of cogeneration systems, which are amongst the most complex solutions to have been developed in recent years. On several occasions it has also assumed the role of System Integrator, a specialist figure responsible for connecting the turbines and conveying energy towards the various user devices. A number of world-leading turbine manufacturers have chosen it as their preferred partner.

Cogeneration: a case study

One of the most important innovations adopted in new in-stallations is the integration of cooling air or fumes recove-red from ceramic kilns with heat recovered from the turbine exhaust. The total heat thus made available can be sent to the relevant user devices (spray dryers and dryers) without having to modify their operation. On behalf of an Italian ceramic company, Poppi Clementi-no has designed and installed a cooling air recovery system that integrates with the heat recovered from the existing turbine exhaust, a solution that improves recovery perfor-mance. The system was designed to feed an ATM 140 spray dryer. The original plant, equipped with a Solar C 50 turbine (exhaust flue flowrate: 51,000 Nm3/h at 480°C), was unable

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Efficienza e riutilizzo combinato di energia

In tema di sostenibilità del processo produttivo ceramico, da anni la Poppi Clementino SpA è tra le aziende che più hanno contribuito allo sviluppo di tecnologie per il recupero energe-tico e la riduzione di emissioni in ambiente. Forte della grande esperienza dei propri tecnici, ha sviluppa-

to una gamma di soluzioni capaci di risponde-re ad una pluralità di esigenze produttive e im-piantistiche.I progetti completati negli ultimi anni con le più prestigiose aziende ceramiche a livello mon-diale spaziano dall’abbattimento fumi e polve-ri ai vari sistemi di recupero energetico, ambito nel quale l’azienda si presenta come una delle realtà più all’avanguardia del settore, grazie ad

investimenti rilevanti in attività di ricerca e sviluppo. Le soluzioni, studiate e sviluppate sulle specifiche esigenze di ottimizzazione energetica del singolo impianto, sono frut-to della sinergica collaborazione con i tecnici delle aziende clienti.Tra le soluzioni più complesse sviluppate negli ultimi anni, fi-gurano le installazioni nel campo della cogenerazione dove l’azienda ha completato con successo una serie di nuove in-stallazioni, assumendo, in diverse occasioni, la funzione di Sy-stem Integrator, ossia specialista degli allacciamenti delle tur-bine e del convogliamento dell’energia verso le varie utenze. Alcuni dei maggiori costruttori mondiali di turbine l’hanno scelta come partner preferenziale.

Cogenerazione: un caso di studio

Gli sviluppi più importanti intervenuti nelle nuove realizzazio-ni riguardano principalmente l’integrazione del recupero del-le arie di raffreddamento o fumi dai forni ceramici con il recu-pero dallo scarico della turbina. Il calore totale reso così disponibile può essere inviato alle utenze prese in esame (atomizzatori ed essiccatoi) senza mo-dificare la loro conduzione. Per conto di un’azienda ceramica italiana, Poppi Clementino ha progettato e installato un sistema di recupero dalle arie di raffreddamento che si integra con il recupero dallo scarico della turbina esistente, migliorando le performance del recu-pero. Il sistema era finalizzato ad alimentare un atomizzato-re ATM 140. L’impianto originale, provvisto di una turbina Solar C 50 (porta-ta al camino di scarico: 51.000 Nm3/h a 480°C), non garantiva la portata richiesta per la produzione dell’atomizzatore (aria ne-

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NEW

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cessaria: 73.000 Nm3/h); addirit-tura, quando la turbina era fer-ma per manu-tenzione, l’ato-mizzatore non riusciva a pro-cessare i volu-mi d’aria neces-sari a garantire la produzione richiesta, an-dando così ad incidere in ma-niera negativa sul rendimento dell’atomizza-tore stesso. L’intervento di Poppi Clemen-tino è consisti-to nel recupero del calore dalle

arie di raffreddamento finale dai due forni in funzione, metten-dolo a disposizione dell’ATM 140, e collegando tutto alla tuba-zione di recupero dallo scarico della turbina. In questo modo, è stato possibile garantire all’atomizzatore sia quella parte di aria che la turbina in funzione non riusciva a soddisfare pie-namente, sia, attraverso il “sistema intelligente Poppi”, mante-nere invariato il rendimento dell’atomizzatore anche durante le fermate della turbina per manutenzione, trasformando l’ato-mizzatore da aspirato a pressurizzato.

Dati progetto:

• Turbina Solar C 50: 51.000 Nm3/h a 480°C (valori al camino di scarico).

• Portata minima prelevata dal raffreddamento finale dai due forni ceramici (con turbina in funzione): da 10.000 Nm3/h a 205°C a 22.000 Nm3/h a 234°C.

• Portata totale a disposizione per il recupero (arie raffred-damento forni + turbina): da 61.000 Nm3/h a 435°C a 73.000 Nm3/h a 406°C.

Come accennato, anche quando la turbina non è in funzione, il nuovo impianto riesce a garantire gli stessi volumi d’aria ne-cessari all’atomizzatore (61.000 Nm3/h a 100°C), dando luogo ad un risparmio di 1.512.800 kcal/h 183 Stm3 CH4/h; consideran-do un valore medio di utilizzo dell’atomizzatore di 6.000 ore/anno, si determina un risparmio annuo di 1.098.000 Stm3 CH4. Questa metodologia riesce a garantire una produzione costan-

te, mantenen-do inalterato il rendimento prestazionale dell’atomizza-tore.

Sistemi alternativi e cogenerazio-ne

Negli impianti di recupero, la

to guaran-tee the flow rate required for operation of the spray dryer (air flow requi-red: 73,000 Nm3/h). M o r e o v e r, when the tur-bine was stopped for maintenan-ce, the spray dryer was unable to process the air volumes required for production, a limitation that adver-sely affected spray dryer performance. In the solution developed by Poppi Clementino, heat is recovered from the final coo-ling air originating from the two kilns and supplied to the ATM 140, then the recovery pipe from the turbine exhaust is connected. This has made it possible to provide the spray dryer with the portion of air that cannot be entirely supplied by the turbine. At the same time the “Poppi intelligent system” keeps the performance of the spray dryer unchanged even during the turbine stoppages for maintenance, transforming the spray dryer from negative to positive pressure operation.

Design data:

• Solar C 50 turbine: 51,000 Nm3/h at 480°C (values at exhaust stack).

• Minimum flow taken from final cooling originating from the two ceramic kilns (with the turbine in operation): from 10,000 Nm3/h at 205°C to 22,000 Nm3/h at 234°C.

• Total flow available for recovery (kiln cooling air + tur-bine): from 61,000 Nm3/h at 435°C to 73,000 Nm3/h at 406°C.

As mentioned above, even when the turbine is not in opera-tion the new plant is able to guarantee the same air volu-mes required by the spray dryer (61,000 Nm3/h at 100°C), re-sulting in savings of 1,512,800 kcal/h 183 Stm3 CH4/h. Considering an average value of use of the spray dryer of 6,000 hours/year, this brings an annual saving of 1,098,000 Stm3 CH4. This me-thod is able to guarantee con-stant production without affecting the performance of the spray dryer.

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macchina che tendenzialmente assorbe maggiore energia ter-mica per kg di prodotto è l’atomizzatore. Per ridurre i costi di tale impianto, Poppi Clementino ha svilup-pato impianti di cogenerazione sia con turbine a gas che con motori endotermici. Tale applicazione comporta un beneficio economico notevo-le in quelle realtà dove è necessario acquistare energia elettri-ca o termica in forma disgiunta, specialmente se si considerano i prezzi del gas naturale e i costi di full service di manutenzione delle turbine e dei motori. Mediante il suo “Sistema Intelligente”, Poppi Clementino è in grado di sostituire in tutto o in parte il sistema di cogenerazio-ne: avendo disponibilità di energia di scarto ad una certa tem-peratura, è possibile coprire fino al 50% del consumo degli ato-mizzatori, o addirittura fino a valori prossimi al 70% nel caso si riduca la temperatura di atomizzazione da un valore medio di 520 °C a circa 400 °C (ovviamente con una riduzione di produ-zione proporzionale).La figura 2 riporta lo schema di un impianto realizzato in cui tre atomizzatori sono serviti da una turbina a gas da 7 MW con recupero di calore proveniente da quattro forni. I volumi d’a-ria di raffreddamento dei forni (prima scaricati all’esterno) sono completamente assorbiti dalle macchine energivore, senza al-terare in alcun modo la loro conduzione. Il risultato è una ri-duzione del 30% sul consumo degli atomizzatori e una poten-za termica recuperata di 7.000 kWt, pari a 730 Stmc/h di CH4 con un risparmio di 1.200.000 €/anno sulla bolletta energetica.L’ottimizzazione dell’utilizzo dell’energia nel processo produt-tivo ceramico è possibile anche in quelle realtà in cui l’atomiz-zatore è alimentato con combustibili alternativi quali biomasse o polverino di carbone.

Alternative systems and cogeneration

In heat recovery systems, the machine that tends to absorb most heat energy per kg of product is the spray dryer. To re-duce the costs of this system, Poppi Clementino has develo-ped cogeneration systems based on both gas turbines and internal combustion engines. This application brings considerable economic benefits in si-tuations where electrical and thermal energy has to be pur-chased separately, especially considering the price of natu-ral gas and the maintenance costs of the turbines and the engines. Poppi Clementino’s Smart System is able to partially or entire-ly replace the cogeneration system. The availability of ener-gy in the form of hot waste gases can be used to meet up to 50% of the energy needs of the spray dryers, or even close to 70% if the spray-drying temperature is reduced from an aver-age value of 520°C to around 400°C (obviously along with a proportionate reduction in output).Figure 2 shows the layout of a plant in which three spray dryers are served by a 7 MW gas turbine using heat recove-red from four kilns. The kiln cooling air volumes (previously di-scharged to the external atmosphere) are completely ab-sorbed by the energy-intensive machines without in any way altering their operation. The result is a 30% reduction in con-sumption of the spray dryers and recovered thermal capaci-ty of 7,000 kWt, equivalent to 730 Stmc/h of CH4. This brings savings on energy bills of 1,200,000 €/year.Energy usage in the ceramic production process can also be optimised in situations where the spray dryer runs on alter-native fuels such as biomass or coal dust.

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