Diseño del sistema de recuperación de calor para una calefacción urbana

Abstract

La empresa Vidrala en Italia, que fabrica envases de vidrio, está realizando un gran proyecto de inversión para modernizar la planta: se está cambiando la maquinaria y se está reconstruyendo la fábrica. El objetivo es mejorar la rentabilidad de la empresa mejorando la eficiencia del proceso. Al mismo tiempo, y con el mismo objetivo, se están realizando proyectos para aprovechar el calor de las pérdidas del proceso. Actualmente, la calefacción de todas las instalaciones proviene de calor recuperado. Sin embargo, todavía hay pérdidas que pueden aprovecharse.

Este proyecto propone vender calor a una central de generación de calefacción urbana. A partir de los humos de salida se consigue entregar potencia térmica a la red de calefacción mediante una serie de intercambiadores: los humos intercambian calor con un circuito de agua intermedio, que después intercambia calor directamente con la red de calefacción. Se requiere que el proyecto tenga un período de retorno rápido y que la inversión sea baja, ya que el objetivo prioritario es el proyecto de gran inversión.

Por otro lado, se plantea en un futuro que se venda electricidad a la central. Actualmente no interesa porque se requeriere una inversión muy alta y el perídodo de retorno del proyecto es largo. Mediante un ciclo Rankine simple y supercrítico, los humos calientan el fluido de trabajo (isopentano) en el recuperador, y pasando por una turbina generan potencia eléctica. Posteriormente se condensa el fluido entregando potencia térmica y se bombea al recuperador de nuevo.

Para ambos escenarios se han calculado los puntos de trabajo y se han calculado los intercambiadores mediante el método ε-NTU. Finalmente se ha realizado un estudio económico y su impacto en las situaciones más desfavorables.

Vidrala Italia, who manufactures glass containers, is doing a significant investment project to upgrade the plant: machinery is being changed and a new plant is being built. The objective is to improve the profitability of the company improving the process efficiency. At the same time, and with the same objective, projects about heat recovery are being developed. Currently, the heating of all the plant comes from recovered heat. However, there is still more heat that can be used.

This project proposes selling heat to a generation plant of district heating. From the outgoing smoke, thermal power is given to the heating water mains through two exchangers: the smoke exchange heat to an intermediate water main, which then gives directly the heat to the heating mains. For this project, the payback and the investment must be low because the big investment is the priority.

On the other hand, for the future, electricity can also be sold. At this moment this is not interesting for the company because investment and payback are very high. Using a simple and supercritic Rankine cycle, the smoke heats isopentane fluid and produces electric power in a turbine. Then, it condenses giving thermal power and is bombed back to the exchanger.

For both scenarios all the working points have been calculated and also the exchangers with the ε-NTU method. Finally, an economic study has been done and the impact of unfavorable situations.