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BONO News
Speciale Expocomfort
Marzo 2006
L’Evoluzione del Generatore di Calore e
l’Utilizzo di Tecnologie Innovative
L’inizio del nuovo millennio anche per l’industria è un momento di grande fermento.
Tutta la società, a livello mondiale è mobilitata nella ricerca di valide soluzioni che
devono garantire la stabilizzazione delle
emissioni in atmosfera e in alcuni casi,
specie per i paesi più industrializzati questo significa ridurre il volume di emissioni
prodotte. L’accordo di Kyoto ha dato avvio
ad un complesso meccanismo di politiche
industriali ed energetiche volte alla salvaguardia dell’ambiente e all’ottimizzazione
dei processi di produzione di energia che
hanno stimolato il mercato verso la ricerca
di nuove soluzioni capaci di assicurare lo
“sviluppo sostenibile”. Fornitori di macchine produttrici di energia da una parte e
consumatori di energia dall’altra sono i
principali attori di questa nuova coscienza
dagli effetti ambientali, volti non solo alla
riduzione dei gas serra ma anche al risparmio energetico e finanziario attraverso la
riduzione dei costi gestionali dell’impianto.
BONO ENERGIA SpA
Via Resistenza, 12
20068 Peschiera Borromeo
Milano - Italia
www. bono.it
[email protected]
Tra le misure adottate, oltre alla promozione dell’utilizzo delle fonti rinnovabili di
energia (biomasse), restando nel settore
termico industriale, il primo ed efficace
passo per soddisfare le linee guida del
protocollo è il controllo e monitoraggio in
continuo dell’ossigeno nei fumi.
La gestione completa di un moderno
generatore di Vapore attraverso un unico sistema di controllo integrato è ormai
l’esigenza di un mercato in cui la possibilità di gestire in tempo reale tutti i processi industriali è imperativo. Il generatore di Vapore, non può più essere visto
come una macchina di “U t ilit ie s ” isolata nel sistema di gestione e supervisione
di un impianto termico a sua volta integrato in una realtà industriale; al contrario esso deve essere in grado di comunicare con un sistema di gestione superiore e gestire all’interno della sua isola i
problemi legati al suo funzionamento.
Poter gestire in modo affidabile ed efficiente i generatori di vapore attraverso moderni sistemi elettronici integrati basati su microprocessori, è oggi possibile grazie
allo sviluppo dell’elettronica nei
processi industriali.
Sebbene l’indiscutibile vantaggio
tecnico ed economico dei sistemi
di gestione integrata rivolga al
momento il suo maggior interesse prevalentemente per i generatori di alta potenza cioè superiore alle 20 t/h, è prevedibile
che nel prossimo futuro vi sarà
anche un’ulteriore copertura del
mercato dei piccoli generatori
dove al momento l’impatto economico di tale sistemi se confrontato con il valore dell’impianto termico risulta più sensibile e
quindi ancora poco apprezzato.
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Stato dell’Arte
0-10 Volt o 4-20 ma con relè flottanti, cioè con inversione del contatto per aumentare o diminuire il carico.
CONTROLLO DEL LIVELLO
Anche la regolazione di livello si è
evoluta. Il sistema tradizionale a
elettrodi “sonde immerse” che utilizzano la conducibilità dell’acqua per
chiudere un contatto di un relè è
stato affiancato dal regolatore elettronico che grazie a nuovi sensori di
livello di tipo capacitivo cioè capace
di misurare la variazione della resistenza di un elettrodo immerso nell’acqua hanno contribuito ad uno
sviluppo di tecnologie sempre più’
raffinante ed affidabili. Le sonde
capacitive, i trasmettitori elettronici
a pressione differenziale, le sonde a
rulli magnetici sono i dispositivi oggi
piu’ comunemente impiegati.
Sebbene in commercio vi siano molteplici sistemi di
regolazione basati su unità distinte per la regolazione dei singoli loop che caratterizzano il controllo di
una caldaia, c’è tuttavia una carenza di un sistema
unico integrato, in grado di gestire dinamicamente
il processo di controllo di una caldaia.
MASTER DI REGOLAZIONE
I sistemi di controllo della potenzialità del generatore di
calore, quali i sistemi basati sui pressostati “master” di
regolazione o quali regolatori di potenza, sono stati sostituiti nell’ultimo decennio dai regolatori elettronici a microprocessore “general pourpose”, la cui programmazione
permette ad un unico apparecchio di essere utilizzato per
più applicazioni.
Detto regolatore è collegato direttamente al sensore che
misura la grandezza da regolare (termocoppie o trasmettitori di pressione) e comanda gli attuatori in campo con
uscite continue analogiche, cioè segnali
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REGOLAZIONE DELLA COMBUSTIONE
Il controllo della combustione e cioè la regolazione del rapporto aria-combustibile, ha sino ad oggi beneficiato in maniera molto minore delle innovazioni tecnologiche in termini di automazione e controllo.
Oggi infatti sono ancora molto impiegate le camme meccaniche di regolazione con profilo regolabile, mentre raramente vengono impiegate le camme elettroniche.
Il sistema di controllo mediante la misura del combustibile
e dell’aria di combustione non ha trovato sino ad oggi applicazioni su generatori di piccola e media potenzialità a
causa dell’elevato costo del sistema.
La camme elettronica è paragonabile ad una regolazione di
tipo misuratrice poiché viene eseguita una continua verifica
incrociata di una predeterminata posizione degli attuatori
di comando del combustibile e dell’aria di combustione lungo una curva costituita da piu’ punti (almeno 10) che rappresenta il carico del bruciatore.
Gli attuatori che comandano le valvole di regolazione sono
sempre dei servocomandi con potenziometri di risposta
calettati sull’albero, di alta precisione.
L’Evoluzione dei Sistemi Elettronici
Uno degli obiettivi strategici di BONO ENERGIA, è sempre
stato quello di poter trasferire la tecnologia adottata per la
regolazione e supervisione dei grandi impianti termici costituiti da generatori a tubi d’acqua, ai generatori a tubi da
fumo o ai forni a fluido diatermico.
Il PLC (Programmable Logic Controller), normalmente usato
per questi grandi impianti, è quindi entrato a far parte della
quotidianità anche per le caldaie tradizionali ed ha preso il
posto dei regolatori a microprocessore.
BONO ENERGIA, grazie alle sinergie del gruppo CANNON,
sin dal 1992, in una prima fase con il MINITERM e successivamente con il MAXITERM, ha proposto con successo al
mercato il primo vero sistema di gestione della caldaia con
camme elettronica, regolatore di carico del bruciatore e centralina allarmi integrata. Tale controllo si è successivamente
evoluto (1995) nel sistema EFESTO, completo di innumerevoli possibilità di regolazione, una H.M.I (Human Machine
Interface) PC based con tutte le possibilità di grafica, trend
dinamici delle variabili etc.
BONO Inventa il Controllo Elettronico Integrato
BONO ENERGIA entra nel nuovo millennio con la IV Generazione dei Sistemi di controllo e presenta OPTISPARK,
il rivoluzionario ed innovativo sistema elettronico integrato di controllo dei nuovi generatori di vapore STEAM-MATIC e a
fluido diatermico OIL-MATIC.
BONO e AUTOMATA hanno riunito competenze e tecnologie per portare una duplice innovazione ai generatori di calore.
Grazie all’esperienza, sia pratica che teorica, acquisita nel settore della regolazione con sistemi PES Programmable Electronic System.
BONO ENERGIA riconosce la necessità dell’integrazione di tutta la parte logica di gestione di una caldaia in un unico
sistema di controllo. Attraverso la stretta collaborazione tra unità di ingegneria e tecnici di avviamento,
nasce OPTISPARK, il primo sistema integrato per la gestione di un generatore di calore.
In OPTISPARK sono state integrate tutte le regolazioni basi
di un moderno generatore:
Regolazione della pressione del vapore
Regolazione del livello acqua
Regolazione della combustione
Regolazione della temperatura dell’olio combustibile
Regolazione dell’ossigeno residuo nei fumi
Regolazione del sistema di ricircolo fumi per la riduzione delle emissioni inquinanti
Regolazione della partenza a freddo della caldaia
Regolazione della velocità del ventilatore aria comburente pilotato da inverter
Gestione dell’accensione programmata del generatore
Tutte controllate da un unico sistema di supervisione e controllo per la gestione degli eventi dinamici.
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Perché OPTISPARK è Innovativo
In un processo di combustione, poter controllare in continuo l’ossigeno, cioè controllare che l’aria in eccesso fornita
sia la minore possibile, significa ottimizzare l’efficienza di
combustione.
Questo controllo porta ad un triplice vantaggio :
• Risparmio energetico
ottenuto attraverso un minor consumo di combustibile.
• Maggiore sicurezza
in quanto diventa più semplice identificare eventuali anomalie nell’impianto di combustione.
• Minor impatto ambientale
in quanto si riducono la temperatura dei fumi in
uscita dal camino ed il volume di ossidi di azoto
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Generalmente nei sistemi di controllo, l’O2 non è integrato
nella catena di regolazione del sistema di supervisione del
generatore.
Ciò comporta possibili anomalie nella misura dell’ossigeno
ed una instabilità intrinseca del processo di controllo specie
durante le variazioni di carico del generatore.
Per esempio, una rapida richiesta di vapore dal processo,
comporta una rapida variazione del volume dell’aria di
combustione che rende il sistema di retroazione del segnale della variabile misurata (O2) instabile per l’algoritmo di
controllo (il controllore dell’ O2 in condizioni transitorie tende infatti a retro-azionare in maniera inversa alla richiesta
di carico). In altri termini, questo significa che ad una richiesta di carico, e la conseguente apertura della serranda
aria, un sistema di controllo non evoluto, misurando un
valore di O2 in eccesso rispetto al valore settato, costringe
il sistema a chiudere la serranda aria anziché aprirla in
quanto riceve l’input di riportare l’ossigeno nel valore settato e la regolazione risulta notevolmente instabile (il sistema entra in pendolazione).
OPTISPARK mediante la completa integrazione di tutti i
loop controllati evita tale fenomeno, riconoscendo e disabilitando per il tempo transitorio della variazione del carico il controllo dell’ossigeno rendendo il sistema rapido e
stabile durante le variazioni di carico.
Inoltre dispone di un efficiente sistema antifumo
(Lead-Lag System) che assicura durante aumenti o
diminuzioni del carico che lo spostamento sulle curve
aria - combustibile avvenga sempre in modo che il bruciatore reagisca in direzione di eccesso d’aria per evitare
fumate nere al camino.
Rispetto ad altri sistemi di controllo “ibridi”, cioè basati
sull’impiego di camme elettronica ma senza il controllo
dell’ O2, oppure camme meccanica e controllo dell’ossigeno non integrato nella catena di regolazione
OPTISPARK integra il controllo della combustione in un
unico sistema.
Con OPTISPARK giochi e isteresi tipiche del comando
combinato meccanico sono eliminate conferendo
al sistema :
•
Una risposta più rapida ad ogni variazione di
carico.
•
L’ottimizzazione della combustione nei campi
di minima portata del bruciatore con valori di
eccesso d’aria ridottissimi.
•
Ciascun organo di regolazione del bruciatore è
provvisto di un servomotore che agisce il più
direttamente possibile sull’organo di regolazione stesso.
OPTISPARK integra anche il sistema di acquisizione delle condizioni di allarme e di blocco che si generano durante il funzionamento della caldaia.
Per aumentare la sicurezza del sistema, i blocchi sono
tutti gestiti sia a livello hardware che software.
Il sistema integra tutti i convertitori di segnale per trasformare le variabili di processo in segnali digitali dal sistema P.E.S.
Tramite porte seriali, il sistema è in grado di trasferire a
distanza tutte le informazioni inerenti lo stato di funzionamento della caldaia, ed in caso di allarme o blocco, effettuare, attraverso tutti i nuovi mezzi tecnologici (Sms,
Internet etc.), un avviso di anomalia ad una postazione
remota.
In OPTISPARK e’ integrato anche un bus di campo
(CAN Open) per future espansioni del sistema, o per collegare i sensori di campo al sistema con semplice doppino
telefonico.
Tecnologicamente, OPTISPARK è costituito da una unica scheda elettronica sulla quale sono stati installati il
P.E.S. completo di CPU, i moduli input - output per la gestione delle informazioni, i moduli per il condizionamento
dei segnali analogici, i moduli per l’acquisizione dei segnali digitali, i relè di potenza per il comando degli attuatori in campo, i relè di sicurezza per i blocchi , e le uscite
analogiche per il comando diretto delle valvole di regolazione
• Ripetibilità delle prestazioni nel tempo.
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I Vantaggi di OPTISPARK
Alcuni parametri sono protetti da differenti livelli di
password al fine di evitare manomissioni anche involontarie da parte dei non addetti ai lavori.
In caso di avaria della sonda di misura dell’ossigeno la caldaia può funzionare tranquillamente perché la camme elettronica garantisce la precisione sempre del rapporto aria –
combustibile. OPTISPARK è già predisposto per ricevere i
segnali della concentrazione di Ossido di Carbonio da apparecchiatura esterna per poi stamparli unitamente ai valori di ossigeno e temperatura fumi misurati dai sensori
già installati sulla caldaia, tramite una normale stampante
attraverso la porta parallela del terminale.
• Sistema moderno e integrato ottimizzato nei
costi e orientato al futuro
• Riduce il numero di componenti e quindi il rischio di guasto
Con OPTISPARK il concetto sicurezza viene esasperato fino
al massimo livello.
Per ottenere le medesime funzioni operative di OPTISPARK
nel quadro di comando di un qualsiasi altro generatore di
vapore dovrebbero essere previsti i seguenti componenti :
• Riduce i tempi di avviamento
• regolatore di pressione o temperatura
• Riduce del 3% i consumi energetici
• camme elettronica
• regolatore temperatura nafta
• regolatore di livello
• regolatore di O2
• regolatore sistema di riciclo fumi
• centralina allarmi
• relè
• Ottimizza la combustione
• Esegue l’analisi dei guasti
• Aggiunge valore all’investimento
• Migliora la produttività connessa all’utilizzo
del generatore
• Offre prestazioni equivalenti ai sistemi D.C.S.
più evoluti ma ad un costo decisamente più
competitivo
• convertitori segnali
Il limite tecnologico di questa tipica configurazione è rappresentata dal fatto che tutti questi componenti non possono dialogare comunque con un sistema esterno, se non
trasferendo segnali hardware digitali o analogici di ripetizione delle grandezze da supervisionare.
Tutte le informazioni relative alla gestione sono inviate dalla scheda tramite un cavo seriale a un terminale video
HMI SPOT AUTOMATA (Touch Screen) che ha la funzione
di Human Machine Interface, cioè di interfaccia con la
macchina dove per macchina è naturalmente inteso il generatore di calore.
Sul terminale sono configurate una serie di pagine sinottiche che consentono la parametrizzazione del sistema e la
gestione delle funzioni, nonché la visualizzazione delle
variabili di processo su trend.
• Utilizza la tecnologia CANopen
• Dispone di ingressi e uscite configurabili
• Trasmette la posizioni dei servomotori in maniera precisa ed immune da disturbi
• Riduce notevolmente i tempi di manutenzione
e relativi oneri grazie alla riduzione del numero dei meccanismi del bruciatore
• Posizione di carico minimo e massimo e tracciati dalle curve programmabili
Le funzioni di ciclo di accensione della caldaia e la verifica
della presenza della fiamma sono gestite da un pannello
programmatore di tipo omologato.
La funzione di blocco caldaia per basso livello è garantita
da un apposito sensore collegato ad un relè posto all’esterno di OPTISPARK per ottemperare alla normativa, che prevede appunto per i dispositivi di blocco una interdipendenza elettrica e meccanica dai dispositivi di regolazione.
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• Dispone di una camma elettronica dedicata
per ciascun combustibile, l’aria e il sistema di
ricircolo fumi
La Gestione Innovativa dell’Energia Contribuisce
a Valorizzare l’Impresa
Valori medi di esperienza
VALORIZZARE L’IMPIEGO DI
TECNOLOGIE INNOVATIVE
NELLA PICCOLA E MEDIA IMChimica
PRESA
Studi della Commissione Europea e
Gomma
del Ministero dell’Ambiente Italiano
dimostrano che senza nuovi interPlastica-Imballaggio
venti l'emissione di CO2 crescerà,
come l’aumento dei costi dei comTessili
bustibili e quindi della produzione di
energia strettamente dipendente.
Cartiere
In questo scenario, le Piccole e Medie Imprese sono gli attori princiImpianti chimici-petrolcimici
pali di questa nuova coscienza dagli
effetti ambientali, di risparmio eLaboratori
nergetico e finanziario. A maggior
ragione, in un periodo congiuntura% MWh/anno
le appesantito da una fase di rallentamento della crescita del PIL,
Riscaldamento
A ltri utilizzi
Energia termica di pro cesso
identificare tecnologie mirate alla
riduzione
dei
consumi
energetici
diventa un obiettivo imporNumerosi processi industriali impiegano il vapore e/o il fluitante
da
perseguire.
Dagli
studi
emerge in modo evidente
do diatermico come vettori di scambio termico per il riscalche
molti
siti
utilizzano
una
quantità
di energia, intesa come
damento sia diretto che indiretto dei processi produttivi.
L’accordo di Kyoto ha dato avvio ad un meccanismo di combustibile consumato, molto maggiore rispetto al valore
politiche industriali ed energetiche volte alla salvaguardia medio del settore di appartenenza. Questa variabilità è ridell’ambiente ed all’ottimizzazione dei processi dipendenti conducibile ai diversi processi industriali, alle differenti modall’utilizzo intensivo dell’energia.
dalità di produzione ma soprattutto alle tecnologie termiche
adottate, spesso obsolete e prive di innovazioni tecnologiLe misure adottate sono state individuate sulla base di tre che.
criteri principali :
In un periodo di stagnazione economica, dove i mercati
chiedono prezzi sempre più contenuti, risparmiare energia e
• Valorizzare il potenziale di riduzione delle emissioni.
sviluppare nuove politiche energetiche significa rafforzare
• Orientare e finanziare l’ammodernamento tecnologico la competitività
del sistema energetico industriale secondo il criterio
L’Evoluzione delle Caldaie Industriali e l’Impiego di
della miglior efficienza al minor costo.
Tecnologie Innovative
• Sviluppare tecnologie innovative a basse emissioni.
I generatori di vapore e a fluido diatermico, hanno raggiunto una maturità tecnica e prestazioni, intese come efficienza
Questo ha stimolato il mercato verso la ricerca di soluzioni termica, che lasciano poco spazio all’innovazione tesa a geinnovative capaci di promuovere l’impiego dell’energia nella nerare vero valore aggiunto. Anche i moderni bruciatori
maniera più parsimoniosa e razionale possibile per sostehanno raggiunto un livello tecnologico elevato ed ulteriori
nere benefici economici, strategici e politici.
miglioramenti sono possibili solo con un notevole impegno
di risorse che spesso non giustificano il beneficio ottenuto.
• BENEFICI ECONOMICI
Riduzione dei costi (energetici e d’esercizio) e quindi van- BONO ENERGIA, l’area del gruppo Cannon dedicata alla
produzione di generatori di vapore e forni a fluido diatermitaggi in termini di competitività.
co, ha quindi concentrato l’attenzione verso l’automazione
• BENEFICI STRATEGICI
ed il controllo della combustione, settori decisamente più
Incremento dell’efficienza complessiva, della competitività dinamici ed in continua evoluzione in grado realmente di
e sicurezza mediante l’ottimizzazione dei processi di produ- aggiungere un significativo contributo al raggiungimento
zione.
degli obiettivi stabiliti dal protocollo.
L’integrazione dell’elettronica nel processo di controllo della
• BENEFICI POLITICI
Agevolazioni nell’accesso a finanziamenti e contributi previ- combustione offre infatti significativi benefici in termini di
sti per il raggiungimento dei requisiti del protocollo di Kyo- sensibile risparmio energetico, precisione e ripetibilità delle
to. Miglioramento dell’immagine aziendale e benefici nell’- prestazioni.
ottenimento e conservazione delle certificazioni di qualità Avanzati impianti di combustione assistiti da innovativi
sistemi elettronici di controllo rappresentano il trend e
ambientali (ISO 14000).
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l’evoluzione delle caldaie secondo BONO
Alimentari-Bevande
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In Cina a tutto…Vapore
Bono Energia Conquista l’Oriente
LE CALDAIE
I generatori, frutto della collaborazione realizzativa dei due partner Italiano e Cinese, sono del tipo UNIMATIC a serpentino con bruciatore
modulante a gasolio, totalmente progettati da Bono Energia.
Sono stati implementati con due dispositivi volti ad incrementarne le
prestazioni:
• un nuovo preriscaldatore dell’aria
ad ampia superficie di scambio, montato a fianco del-la caldaia
• sistema integrato di controllo elettronico OPTISPARK, che soli-tamente
è montato sui generatori di grande
potenza.
BONO ENERGIA ha acquisito costruito e consegnato la
commessa di ben 30 generatori UNIMATIC per la sostituzione, nel distretto di TAIYUAN, di altrettante caldaie alimentate a carbone. Tale progetto è inserito nell’ambito
della collaborazione Italo/Cinese sul protocollo di KYOTO,
per la riduzione dei gas-serra
IL PROGETTO
La presenza di BONO ENERGIA nel mercato cinese è ormai
più che consolidata, con numerose referenze certificate
SQLO (Safety Quality Licensing Office), l’Ente di certificazione cinese. La partecipazio-ne a questa iniziativa è stata
un passaggio naturale, e consentirà la costruzione congiunta italo-cinese di trenta generatori di vapore per una
potenza termica complessiva di 21 MWt.
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Il prodotto finale è un generatore di
vapore ad altissimo rendimento e di grande affidabilità,
che si traduce in elevate prestazioni sia sotto l’aspetto industriale sia dal punto di vista ambientale, prestazioni che
saranno garantite dall’assistenza tecnica locale gestita dal
nostro partner Cinese.
L’ASSISTENZA
Il progetto comprende l’adeguata formazione del personale
addetto alla servizio delle caldaie. Per questo una delegazione di tecnici cinesi ha seguito un corso della durata di
otto settimane, presso lo stabilimento di BONO Netro, allo
scopo di comprendere meglio tutte le tematiche legate
all’assistenza e servizio.
Le macchine sono destinate nel nord della Cina, a Taiyuan
vicino a Pechino, e copriranno gli utilizzi più vari, dal riscaldamento civile a vari processi industriali.