„Zelený energetický blok“ v Plzeňské teplárenské se osvědčil

Akciová společnost Plzeňská teplárenská začala využívat biomasu k výrobě energie už v roce 2003. Bylo to celkem 3500 t a biomasa nahradila 2400 t uhlí. Vloni to bylo již 130 000 t biomasy, která nahradila 90 000 t uhlí. Za prvních 10 měsíců roku 2010 přesáhlo množství spálené biomasy hranici 200 000 t a do konce roku to bude okolo 230 000 t tohoto paliva. PT tím nahradí 177 000 t uhlí. Exploatace biomasy si ovšem vyžádala řadu investic. Kupříkladu v roce 2004 jsme vybudovali halu na příjem biomasy a do stávající trasy uhlí byly instalovány šnekové frekvenčně řízené dopravníky. Ty umožnily přesné dávkování požadovaného množství dřevní štěpky do uhlí. Zařízení usnadnilo provoz na skládce paliva a zároveň umožnilo dostatečnou homogenizaci přiváděného paliva (biomasa + uhlí) do fluidního kotle. V té době jsme spoluspalovali pouze směs štěpky s uhlím na fluidním kotli. Další problém ve spojení se spoluspalováním biomasy vyvstal na zásobnících paliva. Směs uhlí s biomasou tam vytvářela klenby a nálepy, čímž docházelo k častému přerušení dodávky paliva do spalovací komory fluidního kotle a ke značným výkyvům parního výkonu kotle. Klenbování vznikalo především při dodávkách mokré biomasy s vlhkostí 50 % a více. Řešení přineslo sušicí zařízení na dřevní štěpku, zprovozněné v roce 2006. Sestává z dopravních cest, třídicího a drticího zařízení a separace kovů. Vlastní sušení probíhá v bubnové sušárně. Zdrojem tepla je tepelná energie, odebraná z kouřových plynů provozovaných kotlů. V témže roce jsme uvedli do provozu také samostatnou dopravní trasu štěpky do fluidního kotle, čímž se podařilo téměř zdvojnásobit množství spoluspálené biomasy. Kromě fluidního kotle jsou na teplárně provozovány ještě dva práškové granulační kotle. Dřevní štěpku v nich spalovat nemůžeme. Pouze určité množství biomasy v podobě peletek ze zemědělských produktů. Spalování peletek se odzkoušelo ve spolupráci s výrobcem kotle v roce 2008 a následně (2009) byla zprovozněna samostatná doprava peletek do jednoho z našich práškových parních kotlů. Umožňuje bezpečně dodávat a řídit množství spoluspálených peletek v rozsahu 1 - 5 t.h-1. PROČ ZELENY BLOK? Příprava výstavby nového energetického bloku začala již v roce 2004. Důkladně se prodiskutovaly a analyzovaly otázky velikosti výrobního bloku a jeho hlavní komponenty i co všechno musí technologie splňovat. V roce 2008 byly zpracovány všechny potřebné dokumenty a vydáno příslušné povolení na výstavbu nového „Zeleného výrobního bloku“. Ve veřejné soutěži na dodávku a výstavby díla zvítězila firma ČKD DIZ Praha. V červnu 2008 došlo k podpisu smlouvy s dodavatelem. Samostatná výstavba začala v říjnu téhož roku. V březnu 2010 byl kotel prvně zapálen a 12. května 2010 převzal toto nové výrobní zařízení do provozu výrobní útvar PT. PARAMETRY „ZELENEHO ENERGETICKEHO BLOKU“ jmenovité množství páry .................... 45 t.h-1 max. množství páry .......................... 49 t.h-1 min. množství páry ........................... 24 t.h-1 jmenovitý tlak přehřáté páry ............. 6,7 MPa jmenovitá teplota přehřáté páry .... 490 °C ± 8 °C účinnost kotle .................................... 91 % Obsah emisí ve spalinách: NOx 200 mg.Nm-3 CO 250 mg.Nm-3 TOC 75 mg.Nm-3 TZL 80 mg.Nm-3 SO2 400 mg.Nm-3 Palivo: biomasa o zrnitosti 0-100 mm výhřevnost ............................7,5-13 MJ.kg-1 Biomasa může být složena z 90 % dřevní štěpky a 10 % peletek zemědělského původu. Kotel je jednobubnový, s přirozenou cirkulací, třítahový s děleným odskočeným druhým tahem. Ve spodní části ohniště kotle jsou umístěny dva stacionární rošty, každý s bočním odpouštěním ložového popela. Pod rošty je přiveden primární spalovací vzduch. Nad rošty jsou zaústěny svodky paliva. K palivu (biomase) se přivádí inertní materiál pro příp. stabilizaci fluidního lože. Dále se nad rošty vede dýzami sekundární spalovací vzduch, a to ve dvou výškových úrovních pro dohoření hořlavých plynů z fluidního lože. Nad roštem je spalovací komora o rozměrech 6 x 3,8 x 21 m s membránovými stěnami. Do ní jsou v úrovni 13,5 m zaústěny dva najížděcí monoblokové plynové hořáky. V horní části spalovací komory jsou umístěny deskové sálavé výstupní přehříváky. Po směru toku paliva jsou další teplosměnné plochy. V odskočeném druhém tahu jsou umístěny další přehříváky, čtyři svazky ohříváku vody a výstupní část ohříváku vzduchu. V třetím tahu jsou ohříváky vzduchu. Dodávka vzduchu, který je nutný pro provoz kotle, je zajišťována dvěma ventilátory, primárním a sekundárním. Ze zádi kotle vystupuje spalinovod, který převádí spaliny pomocí kouřového ventilátoru do elektroodlučovačů polétavého popílku. Všechny pohony na dopravních cestách paliva a ventilátorech jsou z důvodu dobré regulace a ekonomie provozu osazeny frekvenčními měniči. Ložový popel z kotle je dopravován mechanickou cestou a jemné polétavé popílky jsou dopravovány pneumatickou dopravou do příslušných zásobníků. Dodavatelem kotle je firma INVELT SERVIS, s.r.o. Na výstupní parovod přehřáté páry kotle je převáděcím parovodem připojena parní turbína. PARAMETRY TURBINY: jmenovitý výkon v kondenzačním provozu .... ............................................. 11,5 MW jmenovité otáčky turbíny .......... 8017.min-1 jmenovité otáčky generátoru ..... 1500.min-1 jmenovitý tlak páry .....................6,6 MPa jmenovitá teplota páry ................... 485 °C Parní turbína je jednotělesová se dvěma neregulovanými a jedním regulovaným odběrem páry. Neregulované odběry páry slouží pro ohřev kondenzátu v regeneračních ohřívácích. Regulovaný odběr slouží k topení odplyňováku a pro případný kogenerační provoz, tzn. pro dodávku tepla v horké vodě prostřednictvím deskového výměníku (pára-voda) 15 MWT. Dodavatelem turbíny je společnost ŠKODA POWER. PRVNI ZKUŠENOSTI Z PROVOZU NOVEHO „ZELENEHO VYROBNIHO BLOKU“ Provozovat výrobní blok na biomasu, který spaluje především lesní dřevní štěpku, vyrobenou ze zbytků po těžbě v lese, klade podstatně větší nároky jak na zařízení, tak na provozní personál. Jsou dány především nehomogenitou paliva (dřevní štěpky) z pohledu výhřevnosti, obsahu vody, zrnitosti a v neposlední řadě také nežádoucími příměsemi (kamení, písek, zemina, kovové předměty). Tyto problémy naše společnost očekávala a před zprovozněním kotle na biomasu proto vybudovala II. sušárnu dřevní štěpky. Tam je také tříděna, drcena a zbavena kovových předmětů. Bez tohoto zařízení by měl kotel problémy s udržením konstantního plného výkonu (především v zimních měsících, kdy je štěpka přivezena z lesa mnohdy s příměsí sněhu a ledu a její výhřevnost se pohybuje na úrovni 6 MJ.kg-1). Zpočátku to byl problém s odladěním regulace výkonu kotle, několikrát došlo k zastruskování fluidních roštů. Vyskytly se rovněž problémy s odvodem ložového popela kvůli přítomnosti kamenů v dřevní štěpce. Pár drobných úprav bylo nutné udělat také na strojovně. Nyní (po 7 měsících provozu) lze konstatovat, že kotel je seřízen a provozován nepřetržitě na jmenovitém výkonu s velmi dobrou účinností 91,3 % (garantováno 91 %). Nedopal ložného popela se pohybuje do 1 % a polétavého v průměru 1,5 %. Teplota spalin za kotlem do 135 °C. DOSAHOVANE EMISE: NOx ......................................177 mg.Nm-3 CO ........................................121 mg.Nm-3 TOC ....................................... 2,8 mg.Nm-3 TZL ..................................... 26,4 mg.Nm-3 SO2 ........................................ 12 mg.Nm-3 Všechny hodnoty jsou hluboko pod garantovanými hodnotami. Účinnost celého bloku (kotel + turbogenerátor) dosáhla 30,5 %, přičemž garantováno bylo 27,2 %. Vlastní spotřeba el. energie bloku je úctyhodně nízká, a to 790 ± 79 kW při výkonu na svorkách generátoru 12 100 kW (garantováno bylo 1244 kW). Požadovaný výkon elektrické energie dodávaný do sítě z tohoto bloku činí v současné době 11 900 kW (oproti garantované hodnotě 10 256 kW). Pro úplnost třeba ještě doplnit, že veškeré uvedené hodnoty byly měřeny při čistě kondenzačním provozu. Naše nové výrobní zařízení (protože jsme teplárna) je možné provozovat také kogeneračním způsobem. Tehdy je nový blok schopen dodávat do elektrizační sítě 8 MWE a do horkovodní sítě 15 MWT při účinnosti bloku přes 60 %. CO JEŠTĚ DODAT? Naše společnost má veškeré předpoklady zužitkovat v letošním roce 230 000 t biomasy a vyrobit z ní na úrovni tohoto paliva 230 000 MWh energie. Tím se přiblížíme k úkolu vyrobit v PT 40 % elektřiny z obnovitelných zdrojů. Spálení 230 000 t biomasy na našem výrobním zařízení umožní nahradit cca 177 000 t hnědého uhlí. Naše společnost tak nevyprodukuje cca 220 000 t CO2 z fosilních paliv. ING. ZDENĚK DONGRES