Zkušenosti s provozem biomasového zdroje v Teplárně Mydlovary Petr Busta, vedoucí Teplárna Mydlovary Milan Váša, vedoucí Provoz a správa zdrojů Konference Biomasa, bioplyn & energetika 2015
2
Historie
Historie Teplárny Mydlovary 1922 Jihočeské elektrárny převzaly Jihočeskou důlní společnost, vlastnící práva na těžbu lignitu v okolí, generátor 0,9 MWe, postupně zvyšování výkonů kotlů a turbín 1968 Teplem zásobováno město Zliv 1973 Přechod na Sokolovské energetické uhlí, instalováno 160 t/hod v páře a 24,5 MWe 1975 Parovod DN 500 do Č. Budějovic, dodávka pro spol. MAPE 100tis.GJ/rok, pro Teplárnu Č. Budějovice až 700 tis. GJ/rok, spol. Bionafta 25 tis GJ/rok,Zliv 125 tis GJ/rok Podnikatelský záměr Spalovna komunálního odpadu Karolína; odstavení uhelné části a plná plynofikace od r. 2002, od výstavby Spalovny upuštěno 2009 Přestavba parních plynových kotlů na teplovodní, výstavba plynové kogenerační jednotky 2011 Parní biomasový zdroj na lesní štěpku s výrobou elektřiny 4
5
Současnost
7
Přehled základních parametrů Do soustavy CZT pracují 3 zdroje - kogenerační jednotka (1.200 kwe; 1.270 kwt), kotel na zemní plyn (5,6 MWt) a biomasový kotel (2,661 MWe; 9,07 MWt) Roční výroba elektřiny 21.011 MWh kogenerační jednotka 3.487 MWh biomasový kotel 17.524 MWh Roční výroba tepla 59.880 GJ kogenerační jednotka 12.765 GJ kotel na zemní plyn 2.036 GJ biomasový kotel - OTV 45.079 GJ Roční prodej tepla 32 960 GJ + 686 GJ (vlastní spotřeba) připojeno 647 domů vč. bytových a 39 firem, délka trasy tepelných rozvodů 15,55 km, ztráty v tepelných rozvodech 26.234 GJ 8
Technologické schéma Teplárny Mydlovary Kondenzační odběrová turbína 2,66 MWe 11,7 t/h 400 C 3,2 MPa ~ Chladící věž Biomasa 0,12 MPa Kondenzátor Napájecí nádrž KJ 5,6 MWt 1,17 MWe 90/70 C ~ 1,2 MWt Výměník Akumulace tepla 90/50 C CZT Mydlovary - Zliv Zemní plyn Zemní plyn 5,4 MWt 9
Energoblok na spalování biomasy
Základní údaje Technologie a provoz parní kotel VYNCKE 11,7 t/h a kondenzační odběrová turbína EKOL jmenovitý svorkový výkon cca 2,66 MWe odběr páry z turbíny pro výrobu teplé vody do CZT (max. výkon cca 5,4 MWt) roční provoz cca 8.000 hodin Palivo Pouze dřevní hmota, základním palivem lesní štěpka o výhřevnosti 7-12 GJ/t (kategorie O2), záložním palivem odřezky a krajiny (kategorie O3) 30.000 t/rok 90 t/den Výroba: elektřina + teplo roční dodávka cca 15.000 MWh elektřiny (cca 6.000 domácností) a 60.000 GJ tepla na úrovni teplé vody do 95 C (soustava CZT Mydlovary-Zliv) Emise zařízení splňuje zpřísněné emisní limity (zejména TZL elektrofiltr, skutečné emise cca 30 mg/nm 3 ) 11
Popis technologie Kotel Typ Vyncke JNO-COMBI Jmenovitý výkon 9,07 MWt (8,00 10,9 MWt) Parní výkon 11,7 t/h (9,3 12,8 t/h) Účinnost kotle 87 % Tlak vyrobené páry 3,2 MPa Teplota vyrobené páry 400 C Teplota napájecí vody 105 C Výhřevnost paliva 7 12 MJ/kg Výkonový rozsah 80 100 % (parametry) Doba uvedení do provozu na provozní parametry (teplota, tlak) ze studeného stavu 8-10 hod z teplého stavu do 1 hodiny 12
Popis technologie Turbína Kondenzační turbína s regulovaným odběrem Typ EKOL T 2,9 3,15/0,12 E Jmenovitý výkon 2,661 MWe Hltnost turbíny 11,7 t/h (9,3 12,8 MWt) Tlak admisní páry 3,15 MPa Teplota admisní páry 400 C Tlak v odběru 0,121 MPa Teplota v odběru 105 180 C Maximální množství v odběru 8,48 t/h Tepelný výkon do výměníku 5,443 MWt Minimální množství do kondenzace 3,22 t/h Tlak emisní páry 0,005 MPa (35 C) Otáčky 10.000 ot/min Doba uvedení do provozu na provozní parametry, když je kotel v provozu ze studeného stavu 4-6 hodin z teplého stavu do 1 hodiny 13
Časový harmonogram projektu Finální koncepce 09/2008 EIA 05/2009 Územní rozhodnutí 11/2009 Stavební povolení 02/2010 Veřejná soutěž na generálního dodavatele 04-05/2010 Výběr zhotovitele 05/2010 Podpis smlouvy 06/2010 Generální dodavatel TENZA, a.s. První zapálení kotle 16.12.2011 První dodávka tepla z výměníku OTV 3.1.2012 První přifázování turbíny 26.6.2012 Garanční test A Předběžné převzetí do provozu (PAC) 19.12.2012 Garanční test B 25.-26.2.2014 Konečné převzetí biomasového zdroje (FAC) 29.4.2014 5.-6.9.2012 (nesplněn výkon TG) 14
Průběh projektu Původní projekt postupně rozšířen o: magnetická separace z dopravníku štěpky do kotle ohřívák napájecí vody do kotle pomocí oběhové vody Zliv doplněn dalším regeneračním výměníkem na sytou páru z kotle nebo odběrovou párou z turbíny zpevněná plocha na uložení štěpky (zvýšení skladové zásoby) Garanční test B ve dnech 25. 26.2.2014 prokázal splnění garantovaných parametrů - hluk, účinnost, emise, min. a max. výkon kotle Konečné převzetí biomasového zdroje (FAC) 29.4.2014 disponibilita 2x 12 měsíců V 1. roce sledování (29.4.2014 do 28.4.2015) disponibilita splněna - z limitu 760 hodin vyčerpáno 713 hodin 15
Seznam vad a nedodělků maximální výkon OTV nespolehlivá a ne zcela funkční pohyblivá podlaha tepelné izolace vše zásadní odstraněno výměna hydraulických agregátů a rekonstrukce podlahy zesílená tepelná izolace výstupního parovodu z kotle výměna řetězového podavače štěpky a podlaha dopravníku rekonstrukce šneků dopravy škváry - šnekovnice a koryta zhotoveny z materiálu hardox 16
Spalovací komora Na posuvné roštové podlaze dochází k zahoření paliva a nespálené zbytky odchází pomocí šnekových dopravníků do kontejnerů. 17
Technologie výměník a turbogenerátor 18
Strojovna, kotelna. Buben kotle Generátor Ekonomizér 19
Obrazovka z řídícího systému 20
Velín Operátorské pracoviště řídí celou teplárnu, silniční váhu a komunikaci s Virtuální elektrárnou Pantofle 21
Sklad biomasy Sklad biomasy, v popředí chladící věže. 22
Elektroodlučovač Popílek z odlučovače odchází také přes šnekový dopravník do kontejneru. Vlevo vrtulová chladící věž. 23
Šnekové dopravníky na výstupu z kotelny Šneky jsou uloženy v plechových korytech z oceli odolné proti otěru. Původní dopravníky bylo nutné vyměnit za odolnější z důvodu vysokého opotřebení šneků i plechových koryt. 24
Kontejnery pro ukládání škváry a popílku. Z dopravníků padá škvára a popílek výsypkou do kontejnerů, které jsou dle potřeby odváženy dodavatelskou firmou. 25
Provoz a údržba
Provádění pravidelné údržby Personální obsazení 3+1 T, denní údržba 1, obsluha směny/velín 2 Zaměstnanci na směně pravidelně po cca 2 hodinách provádí pochůzku po celém provozu včetně přilehlých pomocných technologií, případné zjištěné závady zapisují do provozního deníku, který technici každý den vyhodnocují. Závažné závady se ihned nahlašují specializovaným firmám, většinou těm, které dodávali toto zařízení v rámci své dodávky při výstavbě. Pochůzka se řídí zpracovaným rozpisem kontrolních činností. Zaměstnanci denní údržby odstraňují závady, které jsou schopni opravit sami a hlavně provádějí každodenní kontrolu a čištění šnekových dopravníků popelovin, mazání veškerých pohyblivých součástí dle mazacího plánu (týdně, měsíčně), výměny olejů čerpadel a olejových náplní hydraulických agregátů. 27
Palivo
Zajištění paliva lesní dřevní štěpky O2 Zasmluvněno 12 dodavatelů 4 s pevným množstvím (+/- 20% ) a celkové dodávce 28500 tun roční spotřeby, která je cca 30 000 tun Ostatní s tolerancí 0 100 % celkem zasmluvněno 70 000 tun štěpky kategorie O2,1000 tun kategorie O3 (v budoucnu neplánujeme její spalování) a na zkoušku bylo spáleno 220 tun kategorie O1 Vážné výpadky v dodávkách po čerstvě napadnutém sněhu a povodně. Problémy s nadrozměry ve štěpce během uvádění bloku do provozu se dnes již nevyskytují, zaměřujeme se na obsah cizích příměsí železo, kamení, hlína. V letním období je dodávka kvalitní štěpky a množství dostatečné, v zimním období je udržení skladu těžší a je nutno ve skladu homogenizovat, díky zásobě na venkovní skladové ploše je možné zvýšit počet nepřijatých dodávek štěpky z důvodu kvality (bahno, zem) a tím zajistit spolehlivý, nepřetržitý provoz v zimním období 29
Zkušenost s kvalitou paliva lesní dřevní štěpka O2 Vlhkost, výhřevnost Letní období obvykle cca 40 %, cca 10-11 GJ/t Zimní období obvykle cca 50 %, cca 8 GJ/t Popelnatost (včetně drobných příměsí) Velmi různorodá, v průměru cca 5 % (vztaženo na dodaný vzorek) Objemová hmotnost (projektová 250-350 kg/m 3, rozsah 150-450 kg/m 3 ) Příliš lehké palivo dopravní cesty nedokážou dostat do kotle požadované množství energie v čase Příliš těžké palivo dopravní cesty jsou přetěžovány, poruchy Nadrozměry, cizí příměsi velkých rozměrů Dlouhé větve (kromě extrémních případů obvykle nedojde k zaseknutí) Železné předměty (drobné se vyskytují často, doplněna magnetická separace) Kameny, kusy betony (spíše mimořádně) 30
Logistika paliva Doprava a odběr 4 hlavní dodavatelé (cca 70 % dodávek), asi 8 doplňkových Nákladní automobily, návoz denně 5-7 aut (kromě víkendů) Odběr vzorku z každé dodávky vysušení, vyhodnocení vlhkosti a přepočet na výhřevnost Skladování Krytá hala na štěpku cca 1000 tun s přejímací jímkou, manipulace pomocí automatického jeřábu (nouzově pomocí čelního nakladače) Kapacita max. 10 dní plného provozu Venkovní skladovací plocha na cca 1000 tun nebyla součástí projektu Dopravní cesty paliva a popelovin Palivo hydraulická posuvná podlaha, řetězový dopravník, turniket, šnekové dopravníky na posuvný rošt Popel (struska) sestava šnekových dopravníků (první je vodou chlazený), vedoucích do krytých kontejnerů 31
Silniční váha Váha pro zvážení kamionů je obsluhována z velína přes PC vážení příjezd, odjezd vytištění vážního lístku. 32
Přejímací jímka Přijímací jímka pro kamiony pobere cca 100 tun lesní štěpky. V letošním roce prošlo přes tuto jímku 14 246 tun, tj. 570 kamionů. Hlavní návoz začal až v květnu. 33
Výstavba zpevněné plochy pro venkovní sklad štěpky 34
Volně uložená štěpka na asfaltové ploše 35
Zastřešený sklad na štěpku 36
Sklad paliva pojme cca 1 000 tun zásoba na 10 dní. Štěpka je průběžně mostovým jeřábem homogenizována, tím nedochází k prudkým změnám ve výhřevnosti (vlhkosti) paliva. Dále jeřáb překládá štěpku do denního zásobníku na 60% jeho kapacity, která je 100 tun ( 1 den spotřeby při plném výkonu). Sklad paliva 37
Drapák na manipulaci se štěpkou uvnitř skladu 38
Denní zásobník Hydraulická podlaha zásobníku podává palivo na řetězový dopravník za zadní stěnu otvorem pod ní. Přední stěna je z dřevěných hranolů. Prostor před touto stěnou slouží pro servis jeřábu. 39
Původní posuvná podlaha na štěpku 40
Posuvná podlaha na štěpku současný stav 41
Řetězový dopravník šikmá část do násypky kotle V této části dopravníku je zabudovaná magnetická separace. 42
Nejčastější výpadky a závady
Nejzávažnější poruchy a závady 2015 s následkem odstavení energobloku Leden zaškvárování, oprava koryta a šneku dopravy škváry, výměna řetězu řetězového dopravníku, objímka táhla podlahy, netěsnost varného systému K11 Únor hydraulika jeřábu, vizualizace ŘS, nespolehlivý chod jeřábu štěpky Březen jeřáb, oprava šroubovice šneku škváry Vyncke, armatury vodoznaků, hydraulika posuvné podlahy Duben závady na příslušenství (nezpůsobily výpadek bloku) Květen jeřáb, šnek č.3, netěsnost ekonomizéru K11 Červen chlazení oleje TG, šnek č.3, koryto šneku č.4 Červenec roční odstávka energobloku, únik oleje z protáčecího zařízení TG Srpen výměna hydrauliky posuvné podlahy, zaškvárování kotle Září oprava šroubovice šneku škváry č.4, kotel 3x odstaven vlivem zaškvárování Říjen kotel 2x odstaven vlivem zaškvárování, plánovaná odstávka výměna šneku č.4, rekonstrukce pohyblivé podlahy, opravy vyzdívek, stavoznaku, příprava pro instalaci regeneračního výměníku 44
Nejčastější příčiny výpadků biomasového zdroje zaškvárovaný kotel zablokování šneků odpopelnění železem, kamenem apod. ztráta vody ve vodoznacích při výpadcích elektrické sítě při bouřkách nutnost čistit ohřívák vzduchu zaseklý řetězový dopravník štěpky do kotle netěsnost pohonů hydraulické podlahy problémy s jeřábem 45
Posuvná podlaha 46
Řetězový dopravník štěpky 47
Řetězový dopravník nad turniketem 48
Nálep ze spalovací komory 49
Zaškvárovaný rošt kotle 50
Roštnice 51
52 Opotřebení šneků na dopravu štěpky do kotle a odvod škváry do kontejnerů
Chlazený šnek odpopelnění Vyncke 53
. 54
Opotřebený šnek odpopelnění 55
Opotřebený šnek odpopelnění 56
Repasovaný šnek na odpopelnění 57
Drapák na štěpku 58
Netěsnost kotle problémy s ohřívákem vody Netěsnost varného systému kotle 25.1.2013 ve svaru v místě přivaření membránové stěny do zavodňovací komory, oprava provedena v záruce. Netěsnost ohříváku vody ekonomizéru dne 6-7.5.2013, v místě zaústění hada do spodního kolektoru, oprava zavařením. Netěsnost ohříváku vody ve dnech 1 5.6.2014 v místě průchodu trubky trubkovnicí na výstupu do komory, zjištěno značné mechanické opotřebení, v době celkové odstávky v červenci 2014 provedena preventivní výměnu cca 110 ks smyček ekonomizéru. Během celkové odstávky v květnu 2015 bylo vyměněno cca 100 smyček z preventivních důvodů - viditelné poškození vnějšího povrchu. S generálním dodavatelem a výrobcem zařízení probíhá diagnóza příčin a následné rozhodnutí o dalším postupu. 59
60
Oprava ohříváku vody výměna trubek 61
Oprava ohříváku vody výměna trubek 62
Závěr
Doporučení na základě zkušeností s provozem Stavět zdroj na zelené louce může být často efektivnější než využití původních, často nevyhovujících prostor při nutnosti kompromisních technických řešení Dobře vyladěný spalovací proces umožní dosažení a stabilní udržení výkonu při eliminaci nápeků a nálepů ve spalovací komoře Kvalita paliva má zásadní význam!!! Vlhkost, frakce, příměsi, sypká hmotnost Kvalita štěpky je různorodá, nutnost homogenizace Důkladné kontroly a hodnocení paliva, tlak na dodavatele Dimenzování a provedení dopravních cest paliva a popelovin musí vycházet z kvality a charakteru paliva (dostatečná rezerva!) lesní štěpka je agresivní a abrazivní materiál, nároky na opravy Účinný magnet pro separaci nežádoucích železných příměsí je nezbytný, nejlepší umístění je do místa přesypu štěpky 64
65