Autor Ing. Vladimír Neužil, CSc. Organizace KONEKO Marketing spol. s r.o. Název textu ECK Generating, s. r. o., Kladno Blok BK2 - Emise-stacionární zdroje Datum Říjen 2001 Poznámka Text neprošel redakční ani jazykovou úpravou
ECK Generating, s. r. o., Kladno Příspěvek do kapitoly BK 1.2 Koncepční řešení v oblasti energetiky - potenciální energetický zdroj pro dodávku CZT do levobřežní části Prahy. Následující text je věnován energetickému zdroji společnosti ECK Generating, s.r.o. v Kladně, který se může stát potenciálním dodavatelem dálkového tepla pro levobřežní část Prahy. 1. Historie Zdroj by vybudován v kladenské oblasti, která se nachází cca 20 km severozápadně od Prahy. Důležitou částí zdejšího průmyslového komplexu byla energetická divize zahrnující čtyři malé elektrárny a kilometry kabelových a potrubních rozvodů. Palivovou základnu tvořily místní kamenouhelné doly. V rámci privatizačního projektu celého ocelářského komplexu byla energetická divize oddělena do samostatné společnosti vlastnící majetek pro výrobu a rozvod energií a privatizována českou vládou v roce 1993. 2. Vývoj projektu Stará závodní teplárna byla vybrána jako subjekt pro rekonstrukci během roku 1993 po privatizaci původního státního podniku. Umístění závodu v dané lokalitě má několik předností pro budoucí rozvoj, kterou je kompletní infrastruktura (napojení na železnici, silnici, vodovody, kanalizace a elektrické, parní a horkovodní distribuční sítě). Hlavním zákazníkem pro odběr tepla je město Kladno (35.000 obyvatel) a průmyslová zóna v bezprostřední blízkosti zdroje. Výkon na straně elektrické energie je vyveden do sítí 110 kv Středočeské energetické a.s. a je určen především pro zásobování Středočeského regionu. Část paliva (černé uhlí) dodávají místní kamenouhelné doly. Realizace výstavby zdroje lze rozdělit do následujících tří základních fází: - Přípravná etapa před zahájením výstavby v letech 1993 až 1997 - Etapa výstavby v letech 1997 až 1999 - Etapa provozu po zprovoznění od roku 2000 3. Posouzení vlivu nového energetického zdroje na životní prostředí Přestože z pohledu Koncepce ochrany ovzduší v hl. městě Praze je rozhodující u komentovaného zdroje úroveň emisí, stojí za zmínku, že před vlastní výstavbou bylo nutno dekontaminovat celé staveniště, které bylo prosyceno černouhelnými dehty. Kompletní dekontaminace staveniště proběhla během roku 1997. Těžce kontaminované materiály dehtem byly dopraveny do specializované spalovny. Veškerý další kontaminovaný materiál byl dekontaminován biodegradačním postupem mimo areál staveniště. Celkem bylo likvidováno 101 tun 2
černouhelného dehtu, 591,22 tun kontaminovaného betonu, 12.434 tun kontaminované zeminy polyaromatickými uhlovodíky, 928,5 tun zemin s konzistencí dehtu, 225,5 tun zemin kontaminovaných ropnými uhlovodíky a 18 500,0 tun odpadů, tj. popelovin, škváry, stavebního odpadu, železného šrotu atd.. Celkové náklady na dekontaminaci staveniště dosáhly cca 1,1 milionu USD a byly kompletně kryty investory. V souladu s požadavky české environmentální legislativy byla zvolena nejmodernější technologie pro spalování uhlí a zemního plynu. Hlavní výrobní blok se skládá ze dvou fluidních kotlů s cirkulujícím fluidním ložem spojených s parními turbosoustrojími. Kotle mohou spalovat širokou škálu černých a hnědých uhlí a turbíny mají odběry páry pro technologické a topné účely. Jako špičkový a rezervní zdroj je použita plynová spalovací turbína propojená s výměníkem na odpadní teplo. V souladu s požadavky na ochranu životního prostředí je také řešena manipulace s palivem a popelovinami. 4. Konfigurace zdroje ECK Generating Zdroj ECK Generating se skládá ze čtyř hlavních bloků: - Blok č. 4 obsahuje fluidní kotel K4 s cirkulujícím fluidním ložem a turbosoustrojí TG 4 - Blok č. 5 obsahuje fluidní kotel K5 s cirkulujícím fluidním ložem a turbosoustrojí TG 5 - Blok č. 3 obsahuje granulační kotel K3 a turbosoustrojí TG 9 a TG 12 - Blok č. 6 obsahuje plynovou spalovací turbínu TG 6 a výměník na odpadní teplo Zdroj je vybaven řadou dalších pomocných zařízení jako je chemická úpravna vody, zauhlování a skládka paliva, sklad a stáčiště chemikálií, elektrorozvodna atd. Hlavní částí nové elektrárny jsou dva bloky (označené 4 a 5) s fluidními kotli pro spalování energetického uhlí. Každá jednotka se skládá s fluidního kotle s cirkulující vrstvou konstrukce ABB Combustion Engineering (typ ABB Flextech) a parního turbosoustrojí konstrukce ABB STAL (typ VAX). Fluidní kotel s cirkulující vrstvou je konstruován jako dvoutahový, dvoucyklonový parní generátor s přídavnými teplosměnnými plochami umístěnými ve spalovací komoře. Teplota přehřáté a přihřáté páry je regulována zástřikem a dále klapkou regulující průtok spalin v paralelních kanálech druhého tahu kotle. Kotel nemá žádný externí výměník tepla. Ložový popel je odebírán ze spodní části ohniště prostřednictvím vodou chlazených šnekových dopravníků, dále drcen a pneumaticky dopravován do sila. Uhlí je předdrceno v dole a následně tříděno a dodrceno v drtící stanici před kotelnou a následně dopravováno pásovými dopravníky do uhelných bunkrů v kotelně. Pro dopravu uhlí do ohniště jsou použity gravitační podavače. Emise oxidů síry jsou omezovány injektáží drceného vápence do ohniště. Oxidy dusíku jsou 3
redukovány nižší teplotou spalování a přebytkem vzduchu. Spaliny jsou po průchodu druhým tahem a tkaninovým filtrem hnány kouřovým ventilátorem do 147 m vysokého komína. Tkaninový filtr omezuje emise pevných částic. Výkon každého kotle je 375 tun přehřáté páry za hodinu při teplotě 540 C a tlaku 13,03 MPa a 329,9 tun přihřáté páry za hodinu při teplotě 541 C a tlaku 1,97 MPa. Tepelný výkon každé jednotky je cca 300 MWt. V následujícím přehledu jsou uvedeny garantované koncentrace emisí znečišťujících látek a jejich porovnání s emisními limity v současné a připravované legislativní úpravě. mg/m 3 garantovné koncentrace vyhl. 117 nová legislativa stávající zdroje nové zdroje budoucí zdroje TZL 50 50 50 50 30 SO 2 500 500 500 500 (400*) 200 NOx 333 400 400 400 200 CO 222 250 250 250 250 *) emisní limit 400 mg/m 3 by mohl platit v případě, že by kompetentní orgán posoudil tento zdroj jako nový (stavební povolení vydáno po 1. 7. 1987) a s přihlédnutím k technickým a ekonomickým faktorům usoudil, že by jejich odpadní plyny mohly být odváděny společným komínem. Parní turosoustrojí každého ze dvou bloků s fluidními kotli je navrženo jako dvoutělesové s alternátorem o otáčkách 3.000/min. umístěným mezi vysokotlakým a středo-nízkotlakým tělesem turbíny. Vysokotlaký díl turbíny je navržen jako vysokootáčkový (8.200/min) s tělesem bez dělící roviny (typ barrel ) s převodovkou snižující otáčky turbínového hřídele na synchronní 3.000/min. Středo/nízkotlaký díl turbíny je přímo propojen s protilehlým koncem generátorového hřídele. Nízkotlaký díl turbíny má axiální výstup páry do kondensátoru umístěného za strojem. 156 MVA synchronní alternátor je vzduchem chlazený s výměníky vzduch/voda propojenými s hlavním chladícím okruhem. Regenerační okruh kondenzátu se skládá ze tří nízkotlakých a dvou vysokotlakých ležatých ohříváků. Každá jednotka má dvě elektricky poháněná napájecí čerpadla s výkonem 66 % každé jednotky. Turbíny mají dva odběry páry které jsou použity pro dodávky topné a technologické páry. První odběr je při tlaku 1,86 MPa a je využit jak pro topné (špičkové ohříváky) tak pro technologické účely, druhý na tlaku 0,2 MPa slouží pouze pro topné účely (základní ohříváky). Oba odběry jsou propojeny do společných potrubí. Maximální jmenovitý výkon každého turbosoustrojí je 135,34 MW. Blok č. 3 se skládá z granulačního kotle (výkon 173 MWt) a dvou turbososustrojí. Kotel byl postaven v 70. letech a zásadně modernizován v letech 1997 až 1999 pro dosažení emisních limitů. Kotel je klasický granulační dvoutahový parní generátor s finálním přehřívákem umístěným uvnitř spojovací sekce mezi prvním a druhým tahem. Létavý popílek je odlučován tkaninovým filtrem. Ekologická rekonstrukce jež proběhla v letech 1997 1999 zahrnuje výměnu původního elektrodolučovače za tkaninový filtr včetně 4
nových kouřových ventilátorů pro splnění emisních limitů pro pevné částice, úpravu uhelných hořáků včetně instalace zařízení pro nástřik terciálního vzduchu a novou regulaci spalovacího procesu. V následující tabulce je provedeno srovnání s garantovanými emisními koncentracemi a emisními limity stávající a připravované legislativy. mg/m 3 garantovné koncentrace vyhl. 117 nová legislativa stávající zdroje nové zdroje budoucí zdroje TZL 50 100 100 100 30 SO 2 1700 1700 1700 1300 200 NOx 550 650 650 650 200 CO 200 250 250 250 250 Z uvedeného přehledu je zřejmé, že u plnění emisních limitů pro SO 2 by mohlo dojít k potížím pokud by byl tento zdroj kategorizován jako nový. Ve strojovně jsou umístěna dvě turbosoustrojí. Původní kondenzačněodběrové turbosoustrojí má výkon 28 MW, nové protitlaké, které bylo instalováno v roce 1998 má výkon 6,3 MW. Oba stroje pracují převážně jako redukční stanice pro napájení výměníkových stanic a dodávku technologické páry. V strojovně jsou dále umístěny dvě hlavní výměníkové stanice pro vytápění města Kladna a průmyslové zóny. Blok s plynovou spalovací turbínou GT8C spojenou s výměníkem na odpadní teplo slouží jako špičkový zdroj. Turbína je spouštěna během špiček v elektrizační soustavě nebo jako záložní zdroj tepla pro město v případě odstavení uhelných bloků. Nominální výkon plynové spalovací turbíny je 66,9 MW při 0 C, parní výkon výměníku na odpadní teplo je cca 85 tun páry za hodinu o teplotě 330 C a tlaku 1,9 MPa. Parní potrubí je propojeno do společného systému. mg/m 3 garantovné nová legislativa koncentrace vyhl. 117 stávající zdroje nové zdroje budoucí zdroje TZL 0 50 SO 2 10 1700 NOx 50 300 75 *). CO 5 100 100 100 100 *) plynová turbina využívaná v pro kombinovanou produkci tepla a elektřiny Všechny nové generátory mají svoje vlastní blokové transformátory 11,5/110 kv a blokové transformátory vlastní spotřeby z 11,5 kv. Blokové transformátory jsou propojeny s elektrárenskou vývodovou zapouzdřenou rozvodnou 110 kv podzemními 110 kv kabely. Tato rozvodna je propojena s ostatními čtyřnásobným 110 kv nadzemním vedením, které má více než dvojnásobnou přenosovou kapacitu oproti vyráběnému výkonu. 5
5. Financování Pro financování projektu ECK G byla použita metoda projektového financování s omezeným vkladem investorů. Kolem 35 % hodnoty projektu je kryto vkladem investorů, zbylých 65 % hodnoty projektu je kryto půjčkami poskytnutými konsorciem bank pod vedením International Finance Corporation (dalšími členy jsou ČSOB, Česká spořitelna, Nissho Iwai Corporation a ABB Structured Finance z Curychu). Celková hodnota projektu je 401 miliónů USD. Vlastníci projektu, tj. NRG Energy Inc., USA, EL PASO Energy International, USA, Nations Energy Corporation, USA a Středočeská energetická, a.s. vytvořili projektovou společnost ECK Generating, s. r. o. která zajistila realizaci projektu (technickou a právní přípravu, uzavření financování, dohled nad výstavbou a výrobu energií). Tato společnost dále zajistila všechna nezbytná povolení a státní autorizace pro výstavbu a provoz elektrárny. Výstavba všech částí nového závodu a rekonstrukce staré části byla smluvně řešena prostřednictvím smluv na klíč s ABB a dalšími dodavateli. 6. Možnost vyvedení části tepelného výkonu do Prahy Zásobování levobřežní části Prahy teplem z ECK je ve stádiu studijních záměrů a je opakovaně konzultováno s PT, a.s. Realizace záměru je podmíněna řadou okolností a podmínek, které doposud nejsou vyjasněny. Jedná se především o:! financování projektu! výběr trasy vedení dálkovodu CZT! cena za dodávané teplo! realizace PPC Zličín! propojení ostrovních soustav v levobřežní části Prahy PT a.s.! kapacita přenosové soustavy V roce 2000 bylo zpracováno technicko ekonomické posouzení projektu. Byl proveden odhad investičních a provozních nákladů (hrubý odhad 1,2 mld. Kč). Financování projektu je jedním z nejzávažnějších podmínek jeho realizace. Jsou zvažovány možnosti sdružení prostředků PT a ECKG, hledání kapitálově silného investora a dotací z různých fondů. Z technického hlediska bylo konstatováno, že je k dispozici výměníková stanice, která po nenáročné úpravě by mohla danému účelu kapacitně vyhovovat. Vyvedení výkonu do teplovodu by nepředstavovalo zásadní technický ani finanční problém. K dispozici je cca 100 MWt výkonu zdroje. Vyvedení dálkovodu z území města Kladna je možné pomocí existujícího energomostu. Dále jsou variantně zvažovány trasy vedení dálkovodu CZT do oblasti Zličína, přičemž by měly být v maximální míře využita ochranná pásma pod vedením vn a vvn, případně plánované rychlodráhy Praha Kladno s cílem minimalizovat nároky na nové zábory lesní a zemědělské půdy. Dle sdělení 6
ECKG se připravuje rezervace těchto tras v Územním plánu vyššího územního celku Střední Čechy. Termín realizace lze jen stěží odhadnout, neboť zatím se celý projekt pohybuje na úrovni studijních úvah. Optimistický odhad délky realizace je zhruba 4 až 5 let, přičemž by jistě celá stavba byla podobně jako v pravobřežní části Prahy rozdělena do etap, ve kterých by došlo k postupnému napojování jednotlivých ostrovních soustav. Původní energetické zdroje by však musely být po rekonstrukci a modernizaci částečně zachovány pro řešení špičkových odběrů v období extrémně nízkých teplot. Vzhledem k charakteru zdroje lze záměr zásobování levobřežní části Prahy považovat za ekologicky prospěšný, neboť výkon zdroje bude využíván jeho provozovatelem v maximálně možné míře pro kombinovanou výrobu elektřiny a tepla. Flexibilita zařízení umožňuje v širokých mezích měnit poměr mezi výrobou tepla a elektřiny, což ve svém důsledku znamená poměrně konstantní emise, které budou pražskou aglomeraci zasahovat bez ohledu na to, zda zde bude vyráběno teplo pro její otop, či nikoliv. Doporučení pro další práce na projektu Dlouhodobá koncepce ochrany ovzduší v hl. městě Praze : Záměr zásobování levobřežní části Prahy ze zdroje ECK Generatig dále sledovat jako jednu z vhodných variant. 7
V následujících tabulkách a schématech jsou uvedeny technické parametry zařízení a technologické uspořádání zdroje ECKG. 7. Parametry zařízení Nové bloky s CFB kotli a spalovací turbínou Parametr Jednotky Podmínka A, 2 bloky Podmínka B,1 blok Podmínka C, 2 bloky Čistý výkon kw 250 380 71 417 196 383 Teplota okolí C 0 18 0 Relativní vlhkost % 85 72 85 Brutto výkon kw 2 x 135 340 89 200 2 x 112 800 Průtok přehřáté páry kg/h 2 x 375 012 373 680 2 x 375 012 Tlak přehřáté páry KPa 12 500 12 500 12 500 Teplota přehřáté páry C 538 538 538 Tlak na výstupu z turbíny kpa 5 4,2 3,4 Jmenovitá konečná teplota napájecí vody Počet odběrů páry v provozu pro ohřev napájecí vody C 239 214,1 223,5 6 (každá) 5 6 (každá) Odběr technologické páry: - průtok - tlak -teplota Návrat: žádný, (demi voda) t/h kpa C C 0 160 1 860 330 16 160 1 860 309.4 16 Odběr topné páry: - průtok - tlak - teplota Entalpie vratného kondenzátu t/h kpa C kj/kg 0 30 156 200 430 2 x 22,5 200 200 430 8
Parametr Jednotka Blok s CFB kotlem Blok se spal. turbínou Elektrický výkon na svorkách generátoru MW e 135 66,9 Nominální frekvence Hz 50 50 Projektovaný účiník cos ϕ 0,85 0,85 Tepelný výkon fluidního kotle MW th 301,2 Tepelný výkon spalinového výměníku (HRSG) MW th 76,6 Průtok chladící vody Průtok generované páry Teplota chladící vody: - Vstup kondenzátoru - Výstup kondenzátoru Teplota páry: - Výstup výměníku HRSG Tlak páry: - Výstup výměníku HRSG kg/s kg/s C C C kpa 4 300 16 26 13,13 400 2 650 Měrná spotřeba pro turbosoustrojí KJ/kWh 8 011 9 740 Účinnost fluidního kotle (HHV@18MJ/kg) % 88 Měrná spotřeba bloku včetně kotle bez vlastní spotřeby KJ/kWh 9 208 Odhadovaná vlastní spotřeba bloku MW e 10,1 0,5 Měrná spotřeba bloku včetně vlastní spotřeby KJ/kWh 9 852 9 787,1 Předpokládání snížení účinnosti při provozu Snížení účinnosti vzhledem k degradaci % % 2 1 3 1 Průměrná měrná spotřeba bloku včetně vlastní spotřeby během životnosti zařízení Průměrná spotřeba bloku při plném zatížení: Černé uhlí Zemní plyn KJ/kWh 10 148 10 179 t/h Nm 3 /h 70 18 720 9
Rekonstruovaný blok K3/TG 9/TG 12 Parametr Jednotka Teplárenský blok K3/TG9 Protitlaká turbína TG 12 Tepelný výkon kotle MW th 173 Parní výkon: - tlak - teplota t/h kpa C 240 8 850 540 Účinnost kotle (HHV) % 83 Brutto výkon turbosoustrojí MW e 28,0 6,0 Netto výkon bloku MW e 21,0 6,0 Průtok páry do turbíny kg/s 50 16,7 Měrná spotřeba bloku (HHV) kj/kwh 11 306 4 595 Spotřeba paliva černé uhlí (HHV) t/h 41,8 10
9. Základní schéma nových výrobních bloků A. PRINCIPIELNÍ SCHEMA ZDROJE ECK Generating, s. r. o. 95 bar 125 bar 125 bar K3 K4 K5 6 MWe 28 MWe 135 MWe 135 MWe TG12 TG9 TG10 TG11 19 bar technolog. pára 0.2 bar HW HRSG horkovodní rozvody 68 MWe GT1 modernizované zařízení nové zařízení 11
B. 135 MW BLOK S CIRKULUJÍCÍ FLUIDNÍ VRSTVOU 1 systém vykládky vápence, 2 vápencové silo, 3 pneumatická doprava vápence, 4 zauhlování, 5 uhelné silo (drtící stanice), 6 drtič uhlí, 7 zásobník uhlí, 8 podavače paliva, 9 najížděcí hořáky, 10 ohniště, 11 rozdělovač vzduchu, 12 najížděcí olej, 13 kotlové těleso 14 výparník, 15 přehřívák páry, 16 cyclon, 17 finální přehřívák páry, 18 přihřívák páry, 19 ekonomizér, 20 ohřívák vzduchu, 21 tkaninový filtr, 22 spalinový ventilátor, 23 primární ventilátor, 24 sekundární ventilátor, 25 silo polétavého popílku, 26 silo ložového materiálu, 27 chladič popela, 28 mezizásobník ložového materiálu, 29 vysokotlaká turbína VAX, 30 nízkotlaká turbína VAX/ATP4, 31 převodovka, 32 elektrický generátor, 33 - kondenzátor, 34 chladící vež s přirozeným tahem, 35 nízkotlaký ohřívák napájecí vody, 36 vysokotlaký ohřívák napájecí vody, 37 napájecí čerpadlo, 38 kondenzátní čerpadlo, 39 zásobní nádrž demineralizované vody, 40 11,5/110 kv blokový transformátor, 41 zapouzdřená rozvodna 110 kv, 42 napájecí nádrž 12
C. 67 MW BLOK S PLYNOVOU SPALOVACÍ TURBÍNOU 1 plynová turbína ABB Baden GT8C, 2 spalovací komora, 3 převodovka, 4 elektrický generátor, 5 11,5/110 kv blokový transformátor, 6- výměník na odpadní teplo (HRSG), 7 kotlové těleso, 8 ekonomizér, 9 výparník, 10 přehřívák páry, 11 napájecí nádrž s odplyňovákem, 12 napájecí čerpadlo (HRSG), 13 oběhové čerpadlo, 14 redukční stanice, 15 kontinuelní odluh, 16 plynový kompresor, 17 komín, 18 zapouzdřená rozvodna 110 kv 13
10. Fotografie staveniště Zahájení stavby (po dekontam inaci). (Červen 1997) Po ukončení stavby (před najetím uhelných bloků). (Červenec, 1999) 14