Kotelna na spalování biomasy v Bystřici nad Pernštejnem (technický popis a zkušenosti s výstavbou)

Článek vyšel ve sborníku k seminářům, které proběhly 23. a 24. 10. 2003 na veletrhu PRAGAAGRO. Další obdobný seminář o možnostech využití obnovitelných zdrojů energie se bude konat při příležitosti veletrhu ECO CITY.

Úvod

Bystřice nad Pernštejnem je městem, které mělo již před rekonstrukcí vybudován funkční systém centrálního zásobování teplem a to ze stávající (zastaralé) uhelné kotelny. Parní tepelné rozvody po městě vykazovaly značné tepelné ztráty, byly na novou potřebu tepla pro město poddimenzované a vznikaly časté poruchy.

Pro zajištění ekonomické, ekologické a hospodárné funkce centrálního zásobování teplem (CZT) v Bystřici nad Pernštejnem byla zapotřebí komplexní rekonstrukce CZT, včetně zdroje tepla - uhelné kotelny.

Uvedené skutečnosti vedly radní města v čele s panem starostou Ing. Josefem Novotným k rozhodnutí, vybudovat ekologický zdroj, který v ČR nemá obdoby díky své jedinečnosti v rozsahu, podmínkách a použitém technickém zařízení. Palivem tohoto zdroje mělo být ekologické palivo, dostupné z vlastních a blízkých zdrojů (lesy, zemědělská půda). Tímto palivem byla zvolena biomasa.

Pod pojmem biomasa v tomto případě rozumíme ekologické palivo, které tvoří dřevní odpad, speciálně vyšlechtěné zemědělské rostliny či energetické dřeviny, sláma a jiné zbytky zemědělských produktů. Obecně jde o zcela obnovitelný zdroj, který při své světové reprodukci dokáže každoročně vyprodukovat 3,5x více biomasy, než lidstvo stačí spotřebovat k výrobě veškeré dnes vyráběné energie. Další zajímavostí je, že např.množství CO₂, které se uvolňuje při spalování biomasy je totožné s množstvím CO₂, které spotřebuje biomasa pro svůj růst. To neplatí pro žádný, dnes běžně využívaný zdroj tepelné energie. Spalování biomasy lze tedy realizovat bez negativních účinků na ekologickou rovnováhu.

Na základě tohoto rozhodnutí vypsalo Město Bystřice nad Pernštejnem v roce 1999 a 2000 výběrové řízení na realizaci projektu pod názvem "Náhrada uhlí spalováním biomasy v centrálním zásobování teplem (CZT) v Bystřici nad Pernštejnem".

1. Dodavatelský systém

Generálním dodavatelem celé stavby je ŽS Brno, a.s., závod energetické a ekologické stavitelství. Dodavatelem technologické části díla je EKOENGINEERING, a.s. Brno. Dodavatelem technologie potrubních rozvodů po městě a technologie výměníkových stanic je TENZA, a.s. Brno. Výrobcem a dodavatelem vlastních kotlových jednotek na spalování biomasy je rakouská firma URBAS Maschinenfabrik, GmbH. Dodavatelem automatického mostového jeřábu s drapákem a jeřábové dráhy je firma ITECO, s.r.o. Brno.

2. Popis celé stavby

Jedná se o rozsáhlou rekonstrukci a modernizaci stávající uhelné kotelny vybudované v letech 1975-1977, která byla osazena 6 ks parních kotlů Slatina na spalování hnědého uhlí o výkonu 6 x 2,5 MW. Tyto kotle jsou nahrazeny dvěma novými, moderními horkovodními kotli na spalování biomasy o výkonu 2 x4,5 MW.

Součástí díla je vybudování nové skladové haly na biomasu o velikosti 52,6x24,5m, výška haly je 13,7m, která je osazena automatickým mostovým jeřábem s drapákem. Jeřáb slouží pro přepravu paliva z příjmového terminálu haly do vlastního skladu a dále pro zásobování provozních zásobníků kotlů. Dále se jedná o kompletní rekonstrukci tepelné sítě města, spočívající ze tří samostatných potrubních tras (střed města, sídliště II a sídliště I) o celkové délce cca 8000m a objemu vody v soustavě cca 150m³. Do tepelné sítě CZT je také zařazen akumulátor tepla o objemu 350 m³, který slouží k vyrovnávání špiček při odběrových maximech sítě. Teplovodní rozvody jsou provedeny jako bezkanálový rozvod z předizolovaného potrubí (systém LOGSTOR-ROR) s tepelnou vodivostí λ=0,03W/m.K v dimenzích DN 200-DN20.

Projekt dále zahrnuje rekonstrukci a modernizaci 36 domovních výměníkových stanic (tlakově nezávislé předávací stanice s ohřevem TUV), které jsou osazeny deskovými výměníky tepla finského výrobce LPM-GROUP.

3. Technický popis technologického zařízení kotelny

Hlavním zdrojem tepla pro ohřev teplé užitkové vody v nové kotelně města Bystřice nad Pernštejnem jsou dva paralelně zapojené roštové horkovodní kotle na spalování biomasy. Každý kotel je projektován na tepelný výkon 4,5 MW. Biomasou se v tomto případě rozumí:

• piliny a hobliny,
• dřevěné štěpky,
• nedělená stromová kůra,
• řepková sláma.

Spalovací vzduch je v kotlích dělen do tří pásem (pásmo primárního spalovacího vzduchu, pásmo sekundárního spalovacího vzduchu a pásmo terciálního spalovacího vzduchu). Každé pásmo má svůj vzduchový ventilátor. V pásmu primárního spalovacího vzduchu je vzduch přiváděn pod rošty třemi vzduchovými ventilátory. Všechny ventilátory mají plynulou regulaci otáček v závislosti na požadovaném výkonu kotlů.

Palivo je do kotlů ze dvou provozních zásobníků dopravováno pomocí hydraulických podavačů (dvou příčných a dvou podélných). Spaliny ze spalovací komory proudí přes žárové trubky ohříváku vody, dále přes teplosměnnou plochu ohříváku vzduchu (LUVO), kouřovody do multicyklonů a přes kouřové ventilátory podzemními kouřovými kanály do komína. Popílek zachycený v multicyklonech a škvára odcházející z roštů jsou dopravovány dopravníky nad zakrytý kontejner, kde jsou roztříděny na jemnou a hrubou frakci. Jemná frakce je uložena v kontejneru, hrubá frakce je vynášena do ocelové bedny.

Průtok ohřívané síťové vody přes jednotlivé kotle je dán požadovaným výkonem oběhových čerpadel. Regulační ventily před kotli umožňují řízené najíždění a odstavování kotlů tak, aby nebyla snižována jejich životnost.

Způsob zapojení jednotlivých odběratelských stanic v teplofikační síti připouští poměrně velký úbytek síťové vody (plnění sekundární sítě odběratelských stanic primární vodou). Proto je kotelna vybavena dvěma stanicemi úpravy vody o celkovém výkonu asi 0,60 m³/h. Voda je upravována na katexu a dávkováním chemikálií pro změkčení vody a pro vázání kyslíku rozpuštěného ve vodě. Část vratné síťové vody je odebírána a zaváděna do odplyňovacího zařízení o výkonu asi 1,5 m³/h. Přídavná voda je do teplofikační sítě dodávána čerpadly, které jsou součástí katexu.

Pro dodržení referenčního tlaku v teplofikační síti na vstupu vratné vody do kotelny je systém vybaven vyrovnávacím a doplňovacím zařízením (ETL), které odčerpáváním a přičerpáváním vody do sítě udržuje v síti potřebnou hladinu tlaku, aby nemohlo dojít k odpaření síťové vody ve výše položených částech sítě, případně k poškození potrubního systému nedovoleným přetlakem. V systému jsou použity celkem tři zásobní nádoby pro upravenou vodu. Jedna stávající, repasovaná nádrž o objemu cca 9.000 l a dvě nové beztlakové nádrže, každá o objemu 5.000 l. Popsané vyrovnávací a doplňovací zařízení (ETL) bude rovněž umožňovat zachycení nárůstu objemu vody vlivem tepelné dilatace oběhové vody v teplofikační síti.

Kotelna zásobuje teplem tři části města Bystřice nad Pernštejnem (střed města, sídliště I a sídliště II). Páteřní vratná potrubí z jednotlivých částí města jsou zaústěna do kolektoru vratné vody na vstupu do kotelny. Ze sběrného kolektoru vratné vody je vratná síťová voda zavedena do sacího kolektoru čerpadel. Jsou instalována tři oběhová čerpadla, každé na výkon 50 l/s. Motory dvou oběhových čerpadel jsou opatřeny frekvenčními měniči pro umožnění plynulé regulace průtoku. Zapojení čerpadel při provozu umožňuje souběh dvou čerpadel, třetí čerpadlo je vždy v provozní záloze. Výkon čerpadel je řízen od rozdílu tlaků na nejvzdálenější odběrové stanici, na které je garantován minimální přetlak 1 bar. Pracovní režim čerpadel je určen tak, že do výkonu 50 l/s pracuje jedno čerpadlo s frekvenčním měničem. Pro výkony vyšší než-li 50 l/s pracují v souběhu dvě čerpadla, přičemž jedno čerpadlo bez frekvenčního měniče jede trvale na plný výkon a druhé čerpadlo pomocí frekvenčního měniče doregulovává na potřebnou hodnotu výkonu.

Z oběhových čerpadel je síťová voda vedena do kolektoru výtlaku a dále přes regulační ventily do jednotlivých kotlů. Z kotlů je horká voda zavedena do kolektoru výstupní vody a dále do páteřních výstupních potrubí do jednotlivých částí města. Pomocí obtoků a pomocí systému armatur je možno provádět míchání ochlazené vratné vody s horkou výstupní vodou tak, aby byly dodrženy požadované teploty oběhové vody na vstupu do teplofikační sítě a předepsané teploty na vstupu a na výstupu z kotlů:

Pro kotle:

• Vstupní teplota oběhové vody 85 °C
• Výstupní teplota oběhové vody 90 - 110°C

Pro teplofikační síť:

• Zima
  • výstupní teplota oběhové vody 110°C
  • teplota vratné oběhové vody 70°C
• Léto
  • výstupní teplota oběhové vody 75 - 90°C
  • teplota vratné oběhové vody 30 - 40°C

Pomocí obtoků je možno do potrubního systému kotelny rovněž zapojit akumulační nádrž pro nabíjení, to je pro akumulaci přebytečného tepla, nebo pro vybíjení, to je pro přechodné zvýšení výkonu kotelny. Pomocí akumulační nádrže je rovněž možno provádět přechodně regulaci teplot oběhové vody. Akumulační nádrž má pracovní objem asi 370 m³, je to stojatá válcová beztlaká nádoba průměru 7 m, výšky asi 9,6 m uvnitř pogumovaná. Prostor nad hladinou je propojen s atmosférou. S potrubním systémem kotelny je akumulační nádrž propojena přes deskový tepelný výměník. Potřebnou cirkulaci vody v okruhu akumulační nádoby zajišťují dvě čerpadla vybavena frekvenčními měniči. Jedno pracuje při nabíjení nádrže, druhé při vybíjení. V akumulační nádobě je vnitřní vestavbou dodržováno ostré rozhraní mezi horkou a studenou vodou. V závislosti na vstupní a výstupní teplotě síťové vody je akumulační nádoba schopna pojmout až 60 GJ tepelné energie.

4. Technický popis technologie skladu paliva

Hala skladu paliva je provedena jako železobetonový skelet z prefabrikátů se dřevěnou střechou ze zbíjených vazníků.Velikost haly je 52,6 x 24,5 m, výška haly 13,7m, výška opěrných zdí 6,5m.

Plocha haly je rozdělena na tři části:

• příjezdový terminál (10,3 x 24,5 m)
• vlastní sklad paliva (plocha skladu cca 830 m², objem skladu při max.výšce paliva 6,5 m cca 5400 m³)
• provozní zásobníky paliva kotlů (pro kotle č.1 je max. objem zásobníku cca 100 m³, pro kotle č. 2 cca 55 m³)

Zásoba paliva při naplněném skladu postačí při max. výkonu obou kotlů (spotřeba paliva pro jeden kotel je 2,05 t/h) na min. cca 18 dnů. Dá se však předpokládat, že pro normální zimní provoz v největších mrazech vystačí zásoba paliva skladu na 25 až 35 dnů.

Pro veškerou manipulaci s biomasou (palivem) ve skladu paliva je určen automatický mostový jeřáb vybavený hydraulickým drapákem o objemu 2 m³. Uvedené zařízení zajišťuje odklízení naváženého paliva z přijímacího boxu, jeho přemístění do skladového prostoru a následné plnění násypek paliva kotlů. Provoz zařízení je automatický, přičemž je palivo ze skladu odebíráno v zadané časové posloupnosti.

Pro případ nutnosti ovládání jeřábu v ručním režimu je jeřáb vybaven dálkovým rádiovým ovládáním. Dálkové ovládání umožňuje práci s jeřábem mimo automatický režim. Provoz celého zařízení se předpokládá nepřetržitý se špičkovým výkonem v zimních měsících 16 m³/hod. paliva.

Vlastní jednonosníkový mostový jeřáb je vybaven konzolovou kočkou osazenou lanovým kladkostrojem s dvourychlostním zdvihem 16/2,6 m/min. Pojezd kočky je vybaven plynulou regulací v rozsahu 0-30 m/min pomocí frekvenčního měniče s možností programování rozběhové a doběhové fáze. Kladkostroj je osazen přetěžovacím zařízením, zajišťujícím zastavení zdvihu při překročení jmenovité nosnosti o více než 10%. Součástí dodávky je i vážící zařízení sloužící pro neobchodní vážení obsahu drapáku.

Tweet

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?

Jak získat udržitelnou biomasu