Kotły fluidalne - budowa, eksploatacja.

Kotły fluidalne - budowa, eksploatacja.

Wytwarzanie w PGNiG TERMIKA
Elektrociepłownia Żerań
Warszawa, 03.02.2014r.
1
Obszar działania PGNiG TERMIKA
2
EC Żerań (1954r.)
Elektrociepłownia Żerań dysponuje mocą cieplną o wartości 1580 MW i elektryczną o
wartości 386 MW, co oznacza, że moglibyśmy ogrzać około 40% budynków w Warszawie
i zaświecić około 5 800 000 żarówek o mocy 60 W.
W zakładzie zainstalowane są obecnie:
2 kotły fluidalne
5 kotłów parowych
4 kotły wodne
8 turbozespołów ciepłowniczych, w tym
jeden turbozespół przeciwprężny
2014-02-06
3
Czym jest kogeneracja?
Kogeneracja (skojarzona gospodarka
energetyczna lub CHP - Combined Heat
and Power) jest wytwarzaniem energii
elektrycznej i ciepła użytkowego
równocześnie w jednym procesie
technologicznym.
Zalety kogeneracji
Elektrownia (EL)
i Ciepłownia (C)
Elektrociepłownia
(EC)
ciepło
prąd
Paliwo
148
EL
ciepło
prąd
EC
Paliwo
C
Oszczędność
paliwa - 48
100
straty
15
2014-02-06
63
• Najbardziej efektywny energetycznie sposób przetwarzania energii paliwa w energię
użytkową (sprawność ogólna procesu – pow. 85%; oszczędność paliw pierwotnych do
30%)
• Zmniejszenie oddziaływania na środowisko
• Lokalny charakter produkcji w elektrociepłowniach (minimalizacja strat przesyłu)
• Zalety skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła dostrzeżone zostały
przez Komisję Europejską, co znalazło swój wyraz w Dyrektywie 2004//WE w sprawie
promowania kogeneracji
5
Skład powietrza
Powietrze jest mieszaniną
różnych gazów. Jednym z
nich jest tlen - gaz
podtrzymujący spalanie.
Pozostałe składniki to:
• azot - około 78%
• argon i inne gazy
szlachetne - 0,93 %
• tlenek węgla (IV) - 0,03 %
• inne składniki - 0,04%.
6
Tlenki azotu - Przyczyny powstawania
Główne źródła NOx podczas
spalania:
Z azotu zawartego w powietrzu
Ze związków azotowych
zawartych w paliwie
Tlenki powstające podczas spalania:
N2O - tlenek diazotu (podtlenek azotu)
NO - tlenek azotu
NO2 - ditlenek azotu (dwutlenek azotu)
7
Dlaczego tak obawiamy się NOx ?
Tlenki azotu są groźnymi
substancjami skażającymi atmosferę.
Uważa się je za prawie
dziesięciokrotnie bardziej szkodliwe od
tlenku węgla, a kilkakrotnie od
dwutlenku siarki. Cały szereg reakcji
fotochemicznych, w których
uczestniczą tlenki azotu, czyni się
odpowiedzialnymi za powstanie tzw.
smogu, zjawiska klimatycznego
dezorganizującego normalną
działalność człowieka i szczególnie
niebezpiecznego dla żywych
organizmów.
8
Tlenki siarki - Przyczyny powstawania
Tlenki siarki powstają:
• przy spalaniu paliw zawierających siarkę, zarówno kopalnych,
jak i biomasy, oraz odpadów. Są emitowane do atmosfery
głównie w postaci SO2 (stąd też emisje pozostałych tlenków
określa się w przeliczeniu na SO2),
• podczas procesów technologicznych, w których wykorzystuje
się surowce zawierające siarkę, np. podczas topienia rud,
spiekania,
• przy produkcji związków chemicznych zawierających siarkę,
np. kwasu siarkowego,
• przy wykorzystaniu związków siarki w wytwarzaniu innych
produktów, np. produkcja celulozy w procesie siarczynowym,
• podczas usuwania siarki, np. z paliw płynnych i gazowych.
9
Kwaśne deszcze
Występowanie
Padają często w krajach, które
nie są odpowiedzialne za ich
powstawanie. Szkodliwe gazy
mogą być bowiem
przenoszone przez wiatr setki,
a nawet tysiące, kilometrów
od miejsca pochodzenia i
wywołać niebezpieczne opady
w regionie wolnym, zdawałoby
się, od ekologicznych
zagrożeń.
Efekty „kwaśnych opadów”
Efekty „kwaśnych opadów”
Efekty „kwaśnych opadów”
CO2 - Przyczyny powstawania
Występuje w przyrodzie w stanie wolnym i w stanie związanym.
W stanie wolnym znajduje się w powietrzu (0,03% obj. ) i
w źródłach mineralnych. Spotyka się go także w wyziewach
wulkanicznych. Wydzielany jest w procesach oddychania,
natomiast pobierany jest w procesie fotosyntezy.
W stanie związanym występuje głównie w postaci węglanów
wapnia i magnezu. Tworzy się w procesach oddychania,
fermentacji oraz utleniania i spalania połączeń organicznych
w powietrzu.
W technice otrzymuje się CO2 spalając węgiel przy obfitym
dostępie powietrza
C + O2 = CO2
CO2 a efekt cieplarniany
Dwutlenku węgla, przypisuje się prawie ¾
wpływu na wzmacnianie się efektu
cieplarnianego.
Źródłami emisji są przede wszystkim:
• Energetyka - 30% emisji (+8% wydobycie)
• Przemysł - 20%
• Transport - 20%
• Budowa i eksploatacja budynków
mieszkalnych, biurowych i handlowych - 10%
• Wylesianie i spalanie biomasy - 10%
Ponieważ na Ziemi jest 6.7 miliarda ludzi, wynika z tego, że przy globalnej emisji 35
miliardów ton CO2, na jednego człowieka przypada średnio emisja trochę ponad 5 ton
CO2 rocznie, a szacowany przez naukowców poziom za którym grożą nam galopujące
zmiany klimatu to 1 tona CO2 na osobę rocznie.
Dla porównania, średniej wielkości drzewo absorbuje rocznie około 5 kg CO2.
Oznacza to, że potrzeba aż 1000 drzew, żeby uporać się z emisją generowaną przez
pojedynczą osobę. Amerykanin lub Australijczyk potrzebowałby na to aż blisko 5000
drzew, a mieszkaniec Kataru nawet 15000!
16
Efekt cieplarniany w liczbach
2 - Lecąc na wakacje na odległość 4000 km przyczyniasz się do emisji
gazów cieplarnianych odpowiadających ponad 2 tony CO2
3 - Gdyby zebrać cały rozproszony w atmosferze dwutlenek węgla w
jednej warstwie, miałaby ona grubość niecałych 3 metrów
5 - Jadąc średniej wielkości samochodem na odległość 30 kilometrów
emitujemy do atmosfery 5 kg CO2 – ilość, którą spore drzewo pochłania
w ciągu całego roku
33 - Naturalny efekt cieplarniany podnosi średnią temperaturę Ziemi o
33°C, z -18°C do 15°C
100 - Ludzie emitują do atmosfery ponad 100 razy więcej CO2 niż
wulkany
1 000 - Po tysiącu lat z każdej wyemitowanej tony CO2 w atmosferze
pozostanie około połowa, nawet po tak długim czasie podnosząc
temperaturę planety o 5˚C
100 000 - Wyemitowany przez nas dwutlenek węgla zniknie z atmosfery
dopiero po 100 tysiącach lat
Redukcja emisji w Ec Żerań
2 Kotły fluidalne OFz-450
Współspalanie biomasy
2014-02-06
18
Czy wiesz, że...na trenie naszego
Zakładu spotykano między innymi bobry, sarny,
lisy, raki i pustułki
19
KOTŁY FLUIDALNE
20
Definicje
Fluidyzacja jest to taki proces kontaktowania się fazy
stałej z płynem, w którym warstwa rozdrobnionego
materiału stałego utrzymywana jest w
charakteryzującym się intensywną cyrkulacją stanie
pseudopłynnym wywołanym przepływem przez złoże
gazu (fluidyzacja gazowa) lub cieczy (fluidyzacja
cieczowa).
Warunkiem początku fluidyzacji warstwy jest osiągnięcie
dolnej krytycznej prędkości fluidyzacji, w której
nadciśnienie płynu przekracza wartość ciśnienia
statycznego złoża.
Kocioł fluidalny to kocioł do produkcji pary wodnej lub
gorącej wody z paleniskiem wykorzystującym zjawisko
fluidyzacji.
21
Schemat procesu fluidyzacji
1.Płyta rusztowa
2.Powietrze
22
Klasyfikacja kotłów fluidalnych
Ze względu na strukturę warstwy fluidalnej:
• Kotły ze złożem stacjonarnym
(pęcherzykowym, BFB).
• Kotły ze złożem cyrkulacyjnym (CFB).
Ze względu na ciśnienie w palenisku:
• Kotły fluidalne atmosferyczne.
• Kotły fluidalne ciśnieniowe.
Kocioł fluidalny Ofz-450A
Typ kotła:
Rodzaj paleniska:
Max. wydajność:
Temperatura pary świeżej
wylot:
Ciśnienie pary świeżej wylot:
Temperatura wody
zasilającej:
Sprawność kotła:
Rodzaj paliwa:
Wartość opałowa paliwa:
Dodatkowe informacje:
24
Z naturalną cyrkulacją
Fluidalne złoże
cyrkulacyjne
125 kg/s
510°C
10 MPa
205°C
92,2%
Węgiel kamienny
22-28 MJ/kg
Kocioł parowy fluidalny
Kocioł fluidalny Ofz-450B
Typ kotła:
Rodzaj paleniska:
Max. wydajność:
Temperatura pary świeżej
wylot:
Ciśnienie pary świeżej wylot:
Temperatura wody zasilającej:
Sprawność kotła:
Rodzaj paliwa:
Wartość opałowa paliwa:
Dodatkowe informacje:
Z naturalną cyrkulacją
Fluidalne złoże
cyrkulacyjne
125 kg/s
510°C
10 MPa
205°C
92,2%
Węgiel kamienny
18-24 MJ/kg
Kocioł parowy fluidalny
25
Ze strony producenta kotłów…
www.rafako.com
Różnice w budowie kotłów fluidalnych
Ofz-450A i Ofz-450B
K-B ma orurowany cyklon, który jest dodatkowym wymiennikiem czyli
pierwszy stopień przegrzewacza pary zaczyna się już właśnie w cyklonie.
Syfony na K-B posiadają pięć stref podawania powietrza, na K-A są tylko trzy.
Na K-A mamy dwa podajniki popiołu II-go stopnia, na K-B cztery.
K-A ma wokół cyklonu wymurówkę o gr. ok. 0.5 m aby zmniejszyć straty
ciepła.
K-B ma owalne dno dyszowe w celu lepszego odprowadzania złoża.
K-A ma płaskie dno dyszowe.
K-B ma napędy wentylatorów powietrza : świeżego, pierwotnego i ciągu
sterowane falownikami.
K-A nie ma takiej regulacji. Przepływ powietrza jest regulowany klapami.
Warunkiem rozpoczęcia podawania węgla na K-B jest m.in. uzyskanie
temp. złoża powyżej 630°C, a na K-A 650°C.
27
Budowa kotła fluidalnego
Komora paleniskowa
Cyklon
Elektrofiltr
Komin
Przegrzewacz pary
Bunkier węgla
Kamień wapienny
Wentylatory
spalin
Podgrzewacz wody
Podgrzewacz powietrza
Zbiornik
popiołu
Materiał inertny
Wentylatory
powietrza
Czy wiesz że...
Temperatura w kotle
fluidalnym wynosi 850 °C
- to jest dokładnie tyle, ile
kombinezon L.Hamiltona
musi wytrzymać przez 35
sekund aby mógł być
dopuszczony do użytku
29
Komora paleniskowa
Palniki
mazutowe
1. Wymurówka
ogniotrwała
składająca się z
różnych warstw
szamotowych
2. Dysze
powietrza
2054 sztuk
30
1
2
Zsypy
węgla i
popiołu
Cyklon
pełni funkcję separatora popiołu, tzn. oddziela
popiół grubszy od drobniejszego i ponownie
kieruje go do komory paleniskowej w celu dopalenia
31
Walczak
Tutaj odbywa się
oddzielenie wody
od pary
Mówi się, że
walczak to serce
każdego kotła.
Czy wiesz, że
każdy ma swoje
imię?
32
Układ nawęglania
Zanim węgiel znajdzie
się w kotle, to po
rozładunku z wagonów
musimy go
przetransportować
taśmociągami do
bunkrów.
33
Palniki mazutowe
34
Palniki mazutowe wykorzystywane są w
początkowej fazie uruchamiania.
Na każdym kotle jest ich 8 sztuk.
Odprowadzanie popiołu
Zarówno popiół z
komory
paleniskowej, jak
również popiół
lotny spod
elektrofiltra
odprowadzany jest
za pomocą pomp
pneumatycznych.
35
Nastawnia kotłów fluidalnych
W tym
pomieszczeniu
znajduje się
„centrum
dowodzenia”
kotłami A i B.
36
Uruchamianie kotła
1. Napełnienie kotła wodą
2. Załączenie elektrofiltra
3. Uruchomienie wentylatorów
4. Nasypanie materiału inertnego
5. Rozpalenie palników mazutowych
6. Załączenie podajników
węgla/gaszenie palników
7. Połączenie kotła z kolektorem
8. Uruchomienie odpopielania
37
Czego potrzebujemy?
• Węgiel kamienny + biomasa
• Kamień wapienny (sorbent)
• Mazut
• Woda
38
Co otrzymujemy?
• Popiół ze złoża
• Popiół lotny
• Materiał inertny
• Para-jako gotowy produkt
• Emisje spalin
39
Zalety kotłów fluidalnych
• Możliwość spalania paliw gorszej jakości (np. Biomasa, muły
popłucznych z instalacji wzbogacania węgla);
• Proste przygotowanie paliwa do spalania oraz proste
doprowadzenie paliwa do komory paleniskowej;
• Znaczna (80 %) redukcja emisji SO2 do atmosfery poprzez
doprowadzenie do złoża związków wiążących siarkę;
• Niska emisja dwutlenku azotu z uwagi na niską temperaturę złoża
(850 oC) i etapowe spalanie;
• Niska emisja węglowodorów;
• Bardzo dobry współczynnik wymiany ciepła w komorze
paleniskowej;
• Wysoka sprawność spalania, ze względu na mieszanie turbulentne i
długi czas przebywania cząstek w złożu cyrkulacyjnym;
• Możliwość gospodarczego wykorzystania powstających w kotłach
odpadów paleniskowych;
• Temperatura spalania nie przekracza temperatury mięknięcia
popiołu zawartego w paliwie, co wpływa na niewielkie zabrudzenie
powierzchni kotłowych.
• Duża elastyczność wydajności w zakresie180-450 t/h
40
Zalety kotłów fluidalnych
Możliwość spalania paliw gorszej jakości
(np. biomasa, muły popłuczne z instalacji
wzbogacania węgla);
Duża elastyczność wydajności w zakresie
180-450 t/h
Proste przygotowanie paliwa do spalania oraz
proste doprowadzenie paliwa do komory
paleniskowej;
Redukcja emisji SO2,NOx, węglowodorów
Wysoka sprawność spalania
Możliwość gospodarczego wykorzystania
powstających w kotłach odpadów
paleniskowych;
41
Instalacja biomasy
w EC Żerań
42
Kilka najważniejszych zalet biomasy:
Biomasa to nieszkodliwe dla środowiska, odnawialne źródło energii. Jej
największą zaletą jest zerowy bilans emisji dwutlenku węgla (CO2),
uwalnianego podczas spalania biomasy, a także niższa niż w przypadku
paliw kopalnych emisja dwutlenku siarki (SO2), tlenków azotu (NOx) i
tlenku węgla (CO).
Wykorzystanie biomasy jest korzystne z punktu widzenia ochrony
środowiska nie tylko ze względu na zmniejszoną emisję zanieczyszczeń.
Pozyskując energię z biomasy zapobiegamy marnotrawstwu nadwyżek
żywności, zagospodarowujemy odpady produkcyjne przemysłu leśnego i
rolnego, utylizujemy odpady komunalne.
Zasoby biomasy są dostępne na całym świecie. Jako źródło energii
elektrycznej biomasa jest mniej zawodna niż – na przykład - energia
wiatrowa czy energia słoneczna. Jej zasoby mogą być magazynowane i
wykorzystywane w zależności od potrzeb, a ich transport i
magazynowanie nie pociąga za sobą takich zagrożeń dla środowiska, jak
transport czy magazynowanie ropy naftowej bądź gazu ziemnego. Poza
tym wykorzystanie biomasy z terenów leśnych i z pastwisk zmniejsza
ryzyko pożaru, zaś uprawy na cele energetyczne pozwalają też
zagospodarować nieużytki rolne i rekultywować tereny poprzemysłowe
Wykorzystywanie biomasy otwiera także nowe perspektywy przed
eksportem. Zapotrzebowanie na technologie konwersji i utylizacji
biomasy, które wzrasta zarówno w krajach uprzemysłowionych, jak i
rozwijających się, stwarza nowe możliwości dla eksportu europejskich
technologii i usług, zwłaszcza tych przydatnych w instalacjach o małych i
średnich mocach.
Kilka najważniejszych zalet biomasy:
Zerowy bilans emisji CO2, gdyż rośliny w
procesie wzrostu pochłaniają i wiążą CO2
powstałe w procesie spalania
Niska lub zerowa zawartość siarki
przekładająca się na niską emisję tlenków siarki
Niska zawartość popiołu
Stałe dostawy, możliwość składowania
Wykorzystanie surowców odpadowych
Transfer kapitału do lokalnego rynku, pozytywny
efekt na rynek pracy
Decentralizacja produkcji energii i poprawa
bezpieczeństwa energetycznego
Zalety kotłów fluidalnych
Możliwość spalania paliw gorszej jakości
(np. biomasa, muły popłuczne z instalacji
wzbogacania węgla);
Duża elastyczność wydajności w zakresie
180-450 t/h
Proste przygotowanie paliwa do spalania oraz
proste doprowadzenie paliwa do komory
paleniskowej;
Redukcja emisji SO2,NOx, węglowodorów
Wysoka sprawność spalania
Możliwość gospodarczego wykorzystania
powstających w kotłach odpadów
paleniskowych;
45
Gwarantowane poziomy emisji gazów
SO2
200 mg/Nm3
NOx
200 mg/Nm3
CO
200 mg/Nm3
Popiół
46
50 mg/Nm3
Monitoring spalin
47
Odwzorowanie procesu podawania
węgla w systemie sterowania
48
Warstwa kontrolno – pomiarowa w
systemie sterowania
Czujniki:
•
•
•
•
temperatury
ciśnienia
poziomu
przepływu.
Najważniejsze pomiary są dublowane poprzez
zastosowanie obwodów pomiarowych 2 z 3.
Rola w systemie:
•
•
•
•
49
wahania ciśnienia w rurociągach
zmiana poziomu w zbiornikach
zmiana temperatury wody, pary i mazutu
zmiana ilości podawanego paliwa
Warstwa kontrolno- pomiarowa
2 z 3 walczak
50
Blokady systemowe od:
- ciśnienie w walczaku CP001-3 > 12.5 MPa
- poziom w walczaku CL001-3 > +200mm
- poziom w walczaku CL001-3 < -150mm
Warstwa wykonawcza
Armatura (elektryczna i pneumatyczna):
regulacyjna
zamknij otwórz
kierownice.
Silniki elektryczne:
napędy podajników
taśmociągów i wentylatorów.
Sterowanie odbywa się:
z miejsca
lub systemu
Parametry pracy:
- GE
- Położenie kierownicy
- Temp. silnika
- Drgania silnika
- Temp. uzwojeń silnika
-
51
Warstwa kontrolno- pomiarowa
2 z 3 temperatura pary wylotowej
52
Blokady systemowe od:
- wzrostu temperatury pary str L CT001-3 > 540 C
- wzrostu temperatury pary str P CT001-3 > 540 C
Lista alarmowa na stacji operatorskiej
1.
W przypadku wystąpienia
zakłócenia operator
zobaczy zdarzenie na
liście alarmowej.
2. Rolą operatora jest
zareagowanie na
zdarzenie i potwierdzenie
przyjęcia zgłoszenia
„usterki” w systemie.
53
Struktura systemu sterowania
54
Dziękuję za uwagę
55
55