Optimalizácia rekonštrukcie zdrojov tepla

Na začiatku každého dobrého projektu v oblasti energetiky treba vypracovať štúdiu uskutočniteľnosti, investičný zámer a podrobnú energetickú štúdiu, aby sa overila zmysluplnosť a efektívnosť projektu. Musí sa definovať úspora energie, návratnosť vložených finančných prostriedkov a prevádzkových nákladov. Výrobcom tepla z toho vyplýva následne povinnosť skontrolovať investičný zámer v praxi.

Na prezentáciu optimalizácie rekonštrukcie zdrojov tepla sme vybrali dve kotolne na biomasu, ktoré prevádzkujú spoločnosti patriace do Skupiny ENGIE. Prvou je centrálna kotolňa K4 v Malackách, druhou centrálna kotolňa S3 v Brezovej pod Bradlom. Kotolne majú podobný charakter, takže v mnohom aj rovnaké problémy, no zároveň sa čiastočne odlišujú, pretože prevádzka biomasových kotolní je veľmi špecifická.

Centrálna kotolňa K4, Malacky

Kotolňu K4 prevádzkuje spoločnosť Termming, a. s., ktorá patrí do Skupiny ENGIE od roku 2011. V kotolni sú inštalované dva kotly Vesko na biomasu (drevnú štiepku), ktorých inštalovaný tepelný výkon je
2 a 3 MW. Kotly boli spustené do prevádzky v roku 2006. Ako záložný a špičkový zdroj slúžili dva staršie plynové kotly z roku 1986. Spoločnosť sa rozhodla rekonštruovať zdroj z dôvodu značného opotrebenia (dopravné cesty, posuvné rošty, ventilátory, spaľovacia komora, výmenník tepla). K tomu prispelo aj stanovenie koncovej ceny drevnej štiepky a ukončenie programu podpory v zamestnanosti v regióne. Svoju úlohu zohrali aj historické skúsenosti s nedostatkom drevnej štiepky.

Cieľom rekonštrukcie bolo dosiahnuť:
• modernizáciu technického zariadenia,
• zvýšenie efektívnosti využívania súčasných energetických nosičov,
• zníženie prevádzkových nákladov,
• zvýšenie účinnosti.

Rekonštrukcia zdroja sa realizovala v roku 2015 a spočívala v inštalácii plynového kotla s výkonom 1,4 MW a kogeneračnej jednotky s elektrickým výkonom 500 kW. Pred inštaláciou novej technológie sa zošrotoval plynový kotol s výkonom 5,8 MW.

Na obr. 1 je znázornený priebeh priemerných denných tepelných výkonov P q kotolne K4 (SCZT) v roku 2015. Kotolňa dodala v tomto roku do SCZT 21 300 MWh tepla, pričom maximálne priemerné denné zaťaženie bolo P qmax = 5,47 MW. Ročný diagram trvania zaťaženia (RDTZ) kotolne je charakterizovaný ročným trvaním maximálneho zaťaženia
3 690 h a hodnotou zaťažovateľa 0,231. Na obr. 1 sú znázornené RDTZ kotlov inštalovaných v kotolni K4. Z celkovej ročnej dodávky tepla do SCZT kryje kotol K1 na drevnú štiepku (DŠ) 63,6 % spotreby tepla, kotol K2 na DŠ 30,4 %, kotol na zemný plyn K3 5,8 % a kotol na zemný plyn K4 0,2 % spotreby tepla. Kotolňa K4 dodala v roku 2015 94 % tepla vyrobeného z obnoviteľných zdrojov energie. Podľa [1] tak spĺňa podmienku účinného centralizovaného zásobovania teplom, pretože dodala viac ako 50 % tepla vyrobeného z obnoviteľných zdrojov energie.

Centrálna kotolňa S3, Brezová pod Bradlom

Tepelné hospodárstvo v Brezovej pod Bradlom prevzala spoločnosť ENGIE Services v roku 2009. V kotolni S3 boli v prevádzke dva kondenzačné kotly s výkonom 2 × 1,27 MW
a jeden nízkoteplotný kotol s výkonom 1,68 MW. Spoločnosť ENGIE Services sa rozhodla zrekonštruovať kotolňu S3 a časť napojených odovzdávacích staníc tepla (OST) s finančnou podporou od Ministerstva životného prostredia SR s cieľom dosiahnuť:
• modernizáciu technického zariadenia,
• maximalizovanie využívania obnoviteľných zdrojov energie a tým zníženie tvorby emisií (environmentálne vplyvy),
• zníženie prevádzkových nákladov,
• zníženie ceny tepla.

Modernizácia sa uskutočnila v rokoch 2010 a 2011. Kotolňa využívajúca biomasu bola nakoniec spustená v októbri 2011 a obsahovala dva kotly na biomasu typu Mawera FSR 2600 s výkonom 2 × 2,6 MW. Rekonštruovala sa aj kotolňa S2 na OST, ktorá sa pripojila na súčasný primárny rozvod novým rozvodom s dĺžkou 425 m. Toto pripojenie umožnilo pokryť 90 % odberateľov tepla v Brezovej pod Bradlom obnoviteľným zdrojom. Prvá vykurovacia sezóna potvrdila náročnosť prevádzky biomasovej kotolne. Inštalované zariadenia – či už ide o dopravníky paliva, alebo popola – sa poškodzujú kameňmi, oceľovými profilmi, veľkými kusmi dreva a spekancami vytvorenými vyšším podielom piesku alebo hliny v drevnej štiepke. Následne sa tak musia často opravovať, čo vplýva na spoľahlivosť, funkčnosť a hluk zariadenia. Posledný indikátor sa prejavuje hlavne v nočných hodinách, čo môže mať negatívny dopad na ľudí žijúcich v blízkosti kotolne.

Vzhľadom na účinnosť je nevyhnutné venovať veľkú pozornosť čistote spalinového výmenníka a obratovej komory. Pri nedodržaní čistoty (prejaví sa zvýšením teploty spalín na výstupe) klesá účinnosť kotla o 8 až 10 %. Intenzitu zanášania obratovej časti a výmenníka kotla ovplyvňujú tieto faktory:
• Nastavenie primárneho vzduchu spod roštu (určuje sa ním miesto najvyššej intenzity horenia). Pri výkone kotla vyššom ako 50 % nominálneho výkonu je výhodnejšie rozložiť a posunúť epicentrum ohniska do stredu roštu, pod obratovú komoru. S nastavením intenzity primárneho vzduchu je nevyhnutné nastaviť aj posun roštov, ak to technologické zariadenie umožňuje. Pri väčšine výrobkov je pohyblivý rošt rozdelený na dva až tri úseky so samostatným nastavením rýchlosti posuvu.
• Množstvo nečistôt obsiahnutých v palive (drevnej štiepke). Napríklad pri zvýšenom množstve hliny dochádza k rýchlemu zaneseniu obratovej komory po celej ploche a pri nepozornosti obsluhy sa vytvorí tuhá jednoliata vrstva, ktorú možno odstrániť len mechanicky. K mechanickému odstráneniu však možno pristúpiť až po vychladnutí kotla, pričom následné čistenie často zapríčiní poškodenie výmurovky – stien a klenby kotla.
• Podtlak v spaľovacom priestore (má priamoúmerný vplyv na výkon kotla). Pri vlhkej, nekvalitnej štiepke a požiadavke na vyšší výkon je prevádzkovateľ prinútený zvýšiť podtlak, pri tomto procese sa však intenzívne zanáša kotol, ktorý je potom nevyhnutné čistiť v intervale štyri až päť týždňov.
• Dostatočné nadimenzovanie kompresora so vzdušníkom. Pri nižšom pneumatickom výkone sa totiž rýchlejšie zanáša výmenník a koncové miesta. Prejavuje sa to najmä pri vodorovných výmenníkoch, kde majú rúrkovnice dĺžku 5 až 6 m a dochádza k zaneseniu vo výstupnej časti. Je tak nevyhnutné optimalizovať nastavenie času otvorenia elektromagnetických ventilov, výkon kompresora, frekvenciu čistenia rúrkovnice a objem vzdušníka tak, aby tlak v systéme neklesol pod 600 kPa.
Samotné čistenie sa vykonáva ručne obsluhou alebo tlakovzdušnou súpravou. V tejto súvislosti treba upozorniť na tvrdosť kief, ktoré sú vyrobené z ušľachtilej ocele, takže časté čistenie sa prejavuje na opotrebovaní rúrok.

Vyššia účinnosť využitia energie

Od kombinovanej výroby elektrickej energie a tepla (KVET) očakávame výraznú úsporu primárneho paliva v porovnaní so spôsobom oddelenej výroby elektriny v kondenzačných elektrárňach a vyššiu účinnosť využitia energie v palive. Hlavným ukazovateľom bude ekonomické vyhodnotenie, v rámci ktorého očakávame pri celkovej účinnosti KGJ
88,1 % návratnosť projektu 6,4 roka a ukazovateľ ziskovosti 73 %.
Modernizácia kotolne S3 v Brezovej pod Bradlom zabezpečila zníženie variabilnej zložky ceny tepla (tab. 1), ale vyžiadala si vyššiu odbornosť obsluhy a kvalitné, rýchle servisné zázemie. Ďalší nárast fixnej zložky ceny tepla bol spojený s výmenou sekundárnych rozvodov.

Foto a obrázky: ENGIE Services

Autor textu: Ing. Ivan Mikuš
Autor pôsobí v spoločnosti ENGIE Services, a. s.

Literatúra
1. Zákon č. 100/2014 Z. z. z 20. marca 2014, ktorým sa mení a dopĺňa zákon č. 657/2004 Z. z. o tepelnej energetike v znení neskorších predpisov.

Článok bol uverejnený v TZB HAUSTECHNIK 4/2016.