Technologie nové kotelny
V článku jsou popsány některé aspekty kompletní výstavby nové plynové kotelny, včetně redukční stanice plynu v areálu Teplárny Trmice, která patří společnosti ČEZ. Cílem investice bylo snížení emisí v zájmové lokalitě provozem plynové kotelny jako náhradního zdroje za provoz stávajících vybraných uhelných kotlů. Umístění nové parní plynové kotelny bylo navrženo do objektu stávajícího skladu. Stávající objekt haly je umístěn v severozápadní části areálu Teplárny Trmice. Jedná se o jednolodní středně těžkou montovanou halu, do které byly nové technologie zabudovány. Realizaci výstavby - jak část stavební tak technologickou – měla jako generální dodavatel na starosti divize 3 Metrostavu.
ÚČEL AFUNKCE TECHNOLOGICKÉHO ZAŘÍZENÍ
Nová plynová kotelna (PK) řeší zajištění výroby a dodávku přehřáté páry do vysokotlakého kotle (VTK) a napojení na stávající parní rozvody v uhelné kotelně. Středotlaká plynová kotelna (PK) se skládá ze čtyř velkoobjemových plynových kotlů pro výrobu páry s přehřívákem páry a spalinovým výměníkem pro úsporu energie a snížení emisí CO. Kotle jsou osazeny nízkoemisními hořáky, které garantují dodržení emisí NOX a CO nižší, než platné emisní limity. Spaliny budou vyvedeny kouřovodem do nových komínů.
TECHNICKÉ ŘEŠENÍ
Popisovaná středotlaká plynová kotelna disponuje čtyřmi žárotrubnými velkoobjemovými parními kotli, s přehřívákem páry a integrovaným spalinovým výměníkem na ohřev napájecí vody výrobce Bosch Industriekessel, které jsou osazené plynovými duoblokovými hořáky výrobce Max Weishaupt.
Základní parametry - plynové kotle
Konstrukce kotle je dvouplamencová, umožňující provoz i s jedním hořákem. Zařízení disponují jmenovitým výkonem (parním) 47,8 t/h a tepelným pak 33,5 MW. Účinnost činí 95,6 %, provozní přetlak přehřáté páry představuje 16,8 barg, maximální pak 22,5 barg. Teplota přehřáté páry (jmenovitá) činí 250 °C, maximální je pak 300 °C. Rozsah garance teploty páry je 40 až 100 % výkonu kotle. Minimální výstupní výkon kotelny představuje (tepelný) 122,5 MWt, (parní) pak 167 tp/h.
HLAVNÍ TECHNOLOGIE
Kotlové jednotky
Spalinové cesty z obou plamenců jsou kompletně odděleny až po výstupní sběrnou spalinovou komoru za spalinovými výměníky. Garantovaný provoz kotle je možný i s jedním hořákem (schválený TÜV). Přehříváky páry jsou za 2. tahem, regulace výkonu je zajištěna obtokem těchto přehříváku. Spalinový výměník pro předehřev napájecí vody do kotle je pro každou spalinovou cestu řešen samostatně. Obratové komory jsou vodou chlazené, pro každý kotel je jeden výstup spalin do kouřovodu. Spalovací zařízení tvoří automatické plynové hořáky s oddělenými ventilátory pro každý přetlakový spalovací prostor.
Odvod spalin
Pro odvod spalin plynových kotlů byly navrženy samostatné kouřovody pro jednotlivé kotle, napojené na čtyři samostatné, volně stojící komíny s vnitřním průměrem 1 700 mm. Výška komínů činí 34 metrů. V kouřovodech jsou vsazeny tlumiče hluku s útlumem, zajišťujícím splnění garantovaných hlukových parametrů.
Na komínech jsou měřicí tratě pro kontinuální měření emisí, přičemž měřicí místa jsou opatřena pochozími obslužnými lávkami, přístupnými komínovým žebříkem. Kontinuální měření emisí ve spalinách, samostatně pro jednotlivé kotle, je prováděno podle požadavků zákona 201/2012 a Vyhlášky 415/2012 Sb. (standard ORGREZ)
Příprava napájecí vody
Napájecí voda je (podle směrnice dodavatele kotlů) alkalizovaná demivoda s nízkým obsahem soli, vodivost 1 – 10 μS/cm. Zdrojem vody pro přípravu napájecí vody do plynových kotlů je demivoda čerpaná z chemické úpravny vod č. 3. Tato voda splňuje požadované parametry pro použití v navržených technologií parních kotlů. Jedná se o demineralizovanou vodu (alkalizovanou čpavkovou vodou již v úpravně) s hodnotou pH9.
Pro zajištění kvality vody v napájecí nádrži (při najíždění kotelny ze studeného stavu) je v kotelně instalováno dávkovací zařízení siřičitanu sodného. Odplynění napájecí vody je navrženo termickým odplyňovákem a barbotážní vestavbou v napájecí nádrži.
Čerpání napájecí vody do kotlů je napájecími čerpadly, samostatně pro jednotlivé kotle. Zálohování čerpadel je řešeno „suchou“ zálohou, uskladněným kompletem čerpadla s elektromotorem.
Regulace množství doplňované napájecí vody do kotle je realizováno regulačním trojcestným, napájecím ventilem se servopohonem, zajišťujícím provozní podmínky čerpadla minimálním obtokem do napájecí nádrže. Každý kotel je opatřen měřením průtoku napájecí vody.
Spalovací vzduch
Pro přívod spalovacího vzduchu do kotelny je navržena koncepce čtyř samostatných klimatizačních jednotek s výstupem do jednoho společného distribučního vzduchotechnického potrubí, kterým bude rovnoměrně rozváděn vzduch do prostoru kotelny.
Nasávání spalovacího vzduchu ventilátory hořáků je z prostoru kotelny. Jednotky jsou výkonově navrženy tak, že každá z nich zabezpečuje provoz dvou hořáků. Výkon jednotek (každá má dva ventilátory, samostatně řízené) je řízen spínáním ventilátorů jednotky.
Klimatizační jednotky budou zajišťovat také odvod tepelné zátěže v letním provozu a havarijní větrání kotelny při 1. stupni detekce výskytu plynu v kotelně. Při provozu kotelny je v provozu maximálně dvě klimatizační jednotky určené pro odvod tepelné zátěže.
Ohřev přiváděného vzduchu je navržen parními registry v klimatizačních jednotkách, pro případ nouzového ohřevu vzduchu při startu kotelny v zimním období. Při výpadku ostatních zdrojů páry je jedna jednotka vybavena plynovým ohřevem.
Výkon plynového ohřívače umožní zprovoznění prvního kotle (jednoho hořáku) pro vyrobení první páry na ohřev vzduchu pro zbývající hořáky.
Provoz záložního plynového ohřevu je ročně v řádu hodin, a to pouze při pravidelném servisu nebo v případě najíždění plynové kotelny v zimním období po úplném výpadku všech zdrojů páry v teplárně na dobu jedné až dvou hodin provozu.
Vytápění kotelny
Pro potřeby vytápění prostoru kotelny v době, kdy nejsou v provozu klimatizační jednotky, jsou instalovány teplovzdušné jednotky v nástěnném provedení, se sekundárními žaluziemi. Zdrojem topné vody pro tyto jednotky je kompaktní výměníková stanice pára/voda. Přívod páry pro ohřev je z parního rozdělovače redukované páry PR2.
Výměníková stanice zajišťuje regulaci výkonu výměníku na konstantní výstupní teplotu topné vody. Plnění a doplňování teplovodního topného okruhu je zajištěno z rozvodu pitné vody. Odvod kondenzátu ze stanice bude do beztlaké kondenzátní nádrže.
Parní rozvody kotelny
V kotelně je instalován hlavní parní rozdělovač PR1, do kterého jsou napojeny přívody páry od kotlů. Z tohoto rozdělovače PR1 je napojen rozdělovač PR2 redukované páry pro technologické spotřeby v kotelně. Jedná se o parní registry klimatizačních jednotek a výměníkovou stanici pára/voda pro teplovzdušné vytápěcí jednotky. Z hlavního rozdělovače páry PR1 je výstup páry z kotelny navržen s měřením množství výstupní páry. Pro opačný směr proudění páry, pro zásobování kotelny externí párou, pro udržování teplé zálohy a vytápění kotelny, je instalována samostatná trať měření průtoku dodané páry, a to paralelně k hlavnímu měření. Výstup z tohoto měření je zapojen do hlavního rozdělovače PR1.
Pro najíždění plynové kotelny do výstupního parovodu je hlavní uzavírací armatura na parním sběrači doplněna o najížděcí, regulační, ventil. Ten umožňuje rychlé a plynulé najetí kotelny. Dále je systém doplněn o regulační armaturu, zajišťující (při najíždění potrubí) udržení teplotního gradientu nárůstu teploty.
Hlavní uzavírací armatura přívodu externí páry do parního sběrače je doplněna o prohřívací (regulační) ventil, umožňující rychlé a bezpečné prohřátí odstavených technologií plynové kotelny.
PROVOZOVÁNÍ KOTELNY
V rámci najíždění kotlů se předpokládá minimální počet studených startů. Některé kotle budou startovat z teplé zálohy a ostatní ze studené zálohy.
Start kotle z teplé zálohy je do 20 minut jak předepisovala zadávací dokumentace. Jejím potvrzení bylo provedení Garančního testu A. Kotel je přitom udržován topným hadem na parametrech 9,2 barg a 180 °C. Kotel se najíždí po dosažení jmenovitého tlaku přes najížděcí ventil do atmosféry. Vzhledem k tomu, že kotel je dvouplamencový, zařízení disponuje schopnosti provozu na jeden hořák v jeho regulačním rozsahu. Výkon kotle při najíždění jednoho hořáku je cca 4,8 t/h. Výkon kotle se bude zvyšovat s ohledem na odběry vlastní spotřeby. Požadovaných parametrů (tedy 16,8 barg a 250 °C) je dosaženo při 50 % výkonu hořáku, tj. 12 t/h. Startování kotle probíhá podle najížděcích křivek kotle - viz obrázek.
Druhým případem je start ze studené zálohy, trvá do 100 minut. Opět bylo potvrzeno GT A. Kotel je přitom plný beztlaké vody (resp. 2 barg při mokré konzervaci dusíkem) a o teplotě 15 °C. Startování kotle probíhá podle najížděcích křivek kotle, viz obrázek. Studené straty přichází v úvahu do jednoho týdne po odstavení kotle. Po této době je třeba provést mokrou konzervaci.
Třetím stavem pak může být „kotelna v provozu – připojení na VTK“. Zvyšování výkonu závisí na odběrech. Při „ostrovním provozu“ se jedná o prohřev parního potrubí. Obsluha si stanoví počet a pořadí kotlů podle odběrového diagramu do sítě VTK. Řídicí systém kotelny SCO umožňuje kaskádové řízení v požadovaném výkonovém rozsahu a při dodržení požadovaných parametrů.
Napojení na VTK je možné prostřednictvím dvou možných výstupů – do TN 1 nebo TG 4,5. Napojení a vyrovnání tlaků před/za uzavírací klapkou DN400 provádí obsluha ručně. Regulační ventil DN300 má dvě funkce:
- Najíždění kotelny do VTK (odběrů) – při dosažení tlaku v PK na hodnotu 16,8 barg se tento ventil otevírá, přičemž je kontrolován tlak ve VTK. Při dosažení průtoku přes tuto armaturu cca 110 t/h se začne otevírat hlavní klapka DN400 v PK pro dosažení požadovaného průtoku páry.
- Tlak v kotelně PK bude hlídán proti prudkému poklesu tlaku (způsobeném náhlými odběry ve VTK). Tento ventil „doregulovává“ tlak při uzavírání klapky DN400.
ZÁVĚR
Provoz nové kotelny je bez trvalé obsluhy, výstroj a provedení kotelny splňuje podmínky pro schválení kotelny na provoz s pochůzkovou obsluhou v intervalu 72 hodin. Kotle jsou osazeny nízkoemisními hořáky s emisními limity NOX do 75 mg/NmX, a CO do 40 mg/Nm3. Platné emisní limity jsou tak hluboko podkročeny a měly by vyhovovat i předpokládanému dalšímu zpřísnění v následujících letech. Společnost Metrostav, a.s., Divize 3, v rámci této zakázky projevila kompetence nejen v oblasti stavební připravenosti, ale i v případě řízení instalace a následného zprovoznění energetických zařízení.
Ing. Jan Zacharda,
vedoucí projektu,
Metrostav, a.s., Divize 3
