Optymalizacja

mgr in¿. Zbigniew Mosio³ek
Optymalizacja
procesu spalania
Modernizacja ciepłowni ZPEC Zgorzelec
Chc¹c rozwi¹zaæ problem wysokiej
emisji CO, ZPEC rozpocz¹³ poszukiwania
rozwi¹zañ obni¿enia zanieczyszczeñ przy
równoczesnym podwy¿szeniu sprawnoœci
spalania. Zainstalowane kot³y charakteryzowa³y siê wysok¹ emisj¹ tlenku wêgla
(CO). Wielkoœæ emisji kszta³towa³a siê
w granicach 2262-7932 mg/m3wu dla 6%
O2. W takiej sytuacji stwierdzono, i¿ nale¿y przeprowadziæ modernizacjê. W jej
ramach przyjêto 3 podstawowe za³o¿enia:
■ rozwi¹zanie techniczne powinno byæ
„relatywnie tanie”, odrzucono „g³êbok¹” rekonstrukcjê kot³a czy te¿ budowê nowego,
■ za¿¹dano gwarancji umownych obni¿enia emisji NOx, CO oraz podwy¿szenia sprawnoœci spalania,
■ rozwi¹zanie powinno byæ sprawdzone
w praktyce.
Modernizacja
procesu spalania
Istot¹ przeprowadzonej modernizacji
jest w³aœciwy rozdzia³ powietrza wtórnego i pierwotnego, stabilizacja temperatury procesu spalania oraz jego automaty-
gulator podciœnienia i przy pomocy istniej¹cego uk³adu regulacji wentylatora spalin zmieniana jest iloœæ odsysanych spalin.
■ Automatyczna regulacja procesu spalania przy wykorzystaniu mikroprocesowego regulatora oraz systemu po-
Rys. 1 Wizualizacja procesu spalania
zacja i wizualizacja. Jego podstawowe
elementy to:
■ Automatyczna regulacja podciœnienia
w komorze spalania – uk³ad regulacji
wentylatora spalin zmienia odpowiednio iloœæ odsysanych spalin. Podciœnienie w komorze spalania jest regulowane za pomoc¹ czujnika podciœnienia,
którego sygna³ oceniany jest przez re-
Rys. 2 WskaŸnik emisji CO przed i po modernizacji [kg CO/Mg spalonego
paliwa]
miarowo-regulacyjnego. Monitorowanie i kierowanie procesem spalania realizowane jest w oparciu o: czujnik
spalin – analizator tlenu, czujnik temperatury w komorze spalania, czujnik
ciœnienia pary, czujnik temperatury
powietrza cyrkulacyjnego. Sygna³y
z tych czujników ocenia mikroprocesorowy regulator E 111, który przez po-
Rys. 3 Emisja CO przed i po modernizacji min. i maks. [mg/m3]
dla 6% O2
Rynek Instalacyjny
ciep³ownictwo
Ciep³ownia w Zgorzelcu nale¿y do nietypowych obiektów w polskim
ciep³ownictwie. Obecnie eksploatuje 3 kot³y parowe typu KE-25s, opalane mia³em wêgla brunatnego. Energia cieplna wytwarzana jest wiêc
w kot³ach parowych bez równoczesnej produkcji energii elektrycznej.
Charakterystyczne elementy obiektu to: narzutniki paliwa i wymiennikownia parowo-wodna (czynnikiem grzewczym w systemie jest woda).
wu
czerwiec 2004
11
e
ciep³ownictwo
nergia
Rys. 4 Sprawnoœæ œrednia kot³ów przed i po modernizacji [%]
miarowy i regulacyjny system E 2001
kieruje i reguluje iloϾ dostarczanego
powietrza pierwotnego i wtórnego,
szybkoϾ ruchu podajnika paliwa
i szybkoϾ ruchu rusztu.
Pod³¹czenie mikroprocesorowego regulatora do komputera PC umo¿liwia monitorowanie procesu spalania. Eksploatacja
kot³a jest regulowana w ¿¹danych parametrach ciœnienia pary i na podstawie
tych wskazañ jest do kot³a dostarczana
tylko taka iloœæ paliwa, jaka jest potrzebna do wymaganej produkcji ciep³a, równoczeœnie do tego paliwa doprowadza siê
kontrolowan¹ iloœæ powietrza pierwotnego i wtórnego.
Wielkoœæ odsysanych spalin jest zale¿na od zapotrzebowania, dla utrzymania
stabilnego podciœnienia. Podstawowym
parametrem regulacji jest ciœnienie pary.
Wg tego dawkowany jest wêgiel oraz iloœæ
pierwotnego powietrza.
Dodatkowym istotnym elementem bêdzie utrzymanie sta³ej temperatury w komorze spalania, która jest stabilizowana.
Istotnym elementem jest wytworzenie
dwustopniowego spalania i to w pierwszej
pocz¹tkowej czêœci (nad rusztem) z ni¿sz¹
temperatur¹, która znacznie ogranicza
wytwarzanie NOx. W drugiej, wtórnej
czêœci odpowiednia iloœæ powietrza wtórnego doprowadzi do ca³kowitego utlenienia CO, gdzie warunkiem bêdzie stabilizacja temperatury komory spalania. Stabilizacja temperatury w komorze spalania realizowana poprzez wykonanie m.in. izolacji termicznej wewn¹trz kot³a.
■ Cyrkulacja spalin. Zosta³a zastosowana cyrkulacja spalin, które bêd¹ doprowadzane do strefy dogrzewania.
Sterowanie odbywa siê za pomoc¹ systemu E 2001, który jest kompleksowym
modu³em centrali pomiarowej typu rozdzielni umo¿liwiaj¹cym zbiór danych
z du¿ej iloœci czujników, ich cyfrow¹ ocenê i ewentualne doregulowanie. Wszystkie dane s¹ wyœwietlane cyfrowo i wykorzystywane do dalszej obróbki. System
umo¿liwia równie¿ manualne wydawanie
poleceñ do okreœlonych podzespo³ów pomiarowych.
12 Rynek Instalacyjny
czerwiec 2004
Rys. 5 Sprawnoœæ ca³ej ciep³owni przed i po modernizacji [%]. Iloraz energii
cieplnej na wyjœciu z ciep³owni do energii dostarczonej w paliwie
Zastosowano tak¿e mikroprocesorowy
regulator E 111. Jest to specjalne urz¹dzenie, s³u¿¹ce do prawid³owego sterowania procesem spalania w œrednich i du¿ych kot³ach. Umo¿liwia pomiar do 24
danych z czujników i na ich podstawie reguluje wartoœci wyjœciowe (maks. 16).
Czynnoœci regulacyjne mog¹ byæ programowane za pomoc¹ klawiatury i wszelkie
wyniki oraz przeprowadzona regulacja
mog¹ byæ œledzone na czteroczêœciowym
wyœwietlaczu LCD. Czynnoœci zwi¹zane
z programowaniem z klawiatury s¹ bardzo
proste, poniewa¿ obs³uga odbywa siê
w systemie ofert.
■ Wizualizacja procesu spalania, która
pozwala œledziæ proces spalania i archiwizowaæ dane historyczne.
Efekty ekologiczne
Jak wspomniano wczeœniej, emisja
tlenku wêgla przed modernizacj¹ kszta³towa³a siê w granicach 2262-7932
mg/m3wu dla 6% O2. Po rekonstrukcji emisja zamyka siê w granicach 53-310
mg/m3wu dla 6% O2. Wartoœci te zosta³y
potwierdzone przez Wojewódzki Inspektorat Ochrony Œrodowiska we Wroc³awiu
Delegatura w Jeleniej Górze. WskaŸnik
emisji CO (w kg CO/Mg spalonego paliwa)
spad³ z 8,2 do 1,0.
Sprawność spalania
W wyniku prac uzyskano równie¿ gwarantowane w umowie podwy¿szenie œredniej sprawnoœci spalania poszczególnych
kot³ów. Przed modernizacj¹ wynosi³a ona
odpowiednio dla poszczególnych kot³ów:
78,4; 80,6 i 83,6%. Po rekonstrukcji:
87,6; 87,9 i 87,9%.
Oczywiœcie pomiary te mo¿na uznaæ za
„chwilowe” (mierzone w krótkim okresie
czasu). Dla potwierdzenia wyników dokonano obliczeñ sprawnoœci wytwarzania
ca³ej ciep³owni w poszczególnych sezo-
nach grzewczych. Przed modernizacj¹
wynosi³a ona 78,3%, a po wykonaniu
prac na wszystkich trzech kot³ach 84,3%.
Realizacja i finansowanie
Modernizacja wykonywana by³a w 2
etapach. W pierwszej kolejnoœci zmodernizowano kocio³ nr 1. Po wykonaniu pomiarów, które potwierdzi³y uzyskanie zak³adanych efektów podjêto decyzjê o modernizacji pozosta³ych dwóch kot³ów.
Ca³oœæ prac finansowana by³a z kilku
Ÿróde³: gminy Zgorzelec, WFOŒiGW w Jeleniej Górze, NFOŒiGW w Warszawie,
œrodków w³asnych ZPEC. Modernizacja
prezentowana by³a na targach EnerkomWroc³aw 2001, gdzie otrzyma³a wyró¿nienie „Laur Bia³ego Tygrysa”.
Wnioski
■ Okaza³o siê, ¿e bardzo dobre efekty
ekologiczne i ekonomiczne mo¿na
uzyskaæ przy stosunkowo niskich nak³adach finansowych (koszt modernizacji by³ ok. 15-krotnie ni¿szy od budowy nowego kot³a).
■ W wyniku prac uzyskano gwarantowane w umowie z wykonawc¹ wartoœci
emisji NOx i CO, co na etapie poszukiwañ rozwi¹zañ technicznych by³o trudne do uzyskania przy przyjêtych wymaganiach inwestora.
■ Uzyskano znaczny wzrost sprawnoœci
wytwarzania energii cieplnej ca³ej ciep³owni (6%) przy stosunkowo wysokiej
sprawnoœci pocz¹tkowej.
■ Zastosowana technologia mo¿e byæ
polecana innym firmom ciep³owniczym o ograniczonych mo¿liwoœciach
finansowych tym bardziej, ¿e inwestycja zosta³a dobrze przyjêta przez ekologiczne fundusze celowe, które wspar³y modernizacjê w formie niskoprocentowych po¿yczek (WFOŒiGW i NFOŒiGW).
G