Wytwarzanie w PGNiG TERMIKA Elektrociepłownia Żerań. Warszawa, r.

Transkrypt

1 Wytwarzanie w PGNiG TERMIKA Elektrociepłownia Żerań 1 Warszawa, r.

2 2 Obszar działania PGNiG TERMIKA

3 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 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

4 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.

5 Zalety kogeneracji Elektrociepłownia (EC) Elektrownia (EL) i Ciepłownia (C) Oszczędność paliwa - 48 Paliwo 100 EC ciepło ciepło EL C Paliwo 148 prąd prąd 15 straty 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

6 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

7 Tlenki azotu - Przyczyny powstawania Główne źródła NOx podczas spalania: Z azotu zawartego w powietrzu Ze związków azotowych zawartych w paliwie Tlenki powstające podczas spalania: N 2 O - tlenek diazotu (podtlenek azotu) NO - tlenek azotu NO 2 - ditlenek azotu (dwutlenek azotu) 7

8 Dlaczego tak obawiamy się NO x? 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 8 organizmów.

9 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 SO 2 (stąd też emisje pozostałych tlenków określa się w przeliczeniu na SO 2 ), 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

10 Kwaśne deszcze

11 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.

12 Efekty kwaśnych opadów

13 Efekty kwaśnych opadów

14 Efekty kwaśnych opadów

15 CO 2 - Przyczyny powstawania Występuje w przyrodzie w stanie wolnym i w stanie związanym. W stanie wolnym znajduje się w powietrzu (0,03% obj. ) i wźródłach 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

16 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 CO 2, na jednego człowieka przypada średnio emisja trochę ponad 5 ton CO 2 rocznie, a szacowany przez naukowców poziom za którym grożą nam galopujące zmiany klimatu to 1 tona CO 2 na osobę rocznie. Dla porównania, średniej wielkości drzewo absorbuje rocznie około 5 kg CO 2. 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

17 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 Ludzie emitują do atmosfery ponad 100 razy więcej CO2 niż wulkany Po tysiącu lat z każdej wyemitowanej tony CO2 w atmosferze pozostanie około połowa, nawet po tak długim czasie podnosząc temperaturę planety o 5 C Wyemitowany przez nas dwutlenek węgla zniknie z atmosfery dopiero po 100 tysiącach lat

18 Redukcja emisji w Ec Żerań 2 Kotły fluidalne OFz-450 Współspalanie biomasy

19 19 Czy wiesz, że...na trenie naszego Zakładu spotykano między innymi bobry, sarny, lisy, raki i pustułki

20 20 KOTŁY FLUIDALNE

21 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

22 Schemat procesu fluidyzacji 1.Płyta rusztowa 2.Powietrze 22

23 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.

24 Kocioł fluidalny Ofz-450A Typ kotła: Z naturalną cyrkulacją Rodzaj paleniska: Fluidalne złoże cyrkulacyjne Max. wydajność: 125 kg/s Temperatura pary świeżej wylot: 510 C Ciśnienie pary świeżej wylot: 10 MPa Temperatura wody zasilającej: 205 C Sprawność kotła: 92,2% Rodzaj paliwa: Węgiel kamienny Wartość opałowa paliwa: MJ/kg Dodatkowe informacje: Kocioł parowy fluidalny 24

25 Kocioł fluidalny Ofz-450B Typ kotła: Z naturalną cyrkulacją Rodzaj paleniska: Fluidalne złoże cyrkulacyjne Max. wydajność: 125 kg/s Temperatura pary świeżej wylot: 510 C Ciśnienie pary świeżej wylot: 10 MPa Temperatura wody zasilającej: 205 C Sprawność kotła: 92,2% Rodzaj paliwa: Węgiel kamienny Wartość opałowa paliwa: MJ/kg Dodatkowe informacje: Kocioł parowy fluidalny 25

26 Ze strony producenta kotłów

27 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

28 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

29 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

30 Komora paleniskowa 1. Wymurówka ogniotrwała składająca się z różnych warstw szamotowych 1 Palniki mazutowe 2. Dysze powietrza 2054 sztuk Zsypy węgla i popiołu 2 30

31 Cyklon pełni funkcję separatora popiołu, tzn. oddziela popiół grubszy od drobniejszego i ponownie kieruje go do komory paleniskowej w celu dopalenia 31

32 Walczak Tutaj odbywa się oddzielenie wody od pary Mówi się, że walczak to serce każdego kotła. Czy wiesz, że każdy ma swoje imię? 32

33 Układ nawęglania Zanim węgiel znajdzie się w kotle, to po rozładunku z wagonów musimy go przetransportować taśmociągami do bunkrów. 33

34 Palniki mazutowe 34 Palniki mazutowe wykorzystywane są w początkowej fazie uruchamiania. Na każdym kotle jest ich 8 sztuk.

35 Odprowadzanie popiołu Zarówno popiół z komory paleniskowej, jak również popiół lotny spod elektrofiltra odprowadzany jest za pomocą pomp pneumatycznych. 35

36 Nastawnia kotłów fluidalnych W tym pomieszczeniu znajduje się centrum dowodzenia kotłami A i B. 36

37 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

38 Czego potrzebujemy? Węgiel kamienny + biomasa Kamień wapienny (sorbent) Mazut Woda 38

39 Co otrzymujemy? Popiół ze złoża Popiół lotny Materiał inertny Para-jako gotowy produkt Emisje spalin 39

40 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 zakresie t/h 40

41 Zalety kotłów fluidalnych Możliwość spalania paliw gorszej jakości (np. biomasa, muły popłuczne z instalacji wzbogacania węgla); Duża elastyczność wydajności w zakresie 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

42 Instalacja biomasy w EC Żerań 42

43 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.

44 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

45 Zalety kotłów fluidalnych Możliwość spalania paliw gorszej jakości (np. biomasa, muły popłuczne z instalacji wzbogacania węgla); Duża elastyczność wydajności w zakresie 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

46 Gwarantowane poziomy emisji gazów SO mg/nm 3 NO x 200 mg/nm 3 CO 200 mg/nm 3 Popiół 50 mg/nm 3 46

47 Monitoring spalin 47

48 Odwzorowanie procesu podawania węgla w systemie sterowania 48

49 Czujniki: temperatury ciśnienia poziomu przepływu. Warstwa kontrolno pomiarowa w systemie sterowania Najważniejsze pomiary są dublowane poprzez zastosowanie obwodów pomiarowych 2 z 3. Rola w systemie: wahania ciśnienia w rurociągach zmiana poziomu w zbiornikach zmiana temperatury wody, pary i mazutu zmiana ilości podawanego paliwa 49

50 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

51 Warstwa wykonawcza Armatura (elektryczna i pneumatyczna): regulacyjna zamknij otwórz kierownice. Silniki elektryczne: napędy podajników taśmociągów i wentylatorów. Sterowanie odbywa się: z miejsca lub systemu 51 Parametry pracy: - GE - Położenie kierownicy - Temp. silnika - Drgania silnika - Temp. uzwojeń silnika -

52 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

53 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

54 54 Struktura systemu sterowania

55 Dziękuję za uwagę 55 55