Modernizacja zakładu ciepłowniczego w oparciu o biomasę

Transkrypt

1 Modernizacja zakładu ciepłowniczego w oparciu o biomasę Autorzy: dr inŝ. Stanisław Kruszyński, dr inŝ. Jarosław Boryca - Politechnika Częstochowska, mgr inŝ. Jerzy Chruściel - EnergomontaŜ-Północ Bełchatów ( Czysta Energia lipiec/sierpień 2008) Pozyskiwanie nowych, odnawialnych, czystych źródeł energii jest ekologicznie uzasadnione, poniewaŝ energetyka opierająca się na takich źródłach pozwala uzyskać ciepło i prąd bez skaŝeń środowiska i uciąŝliwych odpadów. Odnawialne źródła energii zajmują szczególne miejsce w polityce energetycznej i ekologicznej Unii Europejskiej, a przez to równieŝ Polski. Zakład ciepłowniczy przykład Analizowany zakład ciepłowniczy posiada 10 kotłowni o mocach kotłów od 100 kw do 40 MW, opalanych miałem węglowym bądź ekogroszkiem. Część kotłów połączonych jest w sieć ciepłowniczą, natomiast mniejsze kotłownie ogrzewają osiedla mieszkaniowe. Charakterystykę analizowanych kotłowni zestawiono w tab. 1. Tab. 1. Charakterystyka analizowanych kotłowni Nr kotłowni Typ kotła Ilość sztuk Moc cieplna kotła, MW Sprawność cieplna ogólna, % Rodzaj paliwa ZuŜycie paliwa, t/rok WRm WRp Miał węglowy WR WR Miał węglowy WLM 1 2,5 3. WR 2,5 1 2,5 WR 1,25 2 1,25 79 Miał węglowy KR 1,25 2 2,9 74 Miał węglowy ,3 88 Ekogroszek ,1 88 Ekogroszek ,2 1 0,15 88 Ekogroszek ,15 88 Ekogroszek ,2 1 0,15 88 Ekogroszek ,3 88 Ekogroszek 350

2 Kotły wodne płomienicowo-płomieniówkowe typu KRm są jednostkami trzyciągowymi, w których pierwszy ciąg stanowi płomienica, a drugi i trzeci ciąg płomieniówki. Kotły są wyposaŝone w kompletną instalację paleniskową, obejmującą kosz węglowy z warstwownicą oraz ruszt mechaniczny z trwałymi rusztowinami o podwyŝszonej zawartości chromu. Strefy powietrzne i uszczelnienia boczne są tak zaprojektowane, aby uzyskać odpowiednią szczelność i właściwy rozdział powietrza do spalania. Regulacja prędkości posuwu pokładu rusztu i układ powietrza podmuchowego jest dokonywana za pomocą falownika. Kotły wodne typu WR, opalane miałem węgla kamiennego, montowane są w ciepłowniach i elektrociepłowniach oraz w zakładach przemysłowych jako urządzenia do wytwarzania ciepła. Kocioł jest zabudowany w układzie dwuciągowym, w którym I ciąg stanowi wyekranowana ścianami gazoszczelnymi komora paleniskowa. Obmurze kotła stanowi sklepienie przednie oraz wyłoŝenie ścian bocznych w obrębie zapłonu węglowodorów. II ciąg to wzdłuŝnie opłetwiony pęczek konwekcyjny. Ściany drugiego ciągu są równieŝ gazoszczelne. Kocioł wyposaŝono w instalacje sterujące procesem spalania, tj. wtórnego powietrza nad rusztem i recyrkulacji spalin pod ruszt. Ruszt mechaniczny posiada kaskadowy układ podawania paliwa, dzięki czemu moŝe być przystosowany do równoległego współspalania odpadów drewna poprzez prostą instalację drugiego układu zasilania 1. Kotły wodne JUBAM EKO, o trójciągowej konstrukcji wymiennika ciepła, to całkowicie zautomatyzowane, ekologicznie czyste kotły opalane węglem. Mechaniczny palnik retortowy (spalanie bezdymne) w połączeniu z elektronicznym sterowaniem tworzy wysoko sprawne (min. 88%) i najtańsze w eksploatacji źródło ciepła dla potrzeb centralnego ogrzewania i przygotowania ciepłej wody uŝytkowej. Kotły JUBAM EKO mogą być stosowane w instalacjach wodnych systemu otwartego lub zamkniętego (poprzez zastosowanie wymiennika ciepła) oraz w instalacjach ciepłej wody uŝytkowej, pracujących w zakresie temperatur nieprzekraczających 90 C 2. Modernizacja kotłów poprzez zmianę paliwa W przypadku kotłowni 1, 2, 3 i 4 proponowana modernizacja mogłaby polegać na zmianie paliwa poprzez zastosowanie domieszek z paliw ekologicznych. W kotłowni nr 1 ze względu na duŝe prędkości przepływu jedyną mieszanką, jaką moŝna zastosować, jest domieszka zrębków. Biorąc pod uwagę konieczność zachowania niezmiennej ilości wytwarzanego ciepła, 1 tonę miału moŝna by zastąpić mieszanką składającą się z 0,75 t miału i 0,375 t zrębków. W kotłowniach nr 2, 3 i 4 moŝna zastosować domieszkę słomy. Mieszanka składałaby się z 0,75 t miału i 0,375 t słomy. Przyjmując cenę miału na poziomie 250 zł/t, zrębków 160 zł/t, a cenę słomy na poziomie 90 zł/t oraz zapotrzebowanie na paliwo, obliczono oszczędności wynikające z proponowanej modernizacji. Wyniki obliczeń przedstawiono na rys. 1.

3 Oszczędność, zł/rok Nr kotłowni Rys.1. Oszczędności wynikające z modernizacji poprzez zastosowanie domieszek Zastosowanie domieszek w postaci zrębków i słomy pozwoliłoby na sumaryczną oszczędność rzędu miliona zł/rok. Oszczędności te wynikają przede wszystkim z róŝnicy w cenie paliw. Ponadto uŝycie proponowanych domieszek nie wymaga Ŝadnych modernizacji, zmniejszając jednocześnie emisję pyłów i gazów szkodliwych dla środowiska. W kotłowniach 5-10 modernizacja polegałaby na całkowitej zmianie paliwa. Węgiel moŝna by zastąpić zrębkami, modyfikując jedynie ustawienia sterownika podającego paliwo. Taka beznakładowa modernizacja przyniosłaby stosunkowo duŝe oszczędności, które zestawiono na rys Oszczędności, zł/rok Nr kotłowni Rys.2.Oszczędności wynikające z modernizacji poprzez zmianę paliwa JeŜeli w kotłowniach nr 5-10 zastąpi się węgiel paliwem ekologicznym w postaci zrębków, moŝna uzyskać oszczędności rzędu 113 tys. zł/rok. Jest to obniŝenie kosztów paliwa w stosunku do węgla o ok. 27%.

4 Modernizacja kotłowni propozycja W przypadku kotłowni 3 i 4 proponowana modernizacja mogłaby polegać na zastosowaniu kotłów typu BIO-PAL. przystosowanych do spalania słomy w balotach. Aby zapewnić odpowiednie moce cieplne naleŝałoby wprowadzić następującą konfigurację: kotłownia nr 3: dwa kotły o mocy 1,1 MW + dwa kotły o mocy 0,75 MW, kotłownia nr 4: dwa kotły o mocy 1,1 MW + jeden kocioł o mocy 0,75 MW. Biorąc pod uwagę ceny kotłów tego typu (kocioł o mocy 1,1 MW 100 tys. zł, kocioł o mocy 0,75 MW 80 tys. zł), całkowite koszty inwestycji dla obu kotłowni wyniosłyby 640 tys. zł. Oszczędności wynikające z proponowanej modernizacji wyniosłyby natomiast 386 tys. zł/rok. Inwestycja zatem zwróciłaby się w ciągu dwóch lat i wydaje się bardziej atrakcyjna niŝ stosowanie domieszek, gdyŝ oprócz oszczędności przynosi znaczący efekt w postaci nowoczesnych urządzeń. Analizując zastosowanie proponowanych rozwiązań modernizacyjnych, nie naleŝy zapominać o efekcie ekologicznym. Na podstawie składu chemicznego pyłu węglowego, węgla kamiennego, zrębków i słomy wyznaczono ilość CO 2 i SO 2 emitowanych w ciągu roku przed i po modernizacji. Wyniki obliczeń przedstawiono na rys. 3. Zastosowanie proponowanych modernizacji spowoduje obniŝenie emisji CO 2 o ok. 28%, a SO 2 o ok. 25%.

5 To się opłaca Przeprowadzone obliczenia wykazują, Ŝe wdroŝenie przedstawionych modernizacji zakładu ciepłowniczego moŝe przynieść znaczący efekt zarówno ekonomiczny, jak i ekologiczny. Rozpatrując modernizację zakładu z uwzględnieniem oszczędności wynikających z kosztów paliwa i opłat środowiskowych oraz nakładów inwestycyjnych na zakup nowych kotłów, naleŝy stwierdzić, iŝ juŝ w pierwszym roku po modernizacji zysk wyniósłby ok. 1 mln zł. W kolejnych latach oszczędności kształtowałyby się na poziomie 1,6 mln zł. Reasumując, moŝna przyjąć, iŝ dobra inwestycja ekologiczna, pociąga za sobą znaczne korzyści ekonomiczne. Źródła