UKŁADY KOGENERACYJNE. DOŚWIADCZENIA Z WDRAŻANIA I EKSPLOATACJI

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "UKŁADY KOGENERACYJNE. DOŚWIADCZENIA Z WDRAŻANIA I EKSPLOATACJI"

Edyta Małgorzata Kowalska
8 lat temu
Przeglądów:

1 UKŁADY KOGENERACYJNE. DOŚWIADCZENIA Z WDRAŻANIA I EKSPLOATACJI Autor: Andrzej Grzesiek Dorago Energetyka ( Energetyka Cieplna i Zawodowa - nr 5/2010) Obserwując zmiany zachodzące na światowych rynkach energetycznych i chcąc sprostać wymogom ekonomicznym (tanio i konkurencyjnie produkować energię cieplną), ekologicznym (zmniejszać emisję gazów do atmosfery) oraz technologicznym, należy pójść drogą gospodarki skojarzonej. Wśród rozwiązań technicznych układów skojarzonej produkcji energii elektrycznej i cieplnej należy wymienić: 1. Blok kogeneracyjny z turbiną parową i kotłem opalanym biomasą. 2. Blok kogeneracyjny z turbogeneratorem ORC i kotłem na olej termalny opalanym biomasą. 3. Blok kogeneracyjny z silnikiem gazowym zasilanym gazem ziemnym. 4. Blok kogeneracyjny z silnikiem gazowym zasilanym biogazem. 5. Blok kogeneracyjny z turbiną gazową zasilaną gazem ziemnym. Na początku procesu inwestycyjnego należy wykonać szczegółową analizę projektu. W tym celu należy wykonać: 1. Koncepcję projektu, która zawiera opis funkcjonalny układu ze specyfikacją urządzeń. W skład koncepcji wchodzi ocena wartości produkcyjnych wraz z oceną nakładów inwestycyjnych. Na etapie koncepcji należy przygotować propozycje struktury finansowania. Wśród źródeł finansowania należy wymienić: Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej - program wspierania OZE i obiektów wysokosprawnej kogeneracji, Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej dotacje, dopłaty do odsetek, pożyczki preferencyjne, pożyczki umarzalne (warunek, środki własne na poziomie 25%), środki własne na poziomie 25%, Program Operacyjny Infrastruktura i Środowisko, działanie 9.1. i dotacja (kwota dotacji zgodnie z mapą pomocy regionalnej). 2. Studium wykonalności wraz z analizą ekonomiczną

chcąc sprostać wymogom ekonomicznym (tanio i konkurencyjnie produkować energię cieplną), ekologicznym (zmniejszać emisję gazów do atmosfery) oraz technologicznym, należy pójść drogą gospodarki

2 W kolejnym kroku przygotowania inwestycji należy uzyskać: warunki przyłączenia do sieci energetycznej, opinię oddziaływania inwestycji na środowisko, warunki zabudowy, pozwolenie na budowę. Po uzyskaniu finansowania przystępujemy do realizacji inwestycji. Doświadczenia z wdrażania i eksploatacji układów kogeneracyjnych przedstawiono na przykładzie turbiny gazowej oraz układu ORC. Głównymi częściami składowymi układu kogeneracyjnego z turbiną gazową są: 1. Turbina gazowa 2. Kocioł odzyskowy Rys.1 Turbina gazowa model: Centrax-Allison (Rolls-Royce Group) CX 501 KB7 Parametry turbiny są następujące: moc 5,2 MWe, przy 15 C, zużycie gazu przy nominalnej mocy około N m3/h, napięcie 6/15 kv, liczba obrotów ob.r/min (redukcja do 1500 obr/min), sprawność ηe=30,5%, graniczna temperatura w komorze spalania C, temperatura spalin wylotowych waha się od 495 do 525 C. Turbina jest wyposażona w: instalację wtrysku wody do komory spalania do redukcji NOx (dopuszczalna emisja NOx wynosi 162 g/gj), układ antyoblodzeniowy powietrza (włącza się on przy temperaturach poniżej 5 C). Kocioł odzyskowy

Głównymi częściami składowymi układu kogeneracyjnego z turbiną gazową są: 1. Turbina gazowa 2. Kocioł odzyskowy Rys.

3 Kocioł odzyskowy produkcji HKB posiada następujące parametry: moc 6 11,6 MWt, typ: wodny, ciepłowniczy, parametry wody 0,9 MPa/150 oc/70 oc, sprawność z dopalaniem 81%, wydajność kotła bez dopalania wynosi 9,2 MWt, temperatura spalin za kotłem i ekonomizerem wynosi oc Podstawowym paliwem dla turbiny gazowej jest: 1. gaz ziemny GZ 50 o parametrach: wartość opałowa kj/m 3, ciepło spalania kj/m 3, ciśnienie 2000 kpa, zawartość siarki całkowitej poniżej 40 mg/m 3 2. olej opałowy lekki EKOTERM o parametrach: wartość opałowa kj/m 3, gęstość 850 kg/m 3, zawartość siarki 0,2% (wagowo), popiół 0,01% (wagowo). Podczas eksploatacji turbin gazowych należy mieć na uwadze następujące układy: 1. Układ przygotowania powietrza. Wstępną filtrację powietrza przeprowadza się za pomocą mat na wlocie do czerpni powietrza. Dokładną filtrację powietrza prowadzi się w dwóch stopniach I stopień - filtry patronowe, II stopień - filtry kasetonowe. Podczas eksploatacji sprawdzamy spadek ciśnienia na filtrach i w zależności od wielkości spadku wymieniamy komplet filtrów na nowe. W czasie pracy turbiny filtry są czyszczone przez wstrząsanie sprężonym powietrzem, które uruchamia się od pewnego poziomu spadku ciśnienia. Wymiana filtrów występuje co 9-12 miesięcy w zależności od zanieczyszczenia środowiska, w którym pracuje turbina. 2. Układ smarowania. Układ smarowania jest wypełniony specjalnym olejem silnikowym, którego parametry są monitorowane podczas pracy turbiny. Monitorowany jest: stan oleju, własności oleju.

700 kj/m 3, ciepło spalania 37.400 kj/m 3, ciśnienie 2000 kpa, zawartość siarki całkowitej poniżej 40 mg/m 3 2. olej opałowy lekki EKOTERM o parametrach: wartość opałowa 42.

4 W przypadku zmiany parametrów fizykochemicznych oleju następuje wymiana całego stanu oleju. Próbki oleju pobiera się raz na kwartał. 3. Układ podgrzewu i filtracji gazu. Składa się z filtrów gazu oraz instalacji podgrzewu gazu. Podgrzew gazu może być zrealizowany z sieci cieplnej lub kotła gazowego. Filtry gazu należy sprawdzać co najmniej raz w roku. W przypadku zbyt dużych spadków ciśnienia na filtrach, należy filtry wymienić. 4. Układ antyoblodzeniowy. Przeciwdziała dostaniu się kryształków lodu do układu sprężarki turbiny i komory spalania. Jest to realizowane za pomocą gorącego powietrza z chłodzenia kontenera turbiny gazowej. Układ akpia steruje ilością powietrza gorącego w stosunku do ilości powietrza całkowitego do procesu spalania. Układ antyoblodzeniowy można wykorzystywać także w przypadku dużego zawilgocenia powietrza. 5. Układ mycia turbiny. W zależności od środowiska, w którym turbina pracuje, dobiera się częstotliwość mycia turbiny: mycie turbiny na ruchu 1 lub 2 razy w tygodniu, mycie turbiny na obracarce jeden raz na dwa tygodnie. Mycie turbiny przeprowadza się wodą zdemineralizowaną z dodatkiem środków myjących a zimą z dodatkiem środków przeciwzamarzających. Bardzo ważnym elementem w eksploatacji turbin gazowych jest serwis turbiny i zapewnienie wysokiej dyspozycyjności na poziomie 97%.Tylko pełny serwis u producenta turbiny zapewnia uzyskanie wysokiej dyspozycyjności turbiny. Układ ORC Układ ORC składa się z dwustopniowej turbiny, zasilanej oparami (z reguły określonym izowęglowodorem przykładowo i-c5h12) substancji organicznej, która pracuje na małych obrotach i w dodatku jest sprzężona z elektrogeneratorem bez kosztownej przekładni. Układ jest tani inwestycyjnie i eksploatacyjnie, a w dodatku charakteryzuje go wysoka sprawność. Ciecz organiczna oraz jej opary są w hermetycznie szczelnym obiegu i nie ma tu kosztownej demineralizacji wody kotłowej. W dodatku ciecz organiczna jest ogrzewana syntetycznym olejem termicznym, który cyrkuluje przez kocioł pod normalnym ciśnieniem, a nagrzewany bywa do temperatury 300 o C. To wszystko minimalizuje personel obsługi, koszta inwestycyjno-remontowe i zapewnia wysoki stopień niezawodności ruchu.

W przypadku zbyt dużych spadków ciśnienia na filtrach, należy filtry wymienić. 4. Układ antyoblodzeniowy. Przeciwdziała dostaniu się kryształków lodu do układu sprężarki turbiny i komory spalania.

5 Rys. 2. Rozmieszczenie urządzeń ORC Rys. 3. Wykres przemian termodynamicznych Zasady działania modułu ORC Podgrzany w kotle olej oddaje swoją energię w parowaczu, podgrzewając olej silikonowy aż do przejścia w stan parowy. Para oleju silikonowego kierowana jest do turbiny, gdzie następuje jej rozprężenie i przemiana energii cieplnej na mechaniczną. Energia mechaniczna turbiny zostaje wykorzystana do napędu generatora o mocy elektrycznej 1 MW. Po opuszczeniu turbiny para przepływa przez regenerator. Następnie para kierowana jest do kondensatora, gdzie następuje jej skroplenie.

silikonowy aż do przejścia w stan parowy.

6 Ciepło powstające w czasie skraplania pary wykorzystywane jest na potrzeby sieci grzewczej. Parametry modułu ORC Palenisko z rusztem schodkowym opalane biomasą Moc 10 MWt, Temperatura wyjściowa z kotła 310 C, Temperatura wejściowa z kotła 250 C, Ciśnienie 13 bar, Czynnik grzewczy olej termalny. Układ ORC Moc elektryczna łącznie 1862 kw, Moc elektryczna netto 1775 kw, Moc cieplna 7850 kw, Parametry wody 90/60 C, Napięcie 660V. Zastosowany turbozespół ORC wyposażony jest w generator asynchroniczny produkcji ABB typ AMA 500L2D BSM o następujących parametrach: moc wyjściowa 1900 kw, napięcie wyjściowe 660 V ± 5%, częstotliwość 50 Hz ± 2%. Układy ORC można instalować w pomieszczeniach adaptowanych po likwidowanych kotłach węglowych, co pozwala ograniczyć koszty inwestycyjne. W kotłowniach węglowych zazwyczaj jest dużo wolnych przestrzeni (magazyn opału, magazyn żużla), które można wykorzystać na magazyn biomasy. Przy doborze układu kogeneracyjnego należy dokładnie przeanalizować: 1. rozkład obciążeń cieplnych - szczególnie obciążenia godzinowe przy pracy systemu ciepłowniczego na potrzeby cwu 2. dostępność paliwa 3. możliwości lokalizacyjne 4. dostawy paliwa Własności eksploatacyjne turbogeneratora ORC - wysoka dyspozycyjność - wysoka elastyczność (od %) - instalacja bezobsługowa - prawie stała sprawność w szerokim zakresie pracy - niskie obroty turbiny - niskie obciążenia mechaniczne turbiny - duża żywotność turbiny

termalny. Układ ORC Moc elektryczna łącznie 1862 kw, Moc elektryczna netto 1775 kw, Moc cieplna 7850 kw, Parametry wody 90/60 C, Napięcie 660V.

Podobne dokumenty

DORAGO ENERGETYKA DOŚWIADCZENIA Z WDRAŻANIA I EKSPLOATACJI UKŁADÓW KOGENERACYJNYCH Opracował Andrzej Grzesiek Pakiet 3x20 (marzec 2007r) Kompleksowe rozwiązania energetyczno klimatyczne kierunki dla ciepłownictwa: