KORSZERÛ ENERGETIKAI BERENDEZÉSEK 4.3 2.6
Korszerű gázmotor a lüneburgi hőszolgáltató erőműben Tárgyszavak: gázmotor; hőséma; hőtároló; forróvíz-kazán; hatásfok.
Lüneburg városában a távhőszolgáltatás két részre oszlik: – a közeli Bockelsberg városrészt ellátó hálózat 8 MW teljesítménnyel, – egy belvárosi távhőszolgáltató hálózat közel 46 MW teljesítménnyel, mintegy 16 km-es nyomvonalon. Ez a hálózat nyáron 70 °C előremenő, 50 °C visszatérő, télen 130 °C előremenő és 60 °C visszatérő hőmérsékletekkel működhet. A belvárosi hálózatot régebben a középvárosi és az északi fűtőerőművek látták el hővel. A fluid tüzelésű Északi Fűtőerőmű a megnövekedett szennyezéskibocsátás és a gazdaságtalanná vált üzemeltetés miatt már 1995-ben leállt. Azóta a hőellátást a Középvárosi Fűtőerőmű biztosította, az Északi Fűtőerőműben csak két tartalék kazán maradt. A Középvárosi Fűtőerőműben végül egy forróvíz-kazán és három gőzkazán dolgozott két ellennyomású és egy elvételes, kondenzációs gőzturbinával. A turbogenerátorok együttes villamos teljesítőképessége 4,36 MW, a kapcsoltan kiadott hő 40,1 MW volt. A gazdasági és a műszaki szempontok alapján 1998-ban elhatározták az optimális távhőszolgáltató berendezés megépítését. A gazdaságossági számítások figyelembevételével a felújítás alapja egy gázmotoros kapcsolt hőszolgáltató egység létesítése volt. Az erőmű négy földgáz- vagy fűtőolaj-tüzelésű forróvíz-kazánból és egy gázmotoros kapcsolt hőszolgáltató egységből áll (1. ábra). A továbbiakban még egy gázmotoros kapcsolt hőszolgáltató egységgel való bővítést terveznek. Az egység működését a hőszolgáltatás vezérli, a termelt áramot az Avacon AG cég hálózatába táplálják be. Az egyszerűsített hőkapcsolás a mellékelt ábrán látható (2. ábra). A kazánpark három új, a fővállalkozó BPA Borsig Energy által gyártott forróvíz-kazánból (1 x 14,5 MW és 2 x 9 MW), és egy, az Északi Fűtőerőműből áthelyezett forróvíz-kazánból (4,5 MW) áll. A kazánok 95–140 °C előremenő forróvíz-hőmérséklettel működnek. Háromútú szelep segítségével a visszatérő még 75 °C-ig csökkenthető. A visszatérő víz hőmérséklete 50–60 °C.
BME–OMIKK – Energiaellátás… 2002/4.
3
gázmotor kapcsolt hőszolgáltatással
hőtárolók
fűtőolajtartály
vezénylő
kazánház
gázszabályozó állomás
1. ábra Helyszínrajz A kazánokat és a kapcsolt hőszolgáltató egységet vízoldalon két, egyenként 125 m3-es hőtároló köti össze. Ezek 95/60 °C hőmérséklet-ingadozás mellett az erőművi blokk 1,9 órás hőkiadását tudják fedezni. A tárolók segítségével lehetőség van az optimális terhelésváltoztatásra. A kazánok és a blokk sorosan vagy párhuzamosan üzemeltethetők. Soros kapcsolás 95 °C feletti előremenő vízhőmérséklet esetén szükséges, ekkor a blokk a visszatérő víz hőmérsékletét emeli meg a forróvíz-kazánok számára. A tüzelőanyag-ellátást egy új gázszabályozó állomás és egy 400 m3-es fűtőolajtartály biztosítja. A fűtőerőművi blokk központi része a Wärtsilä 18V28SG belső égésű motor, amelynek villamos teljesítménye 4560 kW. A motorhoz tartozik egy turbokompresszor, valamint egy aszinkrongenerátor. A berendezéshez tartoznak a hűtővíz, az olajhűtő és a távozó kipufogógáz hőcserélői, a katalizátor, a távozó gáz hangtompítója és a gázszabályozó. A teljes tömeg 63 t, szállítója a finn Wärtsilä Corporation. A 18 motorhenger mindegyike külön egyedi szabályozással rendelkezik. A villamos hatásfok 41,3%. A motor tüzelőanyagszegény keverékkel dolgozik, a levegő/tüzelőanyag aránya, (λ) nyílt égőkamra esetén λ ≤ 1,6, előkamrás üzem esetén λ ≥ 2,1. A biztos gyújtás miatt a Wärtsilä 18V28SG-nél előkamrát alkalmaznak. Az égőtérbe és az előkamrába 4
BME–OMIKK – Energiaellátás… 2002/4.
BME–OMIKK – Energiaellátás… 2002/4.
2. ábra Hőséma 5
történő gázbeáramlást mágnesszelep szabályozza. A gyújtást és a gázbevezetést a teljesítmény, a gőzösszetétel, a környezeti hőmérséklet és az elégett gáz kibocsátása szabja meg. A hengerekbe épített érzékelő kopogás esetén a gázösszetételt automatikusan megváltoztatja. Az előkamra alkalmazásának köszönhetően a motor eléri a λ = 2,1 arányt és a 16 bar közepes nyomást. Ennél a motortípusnál ezáltal a hatásfok 43% (DIN 6271 szerint). A nagyobb légfelesleg kisebb NOx-tartalmat biztosít. A motor főbb műszaki adatai az 1. táblázatban vannak. 1. táblázat A Wärsilä 18V28SG motor fő műszaki adatai Motor hengerszáma és elrendezése
18 V
Furat/löket
281/320 mm
Hengerenkénti lökettérfogat
19,7 dm3
Effektív közepes nyomás
16 bar
Sűrítési arány
11:1
Fordulatszám
1000 min–1
Fajlagos tüzelőanyag-fogyasztás (DIN 6271)
2,23/kWhmech.
A gáz legkisebb előnyomása
2,8 bar
A távhőszolgáltatás visszatérő vizét először a kompresszor léghűtőjének első fokozatába, majd sorban az olajhűtőbe, a hűtővíz hőcserélőjébe és a távozó füstgáz hőcserélőjébe vezetik, és ennek során 95 °C-ra melegszik fel. A kompresszor levegőhűtő második fokozatát külön, a szabadban helyezték el. Innen télen a hőt a gázmotor gépterem szellőztető levegőjének előmelegítésére használják fel. A távozó füstgázrendszerben a katalizátort közvetlenül az abszorpciós – reflexiós kombinált hangtompító elé szerelték be. Ezután következik a füstgázhőcserélő, amely a távfűtés előremenő vizét maximum 100 °C-ra tudja felmelegíteni. Az üzemi nyomás legnagyobb értéke 16 bar lehet. A blokk fő üzemi adatait a 2. táblázat mutatja be. A Wärtsilä gépegység egy hangszigetelt betonépületben helyezkedik el. A motornál és a generátornál keletkezett hőt a szellőzéssel, ventilátorokkal kell elvezetni. Ez nagy légcsatorna-keresztmetszeteket, és ezzel nagyméretű hangtompítókat követel. Folyékony (glikol–víz) keverékkel is vezetnek el hőt a szabadban elhelyezett hőcserélőbe, innen pedig a környezetbe. Ezt a hőt a kazánházba befúvott szellőző levegő előmelegítésére lehet felhasználni. A folyadékhűtés előnyei: – a blokk gépházába vezetett levegő mennyiségét 70%-kal lehet csökkenteni, tulajdonképpen csak az égési levegő beszállítása marad meg feladatként, – az elvezetendő levegő mennyisége 95%-kal csökken, 6
BME–OMIKK – Energiaellátás… 2002/4.
– Jelentősen csökken a hangtompító és a légszűrő mérete, helyszükséglete, – 60%-kal csökken a levegőbevezetés energiafelhasználása (ventilátor helyett szivattyúkat használnak), – az elvezetett hőt a többi épületbe bevezetett szellőző levegő előmelegítésére lehet felhasználni, – csökken a zajkibocsátás. 2. táblázat A gázmotoros kapcsolt távhőszolgáltató egység fő műszaki adatai Tüzelőanyag-fogyasztás
10 825 kW
Villamos teljesítmény
4563 kW
Villamosenergia-termelés hatásfoka
43%, DIN 6271
A hűtővíz és a kenőolaj hasznosított hőteljesítménye
60 °C visszatérő fűtővíz-hőmérséklet esetében
A távozó gáz hőcserélőjében hasznosított hőteljesítmény
375/120 °C füstgáz/előremenő fűtővíz-hőmérsékletek esetében
Hőhasznosítás hatásfoka
45,7%
Kibocsátott gáztérfogat szárazon (5 %(V/V) O2)
12 700 m3/h
Előremenő fűtővíz-hőmérséklet
95 °C
Gépegység méretei hossz/szélesség/magasság
10,1/2,7/3,7 m
Motor/motor-generátor tömege
42 000/63 000 kg
A motor gázkibocsátásánál a keverékszegény üzemmód miatt előfordulhat egyenlőtlen gázkibocsátás, pufogás. A biztonságos üzem miatt beépítettek hasadótárcsát, mely csak 0,5 bar nyomásemelkedést enged meg. A távozó gáz elvezető vezetékének tisztítására beépítettek egy öblítő levegőt befúvó berendezést a katalizátor elé. A levegőbefúvás időtartama 5 perc. A gázmotoros távhőszolgáltató berendezést az Avacon AG cég létesítette és üzemelteti. A 72 órás, helyszíni felügyelet nélküli próbaüzem sikeresen lezajlott. A berendezés üzemeltetése és felügyelete a Hannover melletti Rethenben lévő vezérlő helyiségből, távirányítással történik. A 2000. január elején indított lüneburgi üzem az Avacon tizenötödik gázmotoros fűtőerőműve. A berendezés már 8000 üzemórát teljesített, ebből 6000 az évi üzemóra. A blokk által kiadott hőt a távhőszolgáltató rendszer teljes mértékben felhasználta. (Boros György) Walkenbach, P.; Stiefel, R.; Hirschfelder, A.: Moderner Gasmotor im BHKW Lüneburg. = Gaswärme International, 50. k. 5–6. sz. 2001. p. 240–243. Walkenbach, P.; Stiefel, R.; Hirschfelder, A.: Planung und Bau des Blockheizkraftwerkes Lüneburg-Mitte und erste Betriebserfahrungen mit dem Gasmotor 18 V 28SG von Wärtsilä. = VGB PowerTech, 2002. 1. sz. p. 47–53.
BME–OMIKK – Energiaellátás… 2002/4.
7
8
BME–OMIKK – Energiaellátás… 2002/4.
