PÉCSEN ÜZEMEL AZ ORSZÁG ELSŐ SZALMATÜZELÉSŰ ERŐMŰVE A PANNON-HŐ KFT. ÁLTAL MEGVALÓSÍTOTT ÚJ BIOMASSZA TÜZELÉSŰ KAZÁN 2013. ÉV MÁSODIK FELÉTŐL TISZTÁN MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁSBÓL BIZTOSÍTJA PÉCS VÁROS TÁVHŐIGÉNYÉT. AZ ÚJ LÉTESÍTMÉNY MINTEGY 31 000 LAKÁST ÉS 450 KÖZINTÉZMÉNYT LÁT EL.1 Hegedüs Attila2 Előzmények A Dalkia cégcsoporthoz tartozó Pannonpower joggal nevezhető a megújuló energiaforrások éllovasának, mivel 2004. év végén az országban elsőként sikeresen üzembe helyezte a 49,9MWe villamos teljesítményű faapríték tüzelésű kazánját. A Dalkia csoport a biomassza tüzelőanyaggal történő villamos energia és hőtermelés előállításában szerzett kedvező tapasztalatok alapján a cégcsoporthoz tartozó Pannon-Hő Kft. beruházásában újabb biomassza kiserőmű létesítését határozta el és 2007. novemberében tendereztetési eljárást indított. Az új fejlesztés tartalma egy korszerű, rostélytüzelésű, bálázott mezőgazdasági terméket, illetve mellékterméket tüzelő gőzkazán, a hozzá tartozó tüzelőanyag fogadó, tároló, feladó rendszerrel együtt, felhasználva a meglévő és felújított berendezéseket. A megkötött vállalkozási szerződések alapján 2010 júliusától indulhatott a projekt megvalósítása. A Projekt elemeinek bemutatása A szalmatüzelés elvi sémáját és egyes rendszerelemeit az 1. ábra szemlélteti.
1. ábra – elvi séma 1
A jelen cikk a Dalkia Energia Zrt. és a Pannonpower Zrt. tudomásával és hozzájárulásával jelenhetett meg. Hegedüs Attila, projektvezető, MVM ERBE Zrt., Projekt Koordinációs Főmérnökség, email:
[email protected]; www.erbe.hu 2
1/8
1. Tüzelőanyag előkészítés, fogadás, tárolás Az erőmű üzemeltetéséhez évi ~240 ezer tonna szalmabálára van szükség, melynek a tervek szerint 90%-át mezőgazdasági hulladékból szerzik be és a fennmaradó 10%-ot pedig energiaültetvényekről származó haszonnövényekből, pl. energianádból biztosítják. A fő beszállítási körzet az erőmű 100 km-es körzete, vagyis elsősorban Tolna, Baranya, Somogy és Bács-Kiskun megye. Az erőmű csak kocka bálák (Hesston és Claas típusú bálák, lásd 2. ábra) fogadására, illetve tárolására rendezkedett be az anyagmozgatás egyszerűsítése és a gazdaságos helykihasználás érdekében. A szalmabálák elsősorban pótkocsis szállítójárműveken érkeznek az erőműbe, de képesek nyerges vontatón érkező bálákat is fogadni. Az erőmű területén létesült kb. 5600 m2 területű, ~6432 db bála befogadására alkalmas fedett bálatároló, amely kb. 3,5 napi 100 %-os teljesítmény biztosításához szükséges tüzelőanyag mennyiség befogadására képes. Az erőmű területére belépő teherautók regisztrálására és irányítására mágneskártyás beléptető rendszer, valamint jelzőlámpás forgalomirányító rendszer létesült. A bálatárolóba betárolt szalmabálák regisztrálása, súly és nedvesség mérése a 2 db automatikus üzemre is képes ~21 m fesztávolságú, 20 t teherbírású híddaru segítségével történik, ami egyidejűleg 12 db bála (egy szállítási sor) mozgatását végzi. Amennyiben a beérkezett bála megfelel a minőségi kritériumoknak (max. 25 % átlagos nedvességtartalom), vagy a tárolási helyre kerül lerakásra, vagy a láncos szállítópályára, ami azt a kazánhoz szállítja. Amennyiben a bála minősége nem felel meg az előírt követelményeknek, úgy a szállítmány elutasításra kerül. A bálák lerakodását követően a szalmatöreteket mind a platóról, mind a szállítójármű közeléből összegyűjtik, ez a központi porszívó rendszer segítségével a kazánba juttatható.
2. ábra – bálarakodás
2. Tüzelőanyag feladás a kazánba A kazánhoz történő feladás során a bálák 2 db párhuzamos szállítószalagon, egy bálafordítón és egy un. kocsizó egységen haladnak keresztül, ami már a kazán tüzelési igényének megfelelően a 4 párhuzamos feladó vonalra osztja szét a bálákat. (lásd 3. ábra). A bálák pontos helyzetének nyomon követésére fotocellás rendszer került kiépítésre. A 4 db párhuzamos feladó soron a kazán jobb szabályozhatósága érdekében egy ismételt súly-, és nedvességmérés történik, majd ezt követően kerül sor a bálák szétbontására egy fordulatszám szabályzóval ellátott függőleges elrendezésű duplacsigán keresztül. A szétbontott bálák vízhűtéses köpennyel rendelkező, szintén fordulatszám szabályzós duplacsigás adagolón keresztül jutnak a tűztérbe. A tűzbiztonsági előírásoknak megfelelően a teljes bálakezelési rendszer automatikus tűzjelző és tűzoltó rendszerrel lett felszerelve, mely elárasztásos sprinkler oltórendszert jelent. A bála feladó rendszer 4 párhuzamos szakaszában a bálák biztonsági szempontból csak zsilipelve haladhatnak a kazán felé, ezzel is megakadályozva a szállítási vonalon történő esetleges visszaégést, illetve a tüzelés szempontjából fals levegő kazánba történő bejutását. Amennyiben a normál üzemi feladó soron bárminemű meghibásodás 2/8
következne be (pl. bála elakadás), a kazánüzem fenntartása érdekében egy vész feladó rendszer is ki lett építve, mely 15 bála/h feladási kapacitással üzemeltető. A kazánba másodlagos tüzelőanyagként max. 50 % energiabevitelig faapríték is eltüzelhető, mellyhez a meglévő faapríték előkészítő és feladó rendszert felhasználva, a meglévő szállítószalagokra 1-1 új elvételi lehetőség került kiépítésre. Az új kazánhoz egy 160 m3-es tároló és 2 db 15 m3-es adagoló aprítéksiló segítségével 0-50 % között szabályozható a kazánba adagolt faapríték menyisége. A faapríték a fentiekben leírt bálabontó csigához kerül beadagolásra, és a szalma tüzelőanyaggal elkeveredve kerül a tűztérbe.
3. ábra – bálafeladó sorok, felettül a faapríték adagoló tartályok (narancssárga)
3. Kazán és tüzelés A kazán egy alsó tartószerkezeten álló membránfalas, természetes cirkulációjú kazán, rezgőrostély tüzeléssel, mely négy huzamból áll (lásd 4. ábra).
4. ábra – a kazán felépítése
A tűztérben található a rezgőrostély, mely membránfal szerkezetű, így része a kazán vízkörének. Az égéshez szükséges primer égéslevegő a vízcsöveket összekötő gátlemezeken keresztül ~3 mm-es furatokon jut be a kazánba . A rostély ~1,5 percenként történő rázásával 3/8
(a ciklusidő állítható) a rostélyra kerülő tüzelőanyag égése serkenthető és biztosítható a tüzelőanyag rostélyon történő végighaladása, mely végén az teljesen elég és a maradékanyag a záróvízzel feltöltött salakteknőbe hullik. A tűzteret membránfal határolja, melyben a tüzelőanyag beadagoló csatornák, a búvó és kémlelő nyílások környezetét, valamint a salakteknőt megelőző „salakcsúszdát” tűzálló falazat védi. A besugárzott tűztérbe került elhelyezésre a függesztett csöves 3. számú túlhevítő fokozat (TH3) is. A 2. huzamban található a szintén főként sugárzásos hőterhelésnek kitett 4. számú túlhevítő fokozat (TH4). A TH3 és TH4 ferrites acélból készült. A 3. huzamban található két konvektív túlhevítő fokozat a 2-es (TH2) és 1-es (TH1) számú, melyek anyaga ausztenites acél. Az egyes túlhevítő fokozatok között befecskendező szelepek segítségével szabályozható a fokozatból kilépő gőz hőmérséklete. A 4. huzam külön tartószerkezeten egy füstgáz fordítót követően tartalmazza az ECO és füstgáz hűtő (FGC) fokozatokat. A kazán főbb paraméterei: - névleges gőzteljesítmény: 137,2 t/h; - névleges gőznyomás: 100 bar; - névleges gőzhőmérséklet: 540 oC Az égéslevegő előmelegítése két külön - egy kisnyomású és egy nagynyomású - hőcserélő körön keresztül valósul meg. A kisnyomású levegő előmelegítő a füstgáztisztító utáni, kéményre történő rácsatlakozás előtti ~135 oC-os füstgáz hőjét egy külön vízkörön keresztül hasznosítja, míg a nagynyomású levegő előmelegítő a kazán 4. huzamából a FGC segítségével elvont hővel melegíti az égéshez szükséges levegőt. A hőátadó felületek tisztítása érdekében vizes (tűztéri) és gőzös (3. és 4. huzami) koromfúvók kerültek beépítésre. Gőzös koromfúvók közül 5 db a harmadik füstgáz huzamba, az SH1 és SH2 jelű túlhevítők tisztítására került beépítésre, ezek típusa forgólándzsás koromfúvó. A negyedik füstgáz huzamban 4 db fésűs koromfúvó került beépítésre az ECO és a FGC hőcserélők tisztítására. A tűztér tisztítására kettő nagynyomású vizes koromfúvók került beépítésre az egymással szemben lévő oldalfalakra, melyek vízsugara egy előre beprogramozott útvonalon halad. Az NOx kibocsátás csökkentése érdekében SNCR (Selective non-catalytic reduction) rendszer került kiépítésre, mely a tűztérbe (950-1000 oC-os füstgázba) ammónia 25%-os vizes oldatát fecskendezi be. A szükséges ammónia tárolására egy 35 m3-es, duplafalú, rozsdamentes állóhengeres puffer tároló tartály létesült, mely biztonsági okokból a kazánházon kívülre került elhelyezésre. A kazán indításához a tűztérbe ~11 m-es magasságban egy 10 MW teljesítményű földgáz tüzelésű kihúzható gázégő került beépítésre, amit csak az indítás időtartama alatt vezérelnek gyújtási pozícióba a tűztérbe, normál üzemben a tűztérből kihúzva helyezkedik el és a tűztér felől egy hővédő pajzzsal kerül lezárásra. 4. A keletkező hő hasznosítása A kazánból kilépő gőzt a meglévő III. sz. elvételes ellennyomású- és IV. sz. kondenzációs turbina képes hasznosítani. A IV. turbina gőzelvételein, valamint a III. turbina megcsapolásain és az expanzió végén kiáramló gőz hőenergiája képes ellátni távhőszolgáltatási igényeket is. Az erőmű a téli és nyári hőigényekhez illesztve képes kapcsoltan előállítani hő- és villamos energiát. A kazán által termelt gőz által hasznosítható villamos és távhő nagyságát a 1. táblázat tartalmazza. Teljesítmények Gőz, ill. villamos teljesítmény Kogenerációs távhő teljesítmény
Biomassza kazán 2 137,2 t/h (100 MWt) -
1. táblázat – Kazánból kinyert gőz hasznosítása III. turbina IV. turbina 28,5…0,0 MWe 35,0…~22,0 MWe 70,0…0,0 MWt
0,0…40,0 MWt
4/8
5. Kilépő füstgáz kezelése A kazánból kilépő füstgáz összetétele nagyban függ a bemenő tüzelőanyag összetételétől. A füstgáztisztító rendszerek tervezési adatait és az előírt kibocsátási határértékeket a 2. táblázat tartalmazza. 2. táblázat táblázat – Kazánból kilépő szennyezőanyagok és előírt határértékek Szennyezőanyag Kazánból kilépő mennyiség Előírt határérték SO2 , SO3 (SO2-ben kifejezve) 360 ≤200 [mg/Nm3] NOx (SNCR üzemeltetésével) 300 ≤300 [mg/Nm3] NH3 átszökés (SNCR 30 30 üzemeltetésével): [mg/Nm3] 3 Szilárd anyag: [mg/Nm ] 16100 ≤30 CO: [mg/Nm3] 250 ≤250 HCl: [mg/Nm3] 1530 ≤100 HF: [mg/Nm3] 320 ≤15 * A 10/2003. (VII.11.) KvVM rendelet, ill. a 1546-31/2007 egységes környezethasználati engedély szerint száraz (vízmentes) 101,3 kPa nyomású, 0 °C hőmérsékletű és 6 tf% O 2 tartalmú és füstgáz esetén.
A tüzelés során keletkező NOx csökkentése a 3. pontban ismertetett SNCR rendszer segítségével történik. A keletkező szilárdanyag csökkentése érdekében a kazánból kilépő füstgáz egy multiciklonon halad keresztül, amely egy közös házban elhelyezett 288 db 230 mm átmérőjű öntöttvas ciklonból tevődik össze és 77,3 %-os leválasztási hatékonyságot eredményez. A leválasztott pernye (~ 850 kg/h) 8 db közös kereten elhelyezett Big-Bag zsákokba kerül betöltésre. A részben tisztított füstgáz a 2250 mm átmérőjű, 7150 mm hosszú csőszakaszba (mixerbe) kerül, ami egy örvénykeltő elemekkel felszerelt csőszakasz. Feladata a füstgázba adagolt mészhidrát, vagy mészhidrát-füstgázból kiszűrt reakcióképes anyag keverékének hatékony elkeverése, hogy a füstgáz szennyezőinek (SO2, SO3, HCl, HF) a mészhidráttal történő reakcióba lépését elősegítse. A keletkező reakciótermékek és a füstgázban lévő szilárd szennyezőanyagok kibocsátásának csökkentése érdekében a füstgáz zsákos szűrőn halad keresztül, mely 6 párhuzamos, egymástól teljesen leválasztható és kizárható szekcióból áll. A füstgáz a fémvázas merevítésű 126 mm átmérőjű, 7230 mm hosszú szűrőbetéteken halad keresztül, melyből 1728 db található a teljes tisztító berendezésben, ez 4965 m2 szűrőfelületet jelent. A zsákok tisztítása automatikusan nyomáskülönbségről vezérelt sűrített levegős lepufogtató rendszer segítségével történik. A zsákos szűrő alján lehulló pernye és mészhidrát keverék még tartalmaz reakcióképes mészhidrátot, így a leválasztott szilárd anyag 50%-a még visszakeverhető a mészhidrát beadagoló rendszerbe. A maradék leválasztott szilárd anyag a multiciklonból leválasztott pernyéhez hasonlóan 8 db közös kereten elhelyezett Big-Bag zsákokba kerül betöltésre. 6. Keletkező hulladékok kezelése A kazán 1. és 2-3 huzamában keletkező salak a salakhűtő medencéből egy átmeneti 40 m3-es salaksilóba kerül, ahonnan szintén 8 db kereten elhelyezett Big-Bag zsákba kerül betöltésre. (lásd 5. ábra).
5/8
5. ábra – keletkező maradékanyag kezelése
A kazánból és a multiciklonból kikerülő salak és pernye biomassza tüzelőanyag égési maradéka, így azok a bevizsgálást követően talajjavítóként visszaszállíthatók a betakarítási területekre. A mészhidrát beadagolást követően a zsákos szűrőn keresztül leválasztott pernye veszélyes hulladékként kezelendő és csak veszélyes hulladéklerakóra szállítható. 7. Kapcsolódó beruházások a meglévő erőműi berendezéseken Az új kazán által termelt gőzt a meglévő erőműi rendszereken hasznosítják. Annak érdekében, hogy hosszú távon (25 év) megbízhatóan, jó hatásfokkal állíthasson elő az erőmű villamos- és hő energiát, a beruházó több kapcsolódó rendszerét saját szervezésben és felügyelettel felújította. Ilyen munkálatok voltak: - a III. sz. generátor, gerjesztő és segédberendezéseinek teljes körű felújítása, - a III. sz. gőzturbina DCS folyamatirányító rendszerhez történő csatlakozásának kiépítése, - a IV. sz. gőzturbina felújítása, - a III. sz. és IV. sz. turbógenerátorok hálózati csatlakozásának átépítése, - a III. sz. 120/10 kV-os főtranszformátor, a III. sz. és IV. sz. háziüzemi transzformátorok felújítása, - a 4. sz. 8 cellás kényszerhűtésű hűtőtorony teljes körű felújítása (építész, gépész, villamos, irányítástechnika), - a meglévő vezérlő átépítése az új kazán irányítórendszerének befogadására, - a 2. sz. falazott tégla kéményben az új kazán számára új füstcső kiépítése, különválasztva a meglévő földgáz tüzelésű kazánok füstgáz elvezetésétől. A projekt főbb közreműködői: Beruházó: Pannon-Hő Kft. Fő technológia (Kazán) szállítója: DP Clean Tech Europe A/S EPC-M (engineering, procurement, and construction management) Vállalkozó és a kapcsolódó segédrendszerek szállítója: Kraftszer Kft. Az MVM ERBE Zrt. részt vett a Projekt teljes előkészítésében, a megvalósíthatósági tanulmány készítésétől az engedélyeztetésen és versenyeztetésen keresztül. A megvalósítás során a Megrendelő Mérnökeként teljes körű mérnökszolgáltatást nyújtott a tervezés, a kivitelezés, valamint az üzembe helyezés műszaki ellenőrzésével.
6/8
A megvalósult projekt értékelése /üzem behelyezési és üzemeltetési tapasztalatok/ A projekt üzembe helyezése során – a hagyományos üzembe helyezési feladatok mellett - a következő kritikus feladatokat kellett megoldani:3 o A kazán kifúvatása során a Vállalkozó és a Megrendelő igyekezett a hagyományosnak mondható földgáztüzelés mellett a biomassza alapú energiabevitelt is kihasználni. A tevékenységet a tüzelőanyag fizikai tulajdonságainak változása és a tüzelés szabályozók beállításainak hiánya nehezítette. Manuálisan történt a tüzelőanyag beadagolása és a kifúvatási folyamat végrehajtása, ami kihívást jelentett mind a Vállalkozóknak, mind a kezelőknek. o A hagyományos kazán szabályozó rendszerek üzembe helyezése mellett a tüzelés beszabályozása szintén nagy bonyolultságú feladat volt, hiszen több tüzelőanyag fajtára a primer, szekunder és tercier levegő arányszabályozását is el kellett végezni. A beszabályozást nehezítette a szilárd tüzelőanyag fizikai tulajdonságából adódó inhomogén összetétel. A folyamatos lengéseket az egyes szabályzóköröknek kellett lekövetni, melyek programozásához üzemi tapasztalatokat, méréseket is figyelembe kellett venni. Az üzembe helyezési folyamatot nagyban nehezítette a fő technológia szállítójának idő közbeni csődbemenetele. A kazán beüzemelését ezt követően az erőmű üzemeltetője vette át, melyet külföldi, tapasztalattal rendelkező tanácsadó (BWE Ltd) cég segített. o A kiforrottnak tűnő technológia ellenére a tüzelési beállítások során tapasztalt probléma volt a szalmabálák tüzelőanyag csatornán történő visszaégése. A probléma kiküszöbölésének feltétele, hogy a szalmaadagoló csatornák tüzelőanyaggal telítettek legyenek, kiszorítva az égéshez szükséges levegőt. A kezelők tapasztalatai alapján kiegészítő hőmérsékletmérők kerültek beépítésre, melyek segítik megakadályozni a visszaégés kialakulását. o A bálák kezelése sem volt egyszerű művelet, mivel az egyes beszállítók eltérő bálaminőséget produkálnak, illetve az időjárási viszonytagságoknak kitett bálák állaga is változó. Az üzembe helyezés során tapasztalt eltérő bála minőségek következtében új rögzítő elemekkel (tüskékkel) kellett kiegészíteni mind a bála szállítószalagokat, mind a bálarakodó daruk megfogói elemeit. o A keletkező salak kezelése is többször okozott problémát az előzetes tervekhez képest. A keletkező maradékanyag tároló tartályban történő feltapadásának és eltömődésének megszűntetésére a Vállalkozó sűrített levegős légágyúkat szerelt be. Az új biomassza tüzelésű blokk fél éves üzemeltetése alatt szerzett tapasztalatok:4 o A kazán folyamatosan üzemel, melynek teljesítményét elsősorban a felhasznált tüzelőanyag minősége határozza meg. Amennyiben a tüzelőanyag ellátás egyenletesnek mondható, a kazán 88-90,5 %-os hatásfokkal képes villamos és hőenergia előállítására. o A kazán az üzembe helyezése óta szinte folyamatosan 100 %-os teljesítménnyel üzemelt ~98 %-os rendelkezésre állással, ami nagyban köszönhető a kazán kezelő személyzetének. A szalmabálák méretéből és súlyából adódóan a tüzelőanyag beszállítás ugyanis fokozott felügyeletet igényel. o Az új kazán és a meglévő faapríték tüzelésű kazán együttes üzemével az erőmű és a város távhőellátása függetleníteni tudta magát a földgáz ellátástól és annak árváltozásától. o Az új kazán üzembe helyezésével az erőműnek új kapcsolatokat kellett kiépítenie az új igények kiszolgálására jelentkező mezőgazdasági szereplőkkel. Ez két 3
Az összeállítás Saliga Ákos az MVM ERBE Zrt., Műszaki ellenőrzési és üzembe helyezési osztály vezetője közreműködésével történt. 4 Az összeállítás Bősz Róbert a Pannon Hőerőmű Zrt., erőművi főmérnöke közreműködésével történt. 7/8
különböző gondolkodású iparág összekapcsolódása, ami csak egy kölcsönös megértési és tanulási folyamat eredményeként lehet sikeres. A szoros együttműködéshez hozzá tartozik, hogy az erőmű éves szinten ~4 milliárd forintért vásárol tüzelőanyagot, melyet a merőgazdaság is kedvezően tud kamatoztatni. Az eredmények mind két fél számára biztatóak, melynek jó alapja a megvalósított új berendezés. A projekt összetettségéből adódó nehézségeket az együttműködő Felek sikeresen oldották meg, melynek eredményeként Pécs városa ismét egy büszkeséggel gyarapodhatott. Nem elhanyagolható az a tény sem, hogy a projekt nagyban hozzájárul a Nemzeti Fejlesztési Minisztérium által kitűzött „NEMZETI ENERGIASTRATÉGIA 2030” –ban megfogalmazott célkitűzéshez, amely szerint a megújuló energiák részarányát növelni szükséges. Felhasznált irodalom Pannon-Hő Kft. sajtóhírei – www.pannonpower.hu Kraftszer Kft. által készített kiviteli tervek – www.kraftszer.hu MVM ERBE Zrt. által készített összegzések, fényképek.
8/8
