PNEUMATICKÁ DOPRAVA ODSIŘOVACÍCH VÁPENCŮ V TEPLÁRNĚ ATEL a. s. KLADNO Ing. Petr Rayman, RAYMAN spol. s r. o. Kladno
Úvod V rámci přechodu na spalování nových druhů hnědého uhlí v teplárně Atel Kladno a v souvislosti s plánovaným snížením emisních limitů vznikl požadavek na dávkování většího množství odsiřovacích vápenců do fluidního lože kotle. Současně provozovatel rozhodl o používání jiného druhu vápence z jiné lokality. To vyvolalo potřebu zvýšení dopravní výkonnosti stávající pneumatické dopravy vápence ze zásobního sila do denního zásobníku. Proto bylo rozhodnuto o vybudování nové pneudopravní linky s částečným využitím stávajícího dopravního potrubí. Nositelem technického řešení a dodavatelem pneudopravního zařízení byla firma RAYMAN spol. s r. o. Kladno. Zařízení bylo realizováno v r. 2006, zkušební provoz byl ukončen a zařízení bylo předáno v r. 2007. Cílem tohoto článku je seznámit odbornou veřejnost s progresivním způsobem pneumatické dopravy vápence ze zásobních sil do expedičního zásobníku. Stávající stav a původní pneudopravní zařízení: Původní pneudopravní zařízení bylo uvedeno do provozu v r. 1999. Odsiřovací vápenec je skladován v betonovém sile o průměru 9 m a objemu cca 680 m3. V kuželovém dně sila je výpustný otvor o rozměrech 2050 x 2050 mm, na který je napojen Oscilomat, který podává materiál do ocelové jehlanové výsypky se vstupním průřezem 2000 x 2000 mm, výstupním průměrem DN 300 mm a objemem cca 5,5 m3. Tato výsypka nebyla vybavena žádným provzdušňovacím ani jiným uvolňovacím zařízením. Na výsypku navazuje ruční revizní uzávěr, dálkově elektropneumaticky ovládaný materiálový uzávěr a nádoba komorového podavače o objemu 3,3 m3 (užitečný objem 3
Obr. 1: Stávající podavač
m3) (obr. 1). Na její výstupní přírubu navazuje dávkovací uzávěr vybavený pneumatickým pozicionérem a směšovací kus, ve kterém se směšuje dopravovaný materiál s dopravním vzduchem. Nádoba komorového podavače je odvzdušněna do víka sila a je tlakována a doplňována vzduchem shora.
1
Na směšovací kus navazuje dopravní potrubí DN 200. To je vedeno vodorovně a asi po 8 m se stáčí šikmo vzhůru do rozbočky. Na tu navazují dvě potrubní trasy. Ty jsou vedeny částečně souběžně ke kotelně, kde se oddělují a každá svojí cestou vede do společného denního sila. Zhruba uprostřed své délky jsou obě potrubní trasy rozšířeny na světlost DN 250. Důvodem vedení dvou dopravních potrubí byl nestabilní provoz pneudopravního zařízení a časté ucpávání dopravního potrubí. Proto vždy jedna trasa sloužila jako provozní a druhá byla buď čištěna nebo byla připravena k okamžitému použití při ucpání provozovaného potrubí. Jako zdroj dopravního vzduchu pro pneudopravu slouží dvě paralelně pracující Rootsova dmychadla s výtlačným tlakem 100 kPa. Třetí dmychadlo je použito jako 50% rezerva. Všechna dmychadla jsou umístěna ve zvukoizolačních krytech a vybavena dodatečnou filtrací nasávaného vzduchu. Vzduch je ke spotřebičům přiveden ocelovým potrubím. Původní zařízení pracuje cyklicky. Obě pracovní dmychadla pracují trvale, nepřerušovaně. Nádoba komorového podavače se plní materiálem a po signalizaci jejího naplnění maximálním stavoznakem se uzavře vstupní materiálový uzávěr, nádoba se natlakuje a poté se otevře dávkovací materiálový uzávěr. Materiál je vytlačován přetlakem v nádobě podavače do směšovače, kterým se podává do dopravního potrubí. Dávkovací uzávěr pak reguluje výtok materiálu tak, aby se udržoval odpor dopravního potrubí v rozmezí cca +/- 10 kPa a nepřetěžovala se dmychadla. Po vyprázdnění nádoby podavače se výstupní uzávěr uzavře, nádoba se odvzdušní a jejím opětovným plněním začíná další dopravní cyklus. Průběh odporu dopravního potrubí je zaznamenán v grafu na obr. 2, kde lze vidět jednotlivé dopravní
Obr. 2: Průběh odporu dopravního potrubí ve stávajícím zařízení při dopravě vápence VČS 2
cykly a značné kolísání odporu dopravního potrubí svědčící o nestabilním chodu zařízení. Dosahovaná průměrná dopravní výkonnost stávajícího zařízení je cca 10 - 14 t/h. Zařízení pracuje nestabilně, dochází k občasnému ucpávání dopravního potrubí a poměrně častému klenbování materiálu jak v ocelové výsypce sila, tak v podavači samotném (deformace po uvolňování údery jsou patrné na obr. č. 3) . Zařízení vyžaduje trvalý dozor a občasné zásahy obsluhy. Nově realizované pneudopravní zařízení: V zadání na nově realizované pneudopravní zařízení byly následující výrazné požadavky: - zvýšení dopravní výkonnosti zařízení na min. 17 t/h Obr. 3: Deformované zařízení
-
zvýšení provozní spolehlivosti a odstranění ucpávání dopravního potrubí možnost provozu starého a nového zařízení současně
Po seznámení se se stávajícím zařízením a provedení nezbytných výpočtů bylo navrženo zařízení pneumatické dopravy vápence průtokovým podavačem. Vzhledem k vysoké sypné hmotnosti vápence a jeho hrubosti byly ověřeny jeho vlastnosti ve fluidním stavu na zkušebním přípravku zhotovitele a byla stanovena optimální rychlost fluidace. Navržené zařízení mělo kromě zvýšení dopravní výkonnosti a spolehlivosti přinést také snížení energetické náročnosti a výrazné snížení investičních nákladů využitím jedné ze stávajících dopravních tras. Bylo rozhodnuto, že stávající zařízení se ponechá jako provozní a výkonová rezerva. Pro realizaci byl použit průtokový podavač nové generace (obr č. 4). Tento způsob dopravy je založen na využití tlaku vysoké fluidní vrstvy materiálu pro překonání odporu dopravního potrubí. Doprava správně navrženým průtokovým podavačem probíhá kontinuálně, plynule a bez rázů. Obr. 4: Průtokový podavač Funkční schéma navrženého zařízení je uvedeno na obr. č. 5. Ocelová výsypka zásobního sila vápence je nově vybavena provzdušňovacím zařízením sestávajícím z provzdušňovacích skříní. Do zadní stěny výsypky byl proveden boční odběr sestávající z fluidního dopravníku a vestavby výsypky osazené
3
Obr. 5: Funkční schéma obou zařízení provzdušňovacími
skříněmi (obr. 6, kde skříně výpadu jsou zasypány hrubým nefluidizovatelným materiálem po zkušebním provozu s velmi hrubým vápencem). Na fluidní dopravník bočního odběru navazuje ruční revizní šoupátko a tvarový fluidní dopravník (obr. 7), kterým proudí vápenec do gravitační komory průtokového podavače. Sklon fluidního dopravníku byl s ohledem na zadanou granulometrii dopravovaného vápence volen nestandardní. Před gravitační komorou je osazen materiálový uzávěr ovládaný pneupohonem. Obr. 7: Boční odběr a V průtokovém podavači se materiál směšuje fluidní dopravník s dopravním vzduchem a pod tlakem vysoké fluidní vrstvy materiálu vytvořené ve výsypce sila a gravitační komoře a dopravního vzduchu proudí směs dopravním potrubím do denního sila. Dopravní potrubí bylo ve své první části provedeno nové a v místě původní rozbočky stávajícího potrubí bylo napojeno na jednu z původních tras. Obr. 6: Vestavba výsypky
4
Tou je vápenec dopravován do denního sila. Na svém konci byly trasy v souladu s požadavkem investora vzájemně propojeny tak, aby bylo možno plnit každou polovinu denního sila z libovolného dopravního potrubí. Gravitační komora průtokového podavače je odvzdušněna odvzdušňovacím potrubím do víka zásobního sila. Protože z dispozičních důvodů nebylo možno dodržet minimální sklon dopravního potrubí, bylo odvzdušňovací potrubí doplněno o propojovací fluidní dopravník. Denní silo je při dopravě odprášeno jednak stávajícím filtrem s pulsní regenerací filtračních hadic osazeným na víku zásobníku, jednak nově vybudovaným filtrem osazeným obdobně. To umožní současný provoz obou pneudopravních zařízení. Vyčištěná vzdušina je vyfukována z výstupních hrdel filtrů ventilátory výstupním potrubím do ovzduší nad střechou kotelny. Prach zachycený ve filtrech padá volně zpět do denního sila. Při dopravě nově realizovaným zařízením je pro provzdušňovací zařízení, fluidní i stlačeného
dálkovou
dopravu
využíváno
vzduchu z dvojice paralelně zapojených Rootsových dmychadel (obr. 8). Ta jsou umístěna v budově sil na stejném podlaží, jako průtokový podavač. Výtlačný
Obr. 8: Dmychadla
tlak dmychadel je 80 kPa, stroje mají nižší výkonnost, než stávající dmychadla a také nižší příkon. Pro zvýšení provozní spolehlivosti bylo použito stávající záložní
dmychadlo i pro nové zařízení. Protože původní dmychadla měla vyšší výkonnost, je část vzduchu ze záložního dmychadla při provozu v novém zařízení odvedena přes tlumič hluku mimo budovu sil. Stávající dopravní potrubí, které bylo využito pro nové zařízení, je odstupňované. První část je provedena ve světlosti DN 200, druhá část v DN 250. Aby byla snížena dopravní rychlost v první části dopravního potrubí, bylo souběžně s dopravní trasou provedeno vzduchové potrubí. Jím je část vzduchu přivedena až do redukčního kusu a je přidána do koncové části dopravního potrubí (DN 250). Nově realizované pneudopravní zařízení pracuje kontinuálně. Do provozu se uvádí pouhým spuštěním dmychadel a následným otevřením materiálového uzávěru. Z provozu se odstavuje uzavřením materiálového uzávěru a po časové prodlevě nutné pro vyčištění dopravních cest se odstaví dmychadla. Technické údaje Základní technické údaje jsou uvedeny v tabulce č. 1. Pro srovnání jsou uvedeny technické údaje jak od původního zařízení pneudopravy, tak od nově realizovaného.
5
Tabulka č. 1: Technické údaje Parametr
Jednotka
Dopravní výkonnost
t.h-1
Dopravovaný materiál Sypná hmot. Materiálu
--kg.m-3
Délka dopravního potrubí Z toho převýšení Světlost doprav. Potrubí Objem nádoby/grav. komory podavače
Stávající zařízení Nové zařízení 12 – 15*
18
vápenec 1200 – 1600
Vápenec 1500
m m mm m3
172 19,2 206/259 3,0
172 19,2 206/259 0,26
Počet pracovních dmychadel Výkon dmychadel
ks m3.h-1
2 2 x 2595
2 2 x 2524
Výtlačný tlak dmychadel Instalovaný příkon dmychadel Příkon dmychadel Zastavěná plocha (podavačem)
kPa kW kW m2
100 2 x 110 2 x 98 3,4
75 2 x 75 2 x 66,4 0,6
18,2
3,2
16,33 –13,07*
7,38
9,49 – 7,60*
4,29
Zastavěný prostor (vč. nosné konstrukce) m3 Měrná spotřeba energie Měrná spotřeba energie na 100 m dopravní trasy
kWh.t-1 -1
kWh.t /100 m
Pozn.: * v závislosti na sypné hmotnosti a vlastnostech vápence, skutečně naměřeno 14 t/h Uvedení zařízení do provozu a provozní zkušenosti Zařízení bylo po dokončení montáže, stavební, tlakové a individuální zkoušce a komplexním vyzkoušení uvedeno do provozu v září 2006. Během montáže zařízení byla projektantem prováděna důsledná kontrola realizace díla dle projektu. Samotnému najetí předcházela pečlivá kontrola montáže a těsnosti potrubních spojů. Dále byla prověřena funkce všech uzávěrů a spolehlivost jejich ovládání. Samotné uvedení zařízení do chodu proběhlo po otevření revizního uzávěru a spuštění dmychadla otevřením materiálového uzávěru a tím přivedením materiálu do průtokového podavače. Zařízení naběhlo napoprvé bez nutnosti jakýchkoli dodatečných zásahů. Jako vcelku obtížné se projevilo měření výkonnosti zařízení. Protože pracuje kontinuálně, není možno výkonnost stanovit z počtu a hmotnosti dávek, jak je tomu u zařízení původního. Po dohodě s provozovatelem byl stanoven nepřímý postup měření výkonnosti stanovením doby provozu a otáček rotačních podavačů na výstupech z denního sila. Toto měření bylo časově náročné, stejně tak jeho vyhodnocení. Proto dodavatel zjišťoval reakce zařízení na zásahy při seřizování se značným zpožděním, což komplikovalo a značně prodlužovalo proces seřízení zařízení. Další komplikací byl občasný provoz zařízení
6
s materiálem s podstatně jinými vlastnostmi, než zadanými. To se týkalo zejména jeho zrnitosti. To je hlavní důvod, proč zkušební provoz zařízení trval poměrně dlouho dobu, a to cca 5 měsíců. Během této doby však bylo nové zařízení provozováno přednostně. Pouze nárazově bylo využíváno i původní zařízení pro pokrytí špičkových spotřeb vápence. Po uvedení do provozu bez jakéhokoli seřízení pracovalo zařízení s výkonností 8 – 10 t/h. Postupnou výměnou materiálových clon v podavači a dýz v rozvodech vzduchu bylo dosaženo dopravní výkonnosti 13 – 14 t/h. Po důkladném rozboru naměřených hodnot získaných při provozu zařízení, úpravě sání dmychadel výrobcem a dalších výměnách omezovacích orgánů byla dosažena výkonnost 18 t/h, což znamená mírné překročení její projektované hodnoty. Podstatnou okolností pro dosažení potřebné výkonnosti bylo správné nastavení rychlosti dopravního vzduchu v první polovině dopravního potrubí (světlost DN 200). Po konečném seřízení zařízení je jeho provoz naprosto klidný, bez tlakových rázů v dopravním potrubí a jiných anomálií (viz průběh tlaku v dopravním potrubí na obr. 9). Výkonnost zařízení po jednom roce od uvedení do provozu plně odpovídá projektovým předpokladům. Během ročního provozu nedošlo k jedinému ucpání dopravního potrubí a zcela jsou vyloučeny zásahy obsluhy pro udržení zařízení v provozu.
Obr. 9: Průběh odporu dopravního potrubí v novém zařízení
7
Porovnání původního a nového zařízení Nově realizované zařízení pneumatické dopravy zaujme při srovnání na první pohled svojí jednoduchostí a velice malým zastavěným prostorem (obr. 10). Vzhledem k těmto jeho vlastnostem ho bylo možno realizovat bez demontáže či úprav stávajícího zařízení. Oproti původnímu zařízení neobsahuje doprava průtokovým podavačem žádné pohyblivé součásti přicházející do styku s dopravovaným materiálem. Tím je vyloučeno jejich opotřebení otěrem a jsou značně sníženy náklady na servis a opravy zařízení. Vzhledem k vyšší spolehlivosti nového zařízení se snížily požadavky na přímé zásahy obsluhy. Nově realizované zařízení má v průměru o 35% vyšší dopravní výkonnost při snížení spotřeby energie i
Komorový podavač
Průtokový podavač
Obr. 10: Stávající komorový podavač (vlevo) a nový průtokový podavač (vpravo)
instalovaného příkonu o 32%. Měrná spotřeba energie se snížila z původní průměrné hodnoty 14,70 kWh/t na 7,38 kWh/t dopraveného materiálu, tedy téměř na polovinu. U stávajícího zařízení dochází ke značně nerovnoměrnému provozu, jak je vidět z obr. 2. Nejenže pracuje cyklicky, ale i v průběhu dopravních
cyklů dochází ke kolísání odporu dopravního potrubí způsobujícím v něm tlakové rázy a délky dopravních cyklů se od sebe poměrně značně liší. Oproti tomu nové zařízení vykazuje klidný a plynulý chod (obr. 9). Podrobné porovnání technických parametrů obou zařízení je možno učinit z tabulky č. 1 uvedené výše. Závěr Realizované zařízení pneumatické dopravy průtokovým podavačem je vysoce hospodárné a výkonné, pracuje samočinně bez obsluhy. Jeho provoz je sledován na počítači ve velíně. Vyznačuje se vysokou technickou úrovní a nízkou spotřebou energie pro dopravu. To dokazují nejenom naměřené hodnoty, ale i velmi jednoduché a téměř okamžité uvedení do provozu a naprosto bezporuchový provoz. Zařízení neobsahuje žádné pohyblivé části přicházející do styku s dopravovaným materiálem a doprava probíhá s minimálními dopravními rychlostmi a naprosto kontinuálně. To sebou nese nepatrné nároky na údržbu. Vyjímečná možnost porovnat dvě vedle sebe realizovaná koncepčně rozdílná zařízení pro dopravu shodného materiálu při téměř shodné dopravní trase názorně a jednoznačně
8
prokázala výhodnost použití průtokového podavače. Na první pohled je patrná zásadně rozdílná velikost a hmotnost obou zařízení. To je doplněno výrazně nižší spotřebou energie pro dopravu materiálu. Všechny tyto faktory přeneseně šetří při výrobě i provozu zařízení životní prostředí. Zařízení pneumatické dopravy průtokovým podavačem je zvláště vhodné všude tam, kde je k dispozici dostatečná aktivní výška a tím i potenciální energie dopravovaného materiálu (doprava ze sil a zásobníků apod.) nebo kde je možno si ji vytvořit použitím gravitační komory. Při seřizování zařízení se prokázala vhodnost postupné změny dopravní rychlosti vzduchu v dlouhých dopravních potrubích větších světlostí. Dále byla prokázána vhodnost použití průtokového podavače i pro dopravu hrubších materiálů. Podmínkou však zůstává jejich fluidizovatelnost a vytvoření hydrostatického tlaku ve vysoké fluidní vrstvě. Závěrem by chtěl autor tohoto článku vyjádřit poděkování pracovníkům investic i provozu firmy Atel Kladno za účinnou spolupráci při realizaci zařízení. Ta se týkala především vstřícnosti při požadavcích na dočasná omezení provozu při seřizování pneudopravního zařízení a přednostního vyhodnocování údajů o skutečné dopravní výkonnosti.
V Milevsku, prosinec 2007
Ing. Petr Rayman
9
