Zkušenosti s provozem biomasového zdroje v Teplárně Mydlovary

Zkušenosti s provozem biomasového zdroje v Teplárně Mydlovary Petr Busta, vedoucí Teplárna Mydlovary Milan Váša, vedoucí Provoz a správa zdrojů Konference Biomasa, bioplyn & energetika 2015

2

Historie

Historie Teplárny Mydlovary 1922 Jihočeské elektrárny převzaly Jihočeskou důlní společnost, vlastnící práva na těžbu lignitu v okolí, generátor 0,9 MWe, postupně zvyšování výkonů kotlů a turbín

1968 Teplem zásobováno město Zliv

1973 Přechod na Sokolovské energetické uhlí, instalováno 160 t/hod v páře a 24,5 MWe

1975 Parovod DN 500 do Č. Budějovic, dodávka pro spol. MAPE 100tis.GJ/rok, pro Teplárnu Č. Budějovice až 700 tis. GJ/rok, spol. Bionafta 25 tis GJ/rok,Zliv 125 tis GJ/rok Podnikatelský záměr – Spalovna komunálního odpadu Karolína; odstavení uhelné části a plná plynofikace od r. 2002, od výstavby Spalovny upuštěno

2009 Přestavba parních plynových kotlů na teplovodní, výstavba plynové kogenerační jednotky

2011 Parní biomasový zdroj na lesní štěpku s výrobou elektřiny 4

5

Současnost

7

Přehled základních parametrů  Do soustavy CZT pracují 3 zdroje - kogenerační jednotka (1.200 kWe; 1.270 kWt), kotel na zemní plyn (5,6 MWt) a biomasový kotel (2,661 MWe; 9,07 MWt)

 Roční výroba elektřiny  kogenerační jednotka  biomasový kotel

21.011 MWh 3.487 MWh 17.524 MWh

 Roční výroba tepla  kogenerační jednotka  kotel na zemní plyn  biomasový kotel - OTV

59.880 GJ 12.765 GJ 2.036 GJ 45.079 GJ

 Roční prodej tepla 32 960 GJ + 686 GJ (vlastní spotřeba)  připojeno 647 domů vč. bytových a 39 firem, délka trasy tepelných rozvodů 15,55 km, ztráty v tepelných rozvodech 26.234 GJ 8

Technologické schéma Teplárny Mydlovary Kondenzační odběrová turbína 2,66 MWe 11,7 t/h 400 °C 3,2 MPa

~

Biomasa

0,12 MPa

Chladící věž

Kondenzátor

Napájecí nádrž

5,6 MWt 90/70 °C

KJ 1,17 MWe 1,2 MWt

90/50 °C

~ Výměník

Zemní plyn

9

Zemní plyn

5,4 MWt

Akumulace tepla

CZT Mydlovary - Zliv

Energoblok na spalování biomasy

Základní údaje  Technologie a provoz  parní kotel VYNCKE 11,7 t/h a kondenzační odběrová turbína EKOL  jmenovitý svorkový výkon cca 2,66 MWe  odběr páry z turbíny pro výrobu teplé vody do CZT (max. výkon cca 5,4 MWt)  roční provoz cca 8.000 hodin  Palivo  Pouze dřevní hmota, základním palivem lesní štěpka o výhřevnosti 7-12 GJ/t (kategorie O2), záložním palivem odřezky a krajiny (kategorie O3)  30.000 t/rok  90 t/den  Výroba: elektřina + teplo  roční dodávka cca 15.000 MWh elektřiny (cca 6.000 domácností) a 60.000 GJ tepla na úrovni teplé vody do 95 °C (soustava CZT Mydlovary-Zliv)  Emise  zařízení splňuje zpřísněné emisní limity (zejména TZL – elektrofiltr, skutečné emise cca 30 mg/Nm3) 11

Popis technologie – Kotel         

Typ Jmenovitý výkon Parní výkon Účinnost kotle Tlak vyrobené páry Teplota vyrobené páry Teplota napájecí vody Výhřevnost paliva Výkonový rozsah

Vyncke JNO-COMBI 9,07 MWt (8,00 – 10,9 MWt) 11,7 t/h (9,3 – 12,8 t/h) 87 % 3,2 MPa 400 °C 105 °C 7 – 12 MJ/kg 80 – 100 % (parametry)

Doba uvedení do provozu na provozní parametry (teplota, tlak)  ze studeného stavu 8 - 10 hod  z teplého stavu do 1 hodiny

12

Popis technologie – Turbína             

Kondenzační turbína s regulovaným odběrem Typ EKOL T 2,9 – 3,15/0,12 E Jmenovitý výkon 2,661 MWe Hltnost turbíny 11,7 t/h (9,3 – 12,8 MWt) Tlak admisní páry 3,15 MPa Teplota admisní páry 400 °C Tlak v odběru 0,121 MPa Teplota v odběru 105 – 180 °C Maximální množství v odběru 8,48 t/h Tepelný výkon do výměníku 5,443 MWt Minimální množství do kondenzace 3,22 t/h Tlak emisní páry 0,005 MPa (35 °C) Otáčky 10.000 ot/min

Doba uvedení do provozu na provozní parametry, když je kotel v provozu  ze studeného stavu 4 - 6 hodin  z teplého stavu do 1 hodiny 13

Časový harmonogram projektu        

Finální koncepce EIA Územní rozhodnutí Stavební povolení Veřejná soutěž na generálního dodavatele Výběr zhotovitele Podpis smlouvy Generální dodavatel

09/2008 05/2009 11/2009 02/2010 04-05/2010 05/2010 06/2010 TENZA, a.s.

      

První zapálení kotle První dodávka tepla z výměníku OTV První přifázování turbíny Garanční test A Předběžné převzetí do provozu (PAC) Garanční test B Konečné převzetí biomasového zdroje (FAC)

16.12.2011 3.1.2012 26.6.2012 5.-6.9.2012 (nesplněn výkon TG) 19.12.2012 25.-26.2.2014 29.4.2014

14

Průběh projektu  Původní projekt postupně rozšířen o:  magnetická separace z dopravníku štěpky do kotle  ohřívák napájecí vody do kotle pomocí oběhové vody Zliv doplněn dalším regeneračním výměníkem na sytou páru z kotle nebo odběrovou párou z turbíny  zpevněná plocha na uložení štěpky (zvýšení skladové zásoby)

 Garanční test B ve dnech 25.–26.2.2014 prokázal splnění garantovaných parametrů - hluk, účinnost, emise, min. a max. výkon kotle  Konečné převzetí biomasového zdroje (FAC) 29.4.2014  disponibilita 2x 12 měsíců  V 1. roce sledování (29.4.2014 do 28.4.2015) disponibilita splněna - z limitu 760 hodin vyčerpáno 713 hodin

15

Seznam vad a nedodělků  maximální výkon OTV  nespolehlivá a ne zcela funkční pohyblivá podlaha  tepelné izolace

 vše zásadní odstraněno  výměna hydraulických agregátů a rekonstrukce podlahy  zesílená tepelná izolace výstupního parovodu z kotle  výměna řetězového podavače štěpky a podlaha dopravníku  rekonstrukce šneků dopravy škváry - šnekovnice a koryta zhotoveny z materiálu „hardox“

16

Spalovací komora Na posuvné roštové podlaze dochází k zahoření paliva a nespálené zbytky odchází pomocí šnekových dopravníků do kontejnerů.

17

Technologie – výměník a turbogenerátor

18

Strojovna, kotelna

. Buben kotle

Generátor

Ekonomizér

19

Obrazovka z řídícího systému

20

Velín Operátorské pracoviště řídí celou teplárnu, silniční váhu a komunikaci s Virtuální elektrárnou

Pantofle 21

Sklad biomasy Sklad biomasy, v popředí chladící věže.

22

Elektroodlučovač Popílek z odlučovače odchází také přes šnekový dopravník do kontejneru. Vlevo vrtulová chladící věž.

23

Šnekové dopravníky na výstupu z kotelny Šneky jsou uloženy v plechových korytech z oceli odolné proti otěru. Původní dopravníky bylo nutné vyměnit za odolnější z důvodu vysokého opotřebení šneků i plechových koryt. 24

Kontejnery pro ukládání škváry a popílku. Z dopravníků padá škvára a popílek výsypkou do kontejnerů, které jsou dle potřeby odváženy dodavatelskou firmou.

25

Provoz a údržba

Provádění pravidelné údržby Personální obsazení 3+1 T, denní údržba 1, obsluha směny/velín 2 Zaměstnanci na směně pravidelně po cca 2 hodinách provádí pochůzku po celém provozu včetně přilehlých pomocných technologií, případné zjištěné závady zapisují do provozního deníku, který technici každý den vyhodnocují. Závažné závady se ihned nahlašují specializovaným firmám, většinou těm, které dodávali toto zařízení v rámci své dodávky při výstavbě.

Pochůzka se řídí zpracovaným rozpisem kontrolních činností. Zaměstnanci denní údržby odstraňují závady, které jsou schopni opravit sami a hlavně provádějí každodenní kontrolu a čištění šnekových dopravníků popelovin, mazání veškerých pohyblivých součástí dle mazacího plánu (týdně, měsíčně), výměny olejů čerpadel a olejových náplní hydraulických agregátů. 27

Palivo

Zajištění paliva – lesní dřevní štěpky O2 Zasmluvněno 12 dodavatelů  4 s pevným množstvím (+/- 20% ) a celkové dodávce 28500 tun roční spotřeby, která je cca 30 000 tun  Ostatní s tolerancí 0 – 100 %  celkem zasmluvněno 70 000 tun štěpky kategorie O2 ,1000 tun kategorie O3 (v budoucnu neplánujeme její spalování) a na zkoušku bylo spáleno 220 tun kategorie O1 Vážné výpadky v dodávkách – po čerstvě napadnutém sněhu a povodně. Problémy s nadrozměry ve štěpce během uvádění bloku do provozu se dnes již nevyskytují, zaměřujeme se na obsah cizích příměsí – železo, kamení, hlína. V letním období je dodávka kvalitní štěpky a množství dostatečné, v zimním období je udržení skladu těžší a je nutno ve skladu homogenizovat, díky zásobě na venkovní skladové ploše je možné zvýšit počet nepřijatých dodávek štěpky z důvodu kvality (bahno, zem) a tím zajistit spolehlivý, nepřetržitý provoz v zimním období 29

Zkušenost s kvalitou paliva – lesní dřevní štěpka O2  Vlhkost, výhřevnost  Letní období – obvykle cca 40 %, cca 10-11 GJ/t  Zimní období – obvykle cca 50 %, cca 8 GJ/t  Popelnatost (včetně drobných příměsí)  Velmi různorodá, v průměru cca 5 % (vztaženo na dodaný vzorek)  Objemová hmotnost (projektová 250-350 kg/m3, rozsah 150-450 kg/m3)  Příliš lehké palivo – dopravní cesty nedokážou dostat do kotle požadované množství energie v čase  Příliš těžké palivo – dopravní cesty jsou přetěžovány, poruchy  Nadrozměry, cizí příměsi velkých rozměrů  Dlouhé větve (kromě extrémních případů obvykle nedojde k zaseknutí)  Železné předměty (drobné se vyskytují často, doplněna magnetická separace)  Kameny, kusy betony (spíše mimořádně) 30

Logistika paliva  Doprava a odběr  4 hlavní dodavatelé (cca 70 % dodávek), asi 8 doplňkových  Nákladní automobily, návoz denně 5-7 aut (kromě víkendů)  Odběr vzorku z každé dodávky – vysušení, vyhodnocení vlhkosti a přepočet na výhřevnost  Skladování  Krytá hala na štěpku cca 1000 tun s přejímací jímkou, manipulace pomocí automatického jeřábu (nouzově – pomocí čelního nakladače)  Kapacita – max. 10 dní plného provozu  Venkovní skladovací plocha na cca 1000 tun – nebyla součástí projektu  Dopravní cesty paliva a popelovin  Palivo – hydraulická posuvná podlaha, řetězový dopravník, turniket, šnekové dopravníky na posuvný rošt  Popel (struska) – sestava šnekových dopravníků (první je vodou chlazený), vedoucích do krytých kontejnerů 31

Silniční váha Váha pro zvážení kamionů je obsluhována z velína přes PC – vážení příjezd, odjezd – vytištění vážního lístku.

32

Přejímací jímka

Přijímací jímka pro kamiony pobere cca 100 tun lesní štěpky. V letošním roce prošlo přes tuto jímku 14 246 tun, tj. 570 kamionů. Hlavní návoz začal až v květnu.

33

Výstavba zpevněné plochy pro venkovní sklad štěpky

34

Volně uložená štěpka na asfaltové ploše

35

Zastřešený sklad na štěpku

36

Sklad paliva pojme cca 1 000 tun – zásoba na 10 dní. Štěpka je průběžně mostovým jeřábem homogenizována, tím nedochází k prudkým změnám ve výhřevnosti (vlhkosti) paliva. Dále jeřáb překládá štěpku do denního zásobníku na 60% jeho kapacity, která je 100 tun ( 1 den spotřeby při plném výkonu). 37

Sklad paliva

Drapák na manipulaci se štěpkou uvnitř skladu

38

Denní zásobník Hydraulická podlaha zásobníku podává palivo na řetězový dopravník za zadní stěnu otvorem pod ní. Přední stěna je z dřevěných hranolů. Prostor před touto stěnou slouží pro servis jeřábu.

39

Původní posuvná podlaha na štěpku

40

Posuvná podlaha na štěpku – současný stav

41

Řetězový dopravník – šikmá část do násypky kotle V této části dopravníku je zabudovaná magnetická separace.

42

Nejčastější výpadky a závady

Nejzávažnější poruchy a závady 2015 s následkem odstavení energobloku  Leden – zaškvárování, oprava koryta a šneku dopravy škváry, výměna řetězu řetězového dopravníku, objímka táhla podlahy, netěsnost varného systému K11

 Únor – hydraulika jeřábu, vizualizace ŘS, nespolehlivý chod jeřábu štěpky  Březen – jeřáb, oprava šroubovice šneku škváry Vyncke, armatury vodoznaků, hydraulika posuvné podlahy  Duben – závady na příslušenství (nezpůsobily výpadek bloku)  Květen – jeřáb, šnek č.3, netěsnost ekonomizéru K11  Červen – chlazení oleje TG, šnek č.3, koryto šneku č.4  Červenec – roční odstávka energobloku, únik oleje z protáčecího zařízení TG  Srpen – výměna hydrauliky posuvné podlahy, zaškvárování kotle  Září – oprava šroubovice šneku škváry č.4, kotel 3x odstaven vlivem zaškvárování  Říjen – kotel 2x odstaven vlivem zaškvárování, plánovaná odstávka – výměna šneku č.4, rekonstrukce pohyblivé podlahy, opravy vyzdívek, stavoznaku, příprava pro instalaci regeneračního výměníku 44

Nejčastější příčiny výpadků biomasového zdroje       

45

zaškvárovaný kotel zablokování šneků odpopelnění železem, kamenem apod. ztráta vody ve vodoznacích při výpadcích elektrické sítě při bouřkách nutnost čistit ohřívák vzduchu zaseklý řetězový dopravník štěpky do kotle netěsnost pohonů hydraulické podlahy problémy s jeřábem

Posuvná podlaha

46

Řetězový dopravník štěpky

47

Řetězový dopravník nad turniketem

48

Nálep ze spalovací komory

49

Zaškvárovaný rošt kotle

50

Roštnice

51

Opotřebení šneků na dopravu štěpky do kotle a odvod škváry do kontejnerů

52

Chlazený šnek odpopelnění Vyncke

53

.

54

Opotřebený šnek odpopelnění

55

Opotřebený šnek odpopelnění

56

Repasovaný šnek na odpopelnění

57

Drapák na štěpku

58

Netěsnost kotle – problémy s ohřívákem vody Netěsnost varného systému kotle 25.1.2013 ve svaru v místě přivaření membránové stěny do zavodňovací komory, oprava provedena v záruce. Netěsnost ohříváku vody – ekonomizéru dne 6 - 7.5.2013, v místě zaústění hada do spodního kolektoru, oprava zavařením. Netěsnost ohříváku vody ve dnech 1 – 5 .6.2014 v místě průchodu trubky trubkovnicí na výstupu do komory, zjištěno značné mechanické opotřebení, v době celkové odstávky v červenci 2014 provedena preventivní výměnu cca 110 ks smyček ekonomizéru. Během celkové odstávky v květnu 2015 bylo vyměněno cca 100 smyček z preventivních důvodů - viditelné poškození vnějšího povrchu. S generálním dodavatelem a výrobcem zařízení probíhá diagnóza příčin a následné rozhodnutí o dalším postupu. 59

60

Oprava ohříváku vody – výměna trubek

61

Oprava ohříváku vody – výměna trubek

62

Závěr

Doporučení na základě zkušeností s provozem  Stavět zdroj „na zelené louce“ může být často efektivnější než využití původních, často nevyhovujících prostor při nutnosti kompromisních technických řešení

 Dobře vyladěný spalovací proces umožní dosažení a stabilní udržení výkonu při eliminaci nápeků a nálepů ve spalovací komoře  Kvalita paliva má zásadní význam !!!  Vlhkost, frakce, příměsi, sypká hmotnost  Kvalita štěpky je různorodá, nutnost homogenizace  Důkladné kontroly a hodnocení paliva, tlak na dodavatele  Dimenzování a provedení dopravních cest paliva a popelovin  musí vycházet z kvality a charakteru paliva (dostatečná rezerva!)  lesní štěpka je agresivní a abrazivní materiál, nároky na opravy  Účinný magnet pro separaci nežádoucích železných příměsí je nezbytný, nejlepší umístění je do místa přesypu štěpky 64

65