Aktuální vydání

celé číslo

08

2019

MSV 2019 v Brně

celé číslo

Hospodárné systémy dodávky tepla II – kombinovaná kotelna 60 MW plyn-TTO, město Česká Lípa

Automa 1/2000

Ivan Stránský,
UNITHERM Česká Lípa

Hospodárné systémy dodávky tepla II – kombinovaná kotelna 60 MW plyn-TTO, město Česká Lípa

Článek se zabývá – v návaznosti na již popisovanou soustavou DPS a potrubních sítí (AUTOMA 9-10/99, str. 76-77) – systémem technické realizace napájecího zdroje této sítě, s ohledem na současný stav trendů v této oblasti a se zřetelem na další rozvoj vybavení centrálního zásobování teplem – CZT (kogenerační jednotky).

Okresní město Česká Lípa s přibližně 40 000 obyvateli disponovalo z hlediska CZT uhelnými kotelnami vybavenými kotli typu Dukla a Slatina, s celkovým výkonem asi 80 MW. Kotle roštového typu jsou z hlediska jejich životnosti odepsány, jejich účinnost je velmi malá a navíc zatěžují město neúnosnými emisemi. Také svoz paliva, včetně jeho skladování (jako palivo se používá uhelný prach), obtěžuje obyvatele.

Jako první fáze projektu byla vypracována úvodní studie inovace CZT, v níž byly kromě technických aspektů úkolu vyhodnocovány ekonomické ukazatele jednotlivých variant řešení, tj. průměrný roční zisk, diskontovaný kumulovaný zisk, diskontované kumulované cash-flow, vnitřní výnosové procento, doba ekonomické návratnosti řešení, minimální porovnávací cena dodávaného tepla a citlivostní analýzy rozhodujících vstupů. Uvažovaná roční dodávka tepla je přibližně 730 TJ za rok.

Některé varianty návrhu řešení obsahovaly fluidní uhelné kotle na aditivované hnědé uhlí, event. uhelné kotle v kombinaci s kotli plyn-olej. V úvahu byla vzata též varianta rekonstrukce roštových uhelných kotlů s instalací odprášení a přechodu na palivo s malým obsahem síry, popř. v kombinaci s kogenerační parní turbínou (protitlakou nebo vícestupňovou).

Po podrobných ekonomických rozborech, zvážení vlivu na životní prostředí města a prognostické citlivostní analýze z hlediska vývoje cen paliv komise rozhodla vybudovat zdroj s kaskádou tří kotlů s kombinací zemní plyn-těžký topný olej (TTO) o výkonu 20-20-20 MW, s plynulou regulací dodávaného výkonu. Tato jednotka CZT bude postupně vybavena kogenerací, výkonově vázanou na výkupní cenu elektrické energie. Spodní práh množství výroby elektřiny je dán vlastní spotřebou CZT, přičemž lze uvažovat nákupní cenu kW.h z hlediska ekonomické návratnosti kogenerace. Změna paliva je podmíněna cenovými relacemi dodavatelů a možností záskoku při výpadku dodávky.

Realizovaným řešením první etapy je topná soustava kotlů firmy LOOS, typ UHT 23 000, s kombinovanými hořáky firmy RAY.

Nový zdroj CZT lze rozdělit na tři prostorově oddělené části:

  • vlastní provoz kotelny, obsahující zmíněné kotle a jejich příslušenství včetně odtahů do komína – k tomuto celku patří sestava oddělených dmychadel hořáků kotlů 75 kW se vzduchovody,
  • čerpací stanice oběhových čerpadel Svanehoj 100 kW s příslušenstvím,
  • stanice chemické úpravy vody.

Pro zajištění chodu celku doplňují CZT další subsystémy, např. redukční stanice plynu, rozvodny, dozorna a velín.

Napájení elektrickou energií je řešeno dvojitým napáječem vn/nn, aby bylo odstraněno riziko spojené s výpadky přenosových systémů SČE. Řídicí systémy kotelny, včetně havarijního uzávěru plynu, jsou zálohovány automatickým záskokem náhradním zdrojem.

Centrem sestavy jsou kotlové jednotky zapojené v kaskádě. Centrální řídicí jednotka po vyhodnocení požadavků, velikosti a smyslu regulační odchylky určuje změnu velikosti topného výkonu do primární tepelné sítě města. Podle nastavených tepelných diagramů je postupně automaticky spuštěn či odstaven příslušný kotel v řadě. Regulace výkonu pracuje víceparametrově, volba může být kvalitativní nebo kvantitativní – automat udržuje výkon změnou průtoku vody kaskádou při konstantní teplotě nebo změnou teploty při konstantním průtoku. Požadavek základních teplot se nastavuje v ekvitermním režimu vypočtených křivek. Současně kotlová recirkulační čerpadla, řízená frekvenčními měniči, udržují teplotu vratky na konstantní teplotě. Hořáková automatika udržuje optimální poměr spalovací směsi, dávkování množství vzduchu vháněného dmychadly 75 kW je ovládáno frekvenčním měničem a kontrolováno snímači tlakových poměrů. Provoz každého kotle v řadě je autonomní, tj. každý má vlastní provozní automatiku Loosmatic. Každý má vlastní měření výstupních parametrů (teplot, průtoků, výkonu, emisí), sběr dat provádějí přístroje Maxical firmy Kamstrup. Tyto přístroje jsou na společné komunikační sběrnici s nadřízenými systémy sběru dat a zadávání parametrů. S uvedenými požadavky koresponduje postavení akčních členů – servoventilů, většinou s havarijním uzávěrem. Nadřízeným systémem technologie kotlových jednotek je Simatic S7 (Siemens). Tento automat současně řídí i ostatní související obslužné celky, včetně oběhových čerpadel 3 × 100 kW. Tato čerpadla Svanehoj jsou ovládána pomocí frekvenčních měničů s využitím informací o tlakových poměrech v síti se současným sledováním průtoků a v závislosti na zadání typu regulace. Všechny typy čerpadel a dmychadel jsou jištěny proti výpadku frekvenčních měničů možností přepnout je do nouzového provozu hvězda-trojúhelník. Všechny frekvenční měniče (Danfoss) mají víceparametrovou regulaci a rozhraní na komunikační sběrnici.

Sestavu doplňuje úpravna vody s automatickým doplňovacím systémem na základě kontroly parametrů vody, včetně odplynění a udržování tlaku (doplnění a odpouštění). Obsahuje zásobníky upravené a surové vody, čerpadla a příslušnou ventilovou techniku.

Redukční stanice vysokotlaké přípojky plynu, včetně měření spotřeby a komunikace, je mimo objekt. Hlavní uzávěr plynu má vlastní řízení a zálohový zdroj napájení. Plynová řada hořáku je umístěna podél kotlů v obvyklé sestavě.

Kontrolní, zadávací, archivační a vizualizační systém kotelny je dvojitý, zálohovaný UPS. V prosklené hale kotelny je dozorna (první sestava), v patře stavby je velín (druhá sestava). Použitá vizualizace je systému Control Web v prostředí Windows. Jednotlivé technologické obrazovky postupně znázorňují kotle s měřenými údaji, s možnostmi nastavení, přepnutí a ručního ovládání. Souborná obrazovka znázorní komplet kotlů a jejich akčních členů, včetně nutných údajů. V dalších podsestavách lze přepnout na úpravnu vody, oběhová čerpadla a měření spotřeb. Samozřejmostí jsou archivační podprogramy, přehled zásahů a událostí, havarijní a poruchová hlášení, dále různé úrovně možností přístupu chráněné hesly. Grafika je průběhová (teploty, tlaky, časové závislosti) nebo zadávací (režim ekvitermu, teplotní diagramy). Vnitřní sběrnice mezi počítači, měřidly průtoků, spotřeby atd. a frekvenčními měniči je Profibus.

Na závěr je třeba říci, že výsledek je vždy prací týmu lidí, kteří mají vizi technického řešení, podloženého ekonomickou analýzou. Ne vždy se lze setkat se stejným přístupem v rozhodovacích procesech, které výstavbu CZT pro občanskou vybavenost většinou doprovázejí a jež jsou často ovlivněny spíše osobními a politickými zájmy.

Dalším krokem v modernizaci CZT v České Lípě bude varianta paliva TTO, která je ve zkušebním provozu (s palivem LTO). Předpokládáme propojení dispečinků sítě městských objektových předávacích stanic a CZT, aby mohla být optimalizována výtěžnost poměru paliv a tepla předaného spotřebitelům.