Inovatívne projekty

Riadenie výroby tepla a elektrickej energie z biomasy


Riadenie a monitorovanie kombinovanej výroby tepelnej a elektrickej energie z obnoviteľných zdrojov spaľovaním odpadovej biomasy v TERMONOVA, a.s. Nová Dubnica


Najvýznamnejším výrobcom a dodávateľom tepla v meste Nová Dubnica je spoločnosť Termonova, a.s., ktorá vlastní centrálny zdroj tepla (ďalej CZT). Výroba tepla v objeme cca 220 tis GJ/rok bola donedávna zabezpečovaná štyrmi teplovodnými kotlami na spaľovanie zemného plynu o celkovom inštalovanom výkone 34,26 MW.

S cieľom stabilizovať ceny  tepelnej energie v Novej Dubnici zvolil investor ako optimálne riešenie rekonštrukciu CZT spočívajúcu v zmene palivovej základne z plynu na cenovo výhodnejšiu odpadovú biomasu – drevnú štiepku. Projekt rekonštrukcie CZT prebiehal postupne v troch etapách od roku 2004 až do roku 2011.

V 1. etape bol v r.2004 inštalovaný kotol K1 spoločnosti JUSTSEN na spaľovanie drevnej štiepky o menovitom výkone 7 MW so systémom kontinuálnej dopravy paliva do spaľovacej komory.

V 2. etape bol v r.2006 inštalovaný kotol K2 na spaľovanie drevnej štiepky o menovitom výkone 7 MW a kontajnerová jednotka BK5 spoločnosti JUSTSEN na spaľovanie drevnej štiepky o menovitom výkone 2 MW.

Po pozitívnych skúsenostiach so spaľovaním drevnej štiepky v roštových teplovodných kotloch a v nadväznosti na štátnu politiku podpory výroby elektrickej energie z obnoviteľných zdrojov, ako aj s cieľom ďalšej stabilizácie ceny tepelnej energie a spoľahlivosti jej výroby a dodávky, bolo v r.2010 vedením spoločnosti Termonova, a.s. Nová Dubnica rozhodnuté realizovať tretiu etapu rekonštrukcie CZT spočívajúcu v kombinovanej výrobe elektrickej a tepelnej energie spaľovaním odpadovej biomasy.

CZT Nová Dubnica od r.2011 vyrába okrem tepla aj elektrickú energiu, pričom na jej predaji za štátom garantované výkupné ceny je založená návratnosť investície bez dopadu na zvýšenie ceny tepla v meste.

Na kombinovanú výrobu elektriny a tepla z odpadovej biomasy v CZT Termonova, a.s. Nová Dubnica bol navrhnutý parný vysokotlaký kotol spaľujúci drevnú štiepku o výkone 10,0 MW od dánskej firmy JUSTSEN s parametrami prehriatej pary na výstupe o teplote 400°C a tlaku 38,0 bar. Výstupná para z kotla poháňa turbogenerátor pozostávajúci z kondenzačnej parnej turbíny s jedným regulovaným odberom a generátorom o výkone 2,2 MW. Regulovaný odber pary slúži na termické odplynenie napájacej vody a jej barbotážny ohrev na požadovanú teplotu v napájacej nádrži. Výstupná para z turbíny o tlaku 26 kPa abs kondenzuje vo vodou chladenom kondenzátore pary. Takto získané kondenzačné teplo pary sa následne využíva na zásobovanie teplom bytovo komunálnej sféry mesta Nová Dubnica.

Riadenie a monitorovanie výrobného procesu


Dodávateľom projektu, technických a programových prostriedkov na riadenie a monitorovanie vyššie popísanej technológie vo všetkých jej etapách rekonštrukcie bola firma URAP-AUTOMATIZÁCIA, s.r.o., Žilina. Na úrovni technologického procesu boli použité technické prostriedky rakúskeho výrobcu číslicovej riadiacej techniky Bernecker + Rainer.

Pre riadenie teplovodných kotlov K1 a K2, vrátane systému riadenia dopravy drevnej štiepky bol použitý systém PLC B&R 2005. Riadenie parného kotla K3 a pridružených technologických zariadení ako kondenzátor, obtok parnej turbíny – by pass, chladiace veže, ... je realizované v súčasnosti najmodernejším modulárnym PLC systémom tejto firmy pod označením B&R X20.

Ako ovládacia a informačná konzola obsluhy slúži dvojica počítačov PC v priemyselnom vyhotovení s funkciou multimaster so SCADA systémom PROTEUS. Funkcia multimaster znamená, že obe ovládacie konzoly sú funkčne úplne rovnocenné so synchronizovanými databázami a umožňujú paralelnú prácu dvoch obslúh súčasne, prípadne obsluhy na jednej z ovládacích konzol a súčasne prostredníctvom druhej je možné vykonávať údržbu aplikačného programového vybavenia.

Aplikačný programový systém PROTEUS je databázovo orientovaný (databáza SQL) programový SCADA systém, realizovaný pod operačným systémom reálneho času QNX 4.2. Je to produkt vývoja programátorov firmy URAP – AUTOMATIZÁCIA, s.r.o. Programový systém PROTEUS je rokmi a desiatkami aplikácií overený vysoko stabilný a robustný programový SCADA systém na riadenie a monitorovanie rôznych kontinuálnych a diskontinuálnych technologických procesov.

Funkcie riadiaceho systému:

  • ochrany kotla – odstavenie kotla z prevádzky, ak nie sú splnené podmienky pre jeho bezpečnú prevádzku,
  • ochrany kondenzátora pary,
  • automatické záskoky napájacích, cirkulačných a kondenzačných čerpadiel,
  • algoritmus parného čistenia prehrievákov pary,
  • automatizáciu dopravy paliva do zásobníkov kotlov K1, K2 a kotla K3,
  • automatizáciu dopravy popola do kontajnera z konca spaľovacej komory a z priestoru pod spaľovacím roštom,
  • automatizáciu pohybu spaľovacieho roštu,
  • automatizáciu ofukovania teplovýmenných plôch kotla stlačeným vzduchom,
  • automatizáciu dávkovania chemikálií napájacej vody (fosfát, čpavok, biocid),
  • reguláciu požadovaných veličín:
    • reguláciu napájania (hladina vody v bubne) kotla,
    • regulácia tlaku napájacej vody pred regulačným ventilom,
    • regulácia tlaku pary v bubne (výkonu kotla),
    • reguláciu teploty pary na výstupe kotla,
    • reguláciu podtlaku v spaľovacej komore,
    • reguláciu množstva sekundárneho vzduchu (obsahu O2 v spalinách),
    • reguláciu teploty a tlaku chladiacej vody spaľovacieho roštu,
    • reguláciu teploty chladiacej vody kondenzátora,
    • reguláciu množstva chladiacej vody kondenzátora,
    • reguláciu tlaku a teploty by-passu parnej turbíny,
    • reguláciu hladiny v napájacej nádrži,
    • reguláciu hladiny kondenzátu v kondenzátore.

Analógové vstupy (4 – 20 mA): 112
Binárne vstupy (24 VDC): 424
Analógové výstupy (4 – 20 mA): 64
Binárne výstupy (24 VDC/0.5 A): 320
Komunikačné linky: RS turbíny, Elektromotory, Merače tepla

Obrazovky riadiaceho systému

K1, K2 – teplovodné kotly K1, K2 s dopravou paliva, prívodom primárneho a sekundárneho spaľovacieho vzduchu, odvodom spalín a dopravou popola, cyklónovými odlučovačmi tuhých častíc v spalinách

K1, K2

K3 – parný kotol K3 s dopravou paliva systémom dopravníkov a závitovkových podávačov, prívodom primárneho a sekundárneho spaľovacieho vzduchu, ovládaním pohybu spaľovacieho roštu, odvodom spalín s cyklónovými odlučovačmi popola a dopravou popola z konca spaľovacej komory a jeho prepadov pod spaľovacím roštom

K3

K3 voda – napájacia voda kotla K3: prehľad o tokoch napájacej vody bubna parného kotla, doprave kondenzátu, chladení spaľovacieho roštu a hodnotách pary a napájacej vody v bubne

K3 voda

TG, CHÚV – turbogenerátor, obtok parnej turbíny cez jej by-pass, kondenzátor pary, kondenzátne hospodárstvo so zberom kondenzátu v napájacej nádrži a chladiacich veží, chemickou úpravou napájacej vody

TG, CHÚV

TG detail – detailný pohľad na turbogenerátor so zobrazením hodnôt teplôt ložísk prevodovky a generátora, chladiaceho vzduchu generátora, olejového hospodárstva turbíny, elektrických parametrov generátora a aktuálnu polohu pracovného bodu parametrov (tlak, teplota) admisnej pary turbíny v oblasti prípustných parametrov

TG detail

Strojovňa – vyvedenia tepelného výkonu kotla K3 z kondenzátora a jeho hydraulické prepojenie s teplovodnými kotlami K1, K2 a K5, vrátane systému vetrania strojovne, prípravy teplej úžitkovej vody pre vlastnú spotrebu, vykurovanie objektov CZT, dopĺňanie strát vykurovacej vody, ekvitermickú reguláciu teploty vody pre teplom zásobované objekty a reguláciu diferenčného tlaku medzi výstupným a vratným potrubím teplárne

Strojovňa