Pozitivní dopady investic v Teplárně Komořany

• Foto

Konkrétně se jednalo o modernizaci transformátoru T10, v rámci které došlo k výměně dožitého transformátoru T10 6,3/110 kV 40 MVA Škoda Plzeň za nový transformátor T20 6,3/110kV 42,5 MVA Kolektor Etra Slovinsko. Druhou akcí byla modernizace řídicího systému kotlů KYII. Zde se přistoupilo k výměně dožitého řídicích systému Foxboro I/A Series 50 kotle K8 za redundantní řídicí systém DCS Honeywell Experion PKS s kontrolérem C300. Třetí investiční akcí byla instalace optimalizačního opatření pro ventilátory kotle K8. Přitom došlo ke změně způsobu regulace přiváděného množství spalovacího vzduchu do kotle K8 z původní regulace pomocí klapek/žaluzií na regulaci řízením otáček motoru 1,3 MW 6,3kV ventilátoru tlakového vzduchu a motoru 132kW 0,4kV ventilátoru přídavného vzduchu. Vše prostřednictvím nově instalovaných frekvenčních měničů ROCKWELL PowerFlex 7000 a ROCKWELL PowerFlex 753.

MODERNIZACE TRANSFORMÁTORU T10

Uvedený výkonový transformátor zajišťuje transformaci napětí 110kV/6,3kV z výstupu protitlakého turbogenerátoru TG20 do distribuční sítě 110kV. Provoz transformátoru, resp. množství transformované elektřiny je plně podřízeno množství tepla odebíraného systémem centrálního zásobování teplem. Starý nahrazovaný transformátor z roku 1971 se čtyřicetiletou životností byl dožitý. Jeho nižší výkon a větší ztráty nevyhovovaly provozu s turbogenerátorem TG20, uvedeným do provozu v roce 2007.

Jednalo se tedy o dodávku, montáž a uvedení do provozu nového třífázového transformátoru T20 s převodem U1/U2 = 6,3/110±16 % kV o výkonu 42,5 MVA. Výrobcem byla firma Kolektor Etra ze Slovinska, která dodala i kompletní příslušenství. Tzn., že součástí dodávky T20 byla také ventilátorová chladící soustava olej/vzduch, rozvaděčové skříně chlazení, automatiky a měření. Nový transformátor byl na straně VN přes nově dodané sběrny a nově dodané stěnové průchodky napojen přímo na generátor 6,3kV±5 % (bez generátorového vypínače). Na straně VVN byl nový transformátor napojen přes nově dimenzované přípojnice a stropní průchodky ke stávajícímu venkovnímu vedením 123kV.

Porovnání (starý T10 / nový T20):

• napětí nakrátko 11,5 % / 11,76 %
• ztráty naprázdno 47,5kW / 23,377kW (požadováno Po < 35kW)
• ztráty nakrátko 255,1kW / 163,212kW (požadováno Pk < 165kW)
• index špičkové účinnosti neměl / 99,709 (≥ 99,687 požadováno).

Při výpočtu návratnosti jsme vycházeli jednak z úspor elektřiny, dosažených snížením ztrát transformátoru v závislosti na využití transformátoru v průběhu roku, a z úspor v údržbě. V podmínkách teplárny činí hrubá prostá návratnost investice 17 let, záruka na dílo je pětiletá.

Realizaci provedla firma ČEZ Energetické služby, s.r.o. Realizace proběhla v souladu s hlavními termíny smlouvy o dílo, zástupci objednatele hodnotí spolupráci se zhotovitelem jako velmi dobrou. Zhotovitel zvládl bez obtíží vyjmutí a transport původního transformátoru T10 na určenou pozici, stejně jako transport a složení nového transformátoru T20 do upravené kobky, vše ve složitých podmínkách ochranného pásma linek VVN, kdy byl navíc časově omezen dobou, po kterou bylo možné tyto linky VVN vypnout.

Průběh realizace (harmonogram):

• Předání a převzetí dokumentace pro provádění stavby 25. 4. 2016.
• Předání staveniště a zahájení prací 30. 6. 2016.
• Dodání nového transformátoru T20 na staveniště 29. 7. 2016.
• Ukončení prací včetně komplexního vyzkoušení v délce 72 hodin, zprovoznění,
• předání díla ke zkušebnímu provozu a zahájení zkušebního provozu transformátoru 29. 8. 2016.
• Úspěšné ukončení zkušebního provozu v délce 30 dnů a přechod do trvalého provozu 27. 9. 2016 Předání objednatelem odsouhlasené dokumentace skutečného provedení díla a konečné předání a převzetí celého díla 30. 9. 2016.

MODERNIZACE ŘÍDICÍCH SYSTÉMŮ KOTLŮ KYII. - K8

Před zahájením investiční akce byl na kotli K8 instalován řídicí systém (dále jen ŘS) Foxboro I/A Series 50. Systém byl nasazen v roce 1998 a již se nevyráběl, nebyl podporován a byl obtížně rozšířitelný. Protože kotel je pro chod teplárny klíčový a po 18 letech nepřetržitého provozu bylo nutné očekávat nahodilé poruchy ŘS, bylo rozhodnuto, že systémy kotlů budou postupně vyměněny za nové. V roce 2016 byl vyměněn ŘS na kotli K8 za nový. V roce 2017 budou dále vyměněny ŘS na kotlích K6, K9 a K10, v roce 2018 na kotli K7.

V rámci investiční akce byl pro kotel K8 instalován redundantní DCS Honeywell Experion PKS s kontrolérem C300. Bylo instalováno 320 kusů analogových vstupů 4-20mA, 64 ks analogových výstupů 4-20mA, 608 ks digitálních vstupů 24VDC a 288 ks digitálních výstupů 24VDC. Byla dodána operátorská stanice ES-T a operátorská stanice FLEX, každá se dvěma displeji FPD 24“ na centrální dozornu. Dále bylo namontováno 7 ks zdrojů 24VDC, 125 ks převodníků TC/RTD 4-20mA, 720 ks přechodových relé (RT424730, RT424024). Program technologie kotle byl přenesen do nové centrální procesorové jednotky, byl instalován systémový a aplikační software, vytvořena vizualizace a optická připojení s převodníky.

Návratnost nebyla vyčíslována, neboť se jednalo o náhradu zastaralého, dožitého a bezpečnost ohrožujícího zařízení. Nový systém se vyznačuje rychlejší odezvou, přesnějšími algoritmy řízení spalovacího procesu kotle K8. Spojení s instalací frekvenčního měniče pro řízení otáček motoru tlakového ventilátoru neočekávaně vedlo ke snížení emisí produkovaných kotlem, což je přínos vedlejší, ale velmi vítaný.

Objednatel hodnotí dosavadní spolupráci se zhotovitelem (Honeywell, spol. s r.o.) jako velmi dobrou, neboť v době realizace výměny řídicího systému na kotli K8 probíhaly souběžně na tomto kotli další opravy a údržba. Koordinace ovlivňujících se činností byla náročná, nicméně termín uvedení kotle do provozu byl dodržen.

Průběh realizace (harmonogram):

• Předání a převzetí odsouhlasené dokumentace pro provádění stavby 25. 5. 2016.
• Předání staveniště, zahájení prací na kotli K8 4. 7. 2016.
• Individuální zkoušky technologie a příprava ke komplexní zkoušce na kotli K8 15. 9. 2016.
• Zahájení komplexní zkoušky na kotli K8 v délce 72 provozních hodin 28. 10. 2016.
• Zahájení zkušebního provozu na kotli K8 v délce 30 dnů 31. 10. 2016.
• Úspěšné ukončení zkušebního provozu kotle K8, předání a převzetí celého díla 30. 11. 2016.

INSTALACE OPTIMALIZAČNÍHO OPATŘENÍ PRO VENTILÁTORY - KOTEL K8

Jedná se o dvojici ventilátorů, jejichž provoz je řízen aktuálními požadavky spalování. Regulace přiváděného množství vzduchu byla prováděna pomocí klapek (žaluzií), přičemž jeden z ventilátorů je hlavní (tlakový) o výkonu 1,3 MW 6,3kV, a druhý (přídavný) o výkonu 132kW 0,4kV. V roce 2016 proběhla realizace na jednom kotli - K8, tzn. instalace vysokonapěťového frekvenčního měniče na ventilátor primárního spalovacího vzduchu (dále jen „TV“) a na ventilátor sekundárního přídavného spalovacího vzduchu (dále jen „VPV“).

Původně byl průtok vzduchu u těchto ventilátorů na kotli K8 řízen škrtícím orgánem ve vzduchovém kanálu, za plného provozu elektromotoru ventilátoru. Nyní je průtok vzduchu na TV K8 řízen frekvenčním měničem ROCKWELL PowerFlex 7000 a VPV K8 řízen frekvenčním měničem ROCKWELL PowerFlex 753.

V rámci instalace byl rozšířen řídicí systém Experion PKS – C300 na kotli K8 o řízení frekvenčních měničů ventilátorů TV a VPV. Dále byly součástí akce stavební úpravy prostoru po elektrofiltrech, který je nyní připraven pro instalaci frekvenčních měničů, kromě již zrealizovaného K8, dalších dvou kotlů, tj. K6 a K10. Bylo třeba provést demontáže zbylých konstrukcí, vybourání části staré podlahy, instalovat dvoje nová velká vrata a dvoje dveře, upravit nájezdy, udělat novou podlahu a kabelové kanály, instalovat vzduchotechniku a klimatizaci.

Na kotli K8 byly stávající motory ventilátorů TV a VPV repasovány a doplněny o měření teplot ložisek a vinutí. U motorů byl odizolován vždy jeden štít od ložiska. Z důvodu poškozeného rotoru motoru (1,3 MW 6,3kV TV K8) byl údržbou zakoupen jiný motor TV od firmy VYBO Electric s.r.o. V rozvodně byla přestavena elektrická ochrana, byly připraveny kabelové trasy a samostatná místnost pro frekvenční měniče, včetně klimatizační a vzduchotechnické jednotky pro tuto místnost.

Frekvenční měnič vysokonapěťový TV je vybaven bypassem pro případ poruchy FM, u nízkonapěťového motoru VPV je bypass pouze ruční. V případě poruchy FM bude provozována stávající regulace škrcením v sání.

Při výpočtu návratnosti jsme vycházeli jednak z úspor elektřiny, dosažených odstraněním maření energie škrcením proudu vzduchu klapkami (žaluziemi) v závislosti na využití kotle v průběhu roku, a z úspor v údržbě. Předpokládalo se, že nasazení frekvenčního měniče na TV přinese cca 34% úsporu elektrické energie a nasazení frekvenčního měniče na VPV pak 11% úsporu dříve spotřebovávané elektrické energie. Vyplynulo to z posouzení investičního záměru firmou ENVIROS.

Vzhledem k tomu, že předpokládaná úspora elektřiny se v prvních čtyřech měsících provozu kotle K8 nejen prokázala, ale byla i výrazně překročena, tak vše nasvědčuje tomu, že roční vyhodnocení bude příznivé. Podle dosavadních výsledků dojde ke zkrácení návratnosti na cca pět let a teplárna přistoupí k instalaci frekvenčních měničů i na dalších kotlích.

Průběh realizace (harmonogram):

• Předání a převzetí dokumentace pro provádění stavby 25. 4. 2016.
• Předání části staveniště, které nevyžadovalo odstavení kotle K8, zahájení demontážních prací a stavebních úprav 2. 5. 2016.
• Předání celého staveniště, odstavení kotle K8 z provozu 4. 7. 2016.
• Dodání nového VN frekvenčního měniče s bypassovým rozvaděčem pro ventilátor TV K8 a nového NN frekvenčního měniče na staveniště 13. 9. 2016.
• Ukončení prací, komplexní vyzkoušení, zprovoznění a zahájení zkušebního provozu 31. 10. 2016.
• Úspěšné ukončení zkušebního provozu v délce 30 dnů a přechod do trvalého provozu 30. 11. 2016.
• Předání objednatelem odsouhlasené dokumentace skutečného provedení díla a konečné předání a převzetí celého díla 30. 11. 2016.

Zástupce objednatele hodnotí spolupráci se zhotovitelem Bohemia Müller s.r.o. jako velmi dobrou. V době realizace bylo zjištěno poškození VN motoru primárního ventilátoru, který nebyl již vhodný k repasi. Objednatel tak musel ve velmi krátké době zajistit výměnu motoru za nový. Tato skutečnost měla významný dopad na přípravu a koordinaci prací, přičemž zhotovitel poskytl investorovi maximální součinnost i technickou pomoc.

Zkušenosti pro realizaci akce na dalších kotlích teplárny:

• Provozní pracovníci teplárny potvrdili správnost požadavku na automatický bypass na FM VN kotle K8 i přes jeho poměrně vysokou pořizovací cenu.
• Potvrdila se správnost požadavku na VN FM s rekuperací, neboť se potvrdily úspory elektřiny, potřeba vysoké dynamiky změn rychlosti otáček ventilátoru a potřeba brždění.
• Teplárna bude nově požadovat s vysokonapěťovým frekvenčním měničem dodat i nový motor TV 6kV 1,3 MW, neboť při repasi VN motoru ARN 630Z-4 na K8 se ukázalo, že motor byl používáním značně poškozen a bylo třeba ve velmi krátké době zajistit náhradu H17R630Z-4 u firmy VYBO. Navíc se ukázalo, že na původní VN motory TV Siemens ARN 630Z-4 nelze dodatečně instalovat enkodér, který by komunikoval s vysokonapěťovým frekvenčním měničem VN Rockwell Automation Power Flex 7000.
• Provozní pracovníci teplárny v dalších realizacích upouští od požadavku na instalaci nízkonapěťového FM na ventilátor přídavného vzduchu VPV, neboť po instalaci vysokonapěťového frekvenčního měniče na motor tlakového ventilátoru TV je ventilátor VPV provozován převážně s naplno otevřenými klapkami. Jeho motor je tedy obvykle na plném výkonu, kdy není potřeba regulace frekvenčním měničem.

Positive impact of investments in the Komořany heating plant
This article deals with three investment projects of 2016, which were carried out in the heating plant in Komořany u Mostu owned by United Energy. It describes the benefits of these investments towards reducing energy consumption, reducing emissions, and increasing operational reliability and the more efficient control of heat and electricity production.

Autor

• Ing. Mareš Petr