Témata
Reklama

Parní turbíny pro elektrárny na biomasu

V poslední době rostou požadavky na efektivnější využívání energetických zdrojů a využívání nových, především těch, které staví na obnovitelných zdrojích energie.

Kromě solární a větrné energie je do kategorie obnovitelných zdrojů energie řazena též energie vyráběná spalováním, ovšem z obnovitelných paliv. Mezi ně lze počítat biomasu speciálně pěstovanou pro účely spalování, jakož i bioodpady. Jako paliva lze využít slámu, dřevní štěpky, kaly z čistíren odpadních vod aj. Výroba elektrické energie na bázi výše uvedených paliv je podporována i vládami některých států. Přestože výkupní ceny v naší republice za elektrickou energii vyrobenou z paliv na bázi biomasy jsou vyšší, než je cena energie vyrobené ve velkých uhelných nebo atomových elektrárnách, lze u nás tuto podporu považovat pouze za symbolickou, protože ani tyto ceny nepokryjí zvýšené náklady, které souvisejí s přípravou a transportem paliva, provozem elektrárny a potřebou krytí investičních nákladů na vybudování elektrárny.
Reklama
Reklama
Reklama

Požadavek na minimální účinnost

Na parní turbíny, které jsou instalovány v rámci elektráren a tepláren na biomasu, jsou kladeny některé základní požadavky, mezi něž patří především požadavek na maximální účinnost parního oběhu. Důvod je prostý. Ekonomika a tím i životaschopnost takovéhoto zařízení stojí na elektrické energii, kterou elektrárna dodá do rozvodné sítě. Podmínka minimální účinnosti je v některých státech vyžadována i legislativou. Čím nižší je instalovaný výkon, tím nižší je i požadovaná účinnost cyklu. Každý subjekt, který chce inkasovat zvýhodněnou sazbu, musí prokázat, že jeho parní oběh vyrábí elektrickou energii s vyšší účinností, než je ustanoveno. V některých zemích Evropské unie, kde jsou v platnosti ustanovení o účinnosti, je pro investory zajímavá výkonová hladina kolem 5 MWe. Jedná se však i o praktickou podmínku, vyvolanou především možností zajistit dostatečné množství paliva pro kontinuální provoz elektrárny. Vezmeme-li v úvahu, že pro výrobu 1 MWh elektrické energie je zapotřebí spálit něco kolem 1,2 tuny dřevního odpadu, není praktické budovat větší energetický zdroj.

Koncepce turbíny

Koncepčně se většinou jedná o parní kondenzační turbínu bez technologického nebo teplárenského odběru. Pro optimalizaci parního cyklu elektrárny je využíváno tepla odebíraného z turbíny pro regeneraci a pro topení v odplyňováku. Na turbíně je odběr topné páry pro potřeby regenerace řešen neregulovaným odběrem. Kondenzace vyexpandované páry se realizuje jak v kondenzátoru chlazeném vodou, tak též v kondenzátoru vzduchovém. U vodní kondenzace je samozřejmě dosahováno vyšší účinnosti soustrojí, protože na výstupu z turbíny je dosaženo hlubšího vakua. Firma Ekol, s. r. o., v roce 2002 realizovala kondenzační turbíny s oběma druhy kondenzace. V blízké době bude společně s provozovateli analyzovat dosavadní provoz zařízení, aby získané poznatky mohly být využity při přípravě a realizaci nových projektů.
Technické požadavky na řešení turbíny jako celku v této výkonové kategorii upřednostňují kompaktní řešení umístěné na základovém rámu, na němž je instalována většina agregátů turbíny. Toto řešení je výhodné především jednoduchostí při montáži, kde se dosáhne kratší doby pro instalaci zařízení a samozřejmě i ceny. Minimalizuje se tím i potřeba prostoru samotné strojovny. V oblasti obsluhy a provozu je kladen důraz na vysokou provozní spolehlivost a na vysokou míru automatizace, což je vyvoláno snahou snížit počet obslužného personálu.

Konstrukční řešení turbíny Ekol

Požadavek na dosažení vysoké účinnosti soustrojí ovlivňuje konstrukční řešení turbosoustrojí a použité komponenty. Turbosoustrojí Ekol pro tyto účely využívá vysokootáčkové parní turbíny, kdy realizované turbíny dosahují otáček 9000 min-1.
Ve vlastní turbíně je za rovnotlakým regulačním stupněm použito vícestupňového přetlakového lopatkování a pro snížení ztrát jsou použity lopatky s bandážemi. Z důvodu vysokého zatížení od odstředivých sil je bandáž vyrobena frézováním spolu s lopatkou z jednoho kusu. Pro poslední lopatkové stupně v kondenzační části turbíny jsou použity nakrucované lopatky pro optimalizaci proudění páry po celé výšce lopatky. Ložiska turbíny jsou hydrodynamicky mazána. Radiální ložiska jsou pětisegmentová s naklápěcími segmenty, axiální ložiska jsou sedmisegmentová. Celé soustrojí lze uložit jak na pevnou betonovou kostku, tak na pružinové elementy Gerby.
Pro realizované projekty byly použity planetové převodovky, u nichž výrobce garantuje mechanickou účinnost 99 % v širokém spektru převodového poměru. Z hlediska regulace je turbína dodávána jako bezobslužné zařízení s monitoringem na velíně.

Projekt Kronospan

Jedná se o aplikaci parní kondenzační turbíny v dřevozpracující továrně, jejímž produktem jsou plovoucí podlahy ze slisované a slepené dřevní hmoty. Dále tato továrna produkuje sololitové a dřevotřískové desky. Zákazník využívá odpady z přípravy a zpracování dřeva jako hlavní zdroj paliva pro kotel, který dodává páru turbíně. Produkce závodu, která nesplňuje požadavky na vysokou kvalitu a neprojde kontrolou, je též likvidována spalováním v kotle a je využita jako zdroj energie. Kotel dodává turbíně páru o následujících parametrech:
tlak vstupní páry 3,1 MPa
teplota vstupní páry 410 °C
množství páry do turbíny 24 t/hod
Zajímavostí tohoto řešení je, že turbína i kondenzátor jsou umístěny na kótě ±0,0 m. Tento požadavek zákazníka, který tak uspořil část investičních nákladů za stavbu budovy, kladl vyšší nároky na řešení některých prvků. Problematika spočívá v odvodnění tělesa parní turbíny, kde muselo být použito odvaděčů kondenzátu pro malý tlakový spád. Pro dopravení kondenzátu z kondenzátoru do sběrné napájecí nádrže byla použita čerpadla s nízkou nátokovou výškou a s širším kanálem oběžného kola. Regulace hladiny v kondenzátoru je řešena trojcestným ventilem, který dle potřeby udržuje optimální výšku hladiny v kondenzátoru. Na stabilitu a rychlost regulace hladiny je kladen důraz, protože je důležité udržovat stálé tlakové poměry jak na sání čerpadel, tak na systému odvodnění.
U tohoto projektu je zbytkové teplo ze spalin využíváno v technologii zpracování dřeva. Pro potřeby výrobní technologie je zapotřebí stabilní dodávka tepla s minimálními výkyvy teploty. Pro přenos tepla je proto použit teplonosný olej. Dostatečné množství teplonosného oleje zaručuje pojmout výkyvy regulace kotle způsobené nehomogenitou paliva. Spalovna dřevního odpadu je tak zakomponována do celkové technologie závodu.

Projekt Grossaitingen

Druhým projektem, který byl firmou Ekol realizován, je spalovna dřevního odpadu v bavorském Grossaitingenu. Na rozdíl od předchozí aplikace se jedná o samostatnou spalovnu, jejímž jediným produktem je elektrická energie. Kotel dodává turbíně páru o následujících parametrech:
tlak vstupní páry 4,7 MPa
teplota vstupní páry 430 °C
množství páry do turbíny 21,4 t/hod
U tohoto projektu se využívá dřevního odpadu od drobných firem a obyvatelstva. Sběrem, drcením a dopravou dřevního odpadu se zabývají sběrné dvory, které odebírají od občanů a firem dřevní odpad (trámy, nábytek, dřevěné obaly apod.) a po podrcení ho dopraví do spalovny k likvidaci. Zajímavé je, že jak občané, tak firmy musí za likvidaci dřevního odpadu zaplatit. Z těchto poplatků jsou financovány náklady sběrných dvorů. Spalovna tím pádem dostává hmotu ke spálení za minimální náklady. Důležité je zmínit, že v současnosti, kdy se uvádějí do provozu další spalovny, roste poptávka po dřevním odpadu, což tlačí jeho cenu nahoru.
Z hlediska provozu jsou zde na straně výroby páry vysoké nároky na regulaci kotle, neboť každá přivezená fůra štěpky má jiné složení a kvalitu dřeva. Liší se složením druhů dřeva, vlhkostí, podílem dřeva a dřevotřískových materiálů, eventuálně kůry, zrnitostí apod. Turbína je opět řešena s přetlakovým lopatkováním s axiálním prouděním páry. Celá turbína je uložena na společném základovém rámu s převodovkou a generátorem. Z důvodu nedostatku vody v lokalitě Grossatingen je použit vzduchový kondenzátor, rovněž generátor je chlazen okolním vzduchem. Obsluha celé spalovny čítá pouze dvě osoby na směnu. Spolu s jedním vedoucím pracovníkem je tedy provoz zajištěn 9 zaměstnanci.
§§§
Obě popsané turbíny byly dodány do Německa, kde je podpora státu těchto zdrojů vyšší než u nás. Bez ní by byla realizace podobných projektů neekonomická. Doufejme, že i u nás se podpora státu zlepší natolik, aby se obor výroby elektrické energie z biomasy stal zajímavým druhem podnikání pro teplárenské společnosti. Tím by současně bylo umožněno zlepšení využití tuzemských zdrojů biomasy, jakož i řešení problematiky odpadů z ní.
Reklama
Vydání #11
Kód článku: 41190
Datum: 16. 11. 2004
Rubrika: Výroba / Ekologie
Autor:
Firmy
Související články
Jak efektivně využívat vodu? 85 % českých firem s ní plýtvá

Statisíce až miliony korun ročně – takovou ztrátu může firmám způsobit nedostatečná péče o vodu v průmyslových odvětvích napříč spektrem. Podle společnosti Aquarex Waterprofit, která se specializuje na řešení pro úpravu a management vody, přitom čirou tekutinu koncepčně neřeší valná většina českých společností – 85 % procent z nich s ní plýtvá. Velké ztráty v tomto směru hlásí chemický, energetický či potravinářský průmysl, ale i strojírenství.

Energetická náročnost obráběcích strojů, část 3: Inteligentní technologie

Globální oteplování se stalo velmi diskutovaným tématem. I když bylo provedeno mnoho vědeckých studií a  napsáno neméně vědeckých článků, dosud se odborná komunita nesjednotila v celkovém názoru na globální změny klimatu. Smyslem předkládané trilogie článků není rozklíčovat současný stav a doporučit řešení, ale z pohledu konstrukce a provozu výrobních zařízení představit řešení firem, které primárně nehledí na byznys, ale na budoucnost naší planety.

Energetická náročnost obráběcích strojů, část 2: Vliv výrobních strojů

Globální oteplování se stalo velmi diskutovaným tématem. I když bylo provedeno mnoho vědeckých studií a napsáno neméně vědeckých článků, dosud se odborná komunita nesjednotila v celkovém názoru na globální změny klimatu. Navíc zde hrají roli politika a byznysové zájmy, a tak je velmi obtížné se ve všech, často protichůdných, informacích vyznat.

Související články
Energetická náročnost obráběcích strojů, část 1: Obecný úvod do problematiky

Globální oteplování se stalo velmi diskutovaným tématem. I když bylo provedeno mnoho vědeckých studií a napsáno neméně vědeckých článků, dosud se odborná komunita nesjednotila v celkovém názoru na globální změny klimatu. Navíc zde hraje roli politika a byznysové zájmy a tak je velmi obtížné se ve všech, často protichůdných, informacích vyznat.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Ocelové město a CO2

Co Jules Verne nemohl tušit… Nebo mohl? Zlého profesora nechává umřít na zadušení kysličníkem uhličitým…

Úspory naruby - Pravda a lži o vytápění, 1. část

S neustálým zdražováním energií se mnoho obyvatel ptá, čím ekologicky a současně i ekonomicky, tedy levně a s účinností pokud možno přes 100 %, vytápět svůj rodinný dům?

Úspory naruby - Obraťme toky řek

Při útlumu uhelných a jaderných elektráren a s nárůstem podílu obnovitelných zdrojů energie, především slunce a větru, nastal problém s přenosem a akumulací jejich elektrického výkonu mimo špičku zatížení elektrizační sítě. Tento problém však mohou i v Česku do značné míry a levně vyřešit stávající vodní díla (přehrady, jezy a hráze včetně turbín a kanálů a regulací) s využitím stávající přenosové soustavy.

Úspory naruby - Lži o úsporách v domácnostech

Poté, co již máme jasno, jak je to s úsporou v případě úsporných světelných zdrojů. Víme čím, jak a kde svítit, přinášíme další díl seriálu Úspory naruby. Tentokrát se podíváme na zoubek spotřebičům v domácnosti.

Úspory naruby - Zákaz výroby a dovozu halogenových žárovek

Pod tímto nadpisem redakce připravila sérii zásadních článků o odvrácených stranách tzv. úspor, jejichž skutečné výsledky jsou často přinejmenším sporné.

Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

Zrod (a znovuzrození) břitové destičky

Prakticky veškeré výrobky z kovů se obrábějí pomocí břitových destiček – ať už se jedná o letecký průmysl, výrobu energetických zařízení, nebo oblast spotřebního zboží. Břitové destičky jsou využívány ve velkém měřítku a pro širokou škálu aplikací, od frézování masivních bloků motorů a tvarového obrábění forem využívaných výrobci sportovní obuvi až po obrábění číselníků. Seznam požadavků na břitové destičky je dlouhý: vysoká odolnost proti opotřebení a dlouhá životnost, vysoké rychlosti úběru kovu a maximální spolehlivost, a to i v náročných podmínkách, jako jsou složité dráhy nástrojů nebo hluboké dutiny, špičková výkonnost při obrábění za sucha i za mokra a vynikající kvalita obrobené plochy při dodržení přísných tolerancí.

Nanovlákenná membrána v oknech ochrání stroje i pracovníky

Zatímco o smogu v ulicích se vedou časté debaty, znečištěný vzduch v interiéru patří k opomíjeným tématům. A to i přesto, že podle Světové zdravotnické organizace stojí život 4,3 milionu lidí ročně a v průmyslových objektech ohrožuje jak zdraví pracovníků, tak samotný provoz. Díky rozvoji moderních technologií nyní interiér účinně ochrání nanovlákenná okenní membrána.

Biologický čistič součástek v sobě skrývá mnoho výhod

Pro ekologické čištění součástek jsou nabízeny mycí stoly, které čistí na biologické bázi. V jakých případech jsou tyto stoly na mytí součástek vhodné? Co dokážou? A co nedokážou?

Technologie kontejnerové úpravny vody CCW čistí vodu efektivně

Jednou z nejefektivnějších technologií na čištění povrchových a podzemních vod je CCW od společnosti HUTIRA BRNO.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit