Oszczędność energii w elektrociepłowni opalanej odpadami Darmstadt

Wymienniki ciepła ogrzewane parą zastępują palniki gazowe

Elektrociepłownia opalana odpadami w Darmstadt w Południo-wej Hesji uważana jest za jedną z najnowocześniejszych na świecie – jej bilans energetyczny jest wzorcowy. Jeszcze więk-szą wydajność przyniosła teraz wymiana palników gazowych stosowanych do tej pory do podgrzewania gazów spalinowych, na wymienniki ciepła ogrzewane parą. Czasowo krytyczny pro-jekt, który stawiał olbrzymie wymagania dotyczące planowania i montażu.

Przetarg właściciela elektrowni - Zweckverband Abfallverwertung Südhessen (ZAS) nie pozostawiał żadnych wątpliwości odnośnie wy-sokich wymagań technicznych całego pakietu zadań. Zakładał on ramy czasowe w liczbie tylko kilku dni roboczych na realizację całego projektu na miejscu. Ekstremalnie wąskie ramy w obliczu rozległych do zrealizowania działań. Zrozumiałe jest jednak znaczenie elektro-ciepłowni dla regionu. W rzeczywistości nie można pozwolić sobie tutaj na długoterminowe ograniczenia eksploatacji.

Elektrociepłownia Darmstadt oddana do użytku w roku 1976, począt-kowo z dwiema, spośród funkcjonujących dziś trzech linii spalania, spala rocznie do 214 000 ton odpadów w celu zamiany na energię. Ilość ta odpowiada odpadom z gospodarstw domowych i odpadom wielkogabarytowym od prawie 900 000 mieszkańców z 65 miast i gmin w okolicy.

Z odpadów powstaje prąd i ciepło

Dzięki spalaniu następuje redukcja objętości odpadów o ok. 90 pro-cent oraz masy odpadów o dobre 70 procent. Moc przerobowa spa-lania trzech pieców elektrociepłowni wynosi łącznie niewiele ponad 30 ton na godzinę.

Ciepło wyzwalane podczas spalania odpadów odparowuje wodę w systemiee rur i używane jest do wytwarzania prądu oraz ciepła prze-syłanego na odległość. Sama pojemność prądu elektrycznego wy-starcza do zaopatrzenia ponad 45 000 mieszkańców regionu; w przy-bliżeniu 4000 gospodarstw domowych zaopatrywanych jest w ciepło przesyłane na odległość.

Elektrociepłownia Darmstadt eksploatowana jest na zlecenie właści-ciela, związku służącemu utylizacji odpadów ZAS, należącego do spółki HEAG Südhessische Energie AG (HSE). HSE jest jednym z wiodących niemieckich dostawców energii, wody oraz utylizacji i w większości pozostaje w rękach komunalnych. Miasto Darmstadt po-przez Stadtholding HEAG ma udziały w wysokości 92,9 procent w HSE, która ma swoją siedzibę również tutaj.

Mało czasu i bardzo dużo pracy

Poprzez ZAS i HSE po stronie zleceniodawcy w postępowaniu prze-targowym znalazło się więc dwóch nadzwyczaj doświadczonych i zgranych partnerów. Obok ekstremalnie krótkiego harmonogramu czasowego było to kolejne duże wyzwanie dla przedsiębiorstw skła-dających oferty.

Ich zadanie brzmiało: wymiana palników gazowych w oczyszczaniu gazów spalinowych wszystkich trzech linii spalania na wyraźnie efek-tywniejsze pod względem energetycznym podgrzewacze gazu nasy-conego parą, z wysokim i średnim ciśnieniem, tak zwane Dagavos.

Poprzez palniki gazowe zainstalowane aż do tego momentu w prze-pływie gazów spalinowych, następowało ogrzewanie gazów spalino-wych przed katalizatorami do wymaganych do katalizy prawie 300 stopni Celsjusza – postępowanie względnie intensywne od strony energii i kosztów. Bardzo nowoczesne podgrzewacze gazu nasyco-nego parą jako wymienniki ciepła powinny dbać o znaczące oszczęd-ności przy takiej samej efektywności podgrzewania gazów spalino-wych.

Największym wyzwaniem projektu było wymontowanie starych kom-ponentów i wprowadzenie nowej techniki, bez konieczności wykony-wania przy tym znaczących działań budowlanych w stanie budynku. Mało czasu, mało przestrzeni do działania na miejscu, intensywne prace inżynieryjne i projektowe na wstępie, możliwie niskie koszty całkowite projektu: katalog żądań, którego niejeden oferent nie powi-nien czytać do końca.

Wybór przetargowy skupił się ostatecznie na firmie GBT Bücolit GmbH z miasta Marl w Westfalii. Grupa przedsiębiorstw GBT o struk-turze średniej wielkości zatrudniając 140 pracowników osiąga roczny obrót w wysokości ok. 25 milionów Euro. Grupa GBT specjalizuje się między innymi w temacie ochrony powietrza przed zanieczyszcze-niami, przy czym punkt ciężkości stanowią instalacje oczyszczania gazów spalinowych dla elektrowni i elektrociepłowni opalanych odpa-dami. Dzięki licznym specjalistom przynależącym do grupy przedsię-biorstw GBT było ponadto możliwe wykonanie wymaganych w Darm-stadt prac obejmujących wiele obszarów.

W ten sposób wiele komponentów zostało na przykład dostarczonych przez przedsiębiorstwo HAW Linings GmbH, należące do grupy przedsiębiorstw GBT. Przedsiębiorstwo HAW jest wynalazcą przemy-słowego gumowania oraz jest szczególnie doświadczonym eksper-tem kompleksowej technologii nakładania powłok. Jest to materia, która ma wysokie znaczenie właśnie przy projektach takich, jak elek-trociepłownia opalana odpadami Darmstadt.

Długie przewody i nietypowe drogi

Najpierw wykonano po jednym punkcie styku od istniejących podwój-nych armatur odcinających, bezpośrednio przy bębnach parowych wysokociśnieniowych powyżej trzech pieców spalających. Zaczynając tam, grupa GBT zainstalowała na długości 280 metrów na linię prze-wód parowy wysokociśnieniowy przez wiele kompleksów elektrowni aż do budynku katalizatora celem odazotowania spalin, tzw. budynku Denox. Tutaj sięgnięto już „do rezerw".

Stare palniki gazowe zainstalowane we wznoszącej się gałęzi gazów spalinowych zostały najpierw zdemontowane, jednak nie usunięte. Wtedy nastąpiło arcydzieło montażu: wbudowanie kompletnych wy-sokociśnieniowych podgrzewaczy gazu nasyconego parą do gałęzi gazów spalinowych. Udało się to wręcz z zastosowaniem triku przez istniejące puste miejsce katalizatora oraz odcinek o długości dobrych 19 metrów. Zdemontowane wcześniej palniki gazowe zostały ponow-nie zamontowane ok. cztery metry powyżej ich starej pozycji i pozo-stawione w gałęzi gazów spalinowych, gdyż mogą być jeszcze ewen-tualnie potrzebne dla przyszłych procesów uruchomienia lub zatrzy-mania.

Wbudowanie Dagavos, zrealizowane przez grupę GBT przez puste miejsce katalizatora przyniosło ze sobą olbrzymie zalety w stosunku do tradycyjnych metod. W ich przypadku trzeba byłoby usunąć nie tylko 20 metrów przewodów spalinowych, lecz również należałoby podnieść dach budynku katalizatora. W Darmstadt można było zrezy-gnować z obu, co znacznie zaoszczędziło czas i koszty.

Za Dagavos zostały umieszczone, wykonane przez spółkę-córkę fir-my GBT - HAW-Linings zbiorniki odbiorcze kondensatu wysokoci-śnieniowego. Są one konieczne do tego, aby uzyskać wymaganą geodezyjną wysokość dopływu dla pomp wysokociśnieniowych z rurą szczelinową, zakotwionych na parterze z fundamentów betonowych. Pompy wysokociśnieniowe z rurą szczelinową transportują powstają-cy kondensat wysokociśnieniowy z Dagavos przez przewody o kom-pletnej długości 280 metrów z powrotem do bębnów parowych wyso-kociśnieniowych powyżej trzech pieców spalających.

Z wysokim ciśnieniem do tematu średniego ciśnienia

Druga część przetargu odnosiła się do wbudowania wymienników ciepła średniego ciśnienia (MD-Dagavos) w elektrociepłowni opalanej odpadami Darmstadt. W tym celu firma GBT utworzyła w piwnicy tur-bin najpierw punkt styku do istniejącej szyny parowej średniego ci-śnienia 11 bar, należącej do instalacji. Po niej pojawiła się zbudowa-na również przez firmę GBT stacja rozdzielcza, w której następuje chłodzenie pary średniego ciśnienia przy pomocy chłodnicy wtrysko-wej w celu osiągnięcia maksymalnego nasycenia pary. Nasycona para średniociśnieniowa przed wejściem do wymienników ciepła średniego ciśnienia na podeście komina zostanie zawirowana przez tak zwane turbolatory w celu osiągnięcia najlepszego możliwego przejścia ciepła wewnątrz MD-Dagavos. Firma GBT umieściła nowe Dagavos w miejscu dotychczasowych dzięki nowej technice niepo-trzebnych już kulis tłumików.

Firma HAW Linings wykonała również osłony wlotowe i wylotowe kanału gazów spalinowych. Na te konstrukcje stalowe nałożono po-włoki z surowca systemowego opracowanego przez firmę GBT, a mianowicie Bücolit V590G.

System nakładania powłok

W przypadku systemu BÜCOLIT V590 G chodzi o powlekanie natry-skowe na bazie żywicy winyloestrowej typu Novolac.

System znajduje zastosowanie przede wszystkim przy aparatach techniki procesów przetwórczych, takich jak zbiorniki magazynowe i zbiorniki wykorzystywane do procesów przetwórczych, jak również dla stężonych kwasów i ługów.

BÜCOLIT V590 G został opracowany do stosowania w instalacjach oczyszczania gazów spalinowych w elektrowniach i spalarniach od-padów, w szczególności do użycia w kanałach. System natryskowy może tu w pełni pokazać swoje zalety w przypadku dużych, prostych geometrycznie powierzchni.

Dzięki swoim właściwościom system nadaje się szczególnie tam, gdzie dochodzi do wysokiego obciążenia temperaturami i agresyw-nymi chemikaliami. Szczególne zastosowanie znajduje on dla ochro-ny antykorozyjnej w kanałach i wymiennikach ciepła instalacji odsiar-czania spalin, w których występują silne stężenia H2SO4 w wysokich temperaturach. Granica długotrwałego obciążenia temperaturowego wynosi w stosunku do chemikaliów do 80 stopni Celsjusza (na mo-kro), a w fazie gazowej do 180 stopni, krótkotrwale do 220 stopni Celsjusza.

I wtedy wszystko odbyło się bardzo szybko

Poprzez końcowy montaż osłon wlotowych i wylotowych firmy GBT i HAW Linings nałożyły również „pokrywkę na garnek" ambitnego pro-jektu. I to nawet kilka dni przed upływem ekstremalnie ograniczonego harmonogramu czasowego przetargu.

Zyskanie na czasie w stosunku do planu opłaciło się podwójnie dla spółki operatora HSE oraz właścicielki ZAS, dzięki zaoszczędzonym kosztom projektowym i wprowadzonej wcześniej, niż się spodziewano optymalizacji energii w pracy elektrowni.