|
Zdroj tepla pro městskou čtvrť Jihlava-Březinka
Celková modernizace zásobování teplem velké části města Jihlavy byla řešena v průběhu roku 2002. Součástí této akce byla i výstavba centrálního zdroje, osazeného trojicí kotlů o jednotlivém maximálním výkonu 8 600 kW. Tento článek se zabývá technickými aspekty uvedeného CZT o celkovém výkonu 25,8 MW.
Sestava kaskády kotlů včetně obslužných zařízení je umístěna na okraji čtvrti Březinka v nově přistavěné hale. Kotlové jednotky mají vlastní cirkulační kotlová čerpadla, kotle jsou vybaveny ekonomizéry, které dodala firma Loos. Čerpadla ekonomizérů jsou řízena snímači tlakového rozdílu. Výstupy kotlů jsou spojeny prostřednictvím elektromechanických klapek do společného sběrače. Kotlová čerpadla zajišťují minimální průtok vody kotlem, minimální teplotu vody a konstantní rozdíl teplot výstupní a vrácené topné vody, nutný pro optimální režim kotle.
Hořáky kotlů jsou od skandinávské firmy Oilon. Mají vlastní autonomní řízení. V kaskádovém režimu jsou spojeny s nadřízeným systémem prostřednictvím proudové smyčky. Vzhledem k umístění kotelny poblíž bytové zástavby jsou opatřeny tlumiči hluku.
Oběhová čerpadla, zajišťující oběh primární topné vody ve venkovním okruhu, jsou také řízena kaskádově pomocí měničů kmitočtu od firmy ABB. Tato trojice čerpadel umožňuje realizovat několik způsobů provozu. Prioritou může být zvolená hodnota rozdílu tlaků mezi výstupem topného média a vratkou, nebo lze řídit podle vypočtených křivek v závislosti na okamžitém průtoku výstupu, měřeném ultrazvukovými snímači. Čerpadla jsou automaticky střídána podle provozních hodin a při výpadku je okamžitě připraveno záskokové čerpadlo a odesláno poruchové hlášení na dispečink.
Vlastní provoz kotlů je řízen a hlídán na několika úrovních. Při výpadku centrálního řízení je každý kotel schopen pracovat autonomně, s vlastním procesorovým řízením a hlídáním základních parametrů svého režimu. Současně se měří jeho odevzdávaný výkon, jehož hodnota je spolu s dalšími parametry ukládána do paměti měřidel a přenášena prostřednictvím komunikace na dispečink a do databáze.
Při běžném provozu je průběh najetí a udržování hodnot postupný podle zadaných algoritmů. Po žádosti z dispečinku zahájit provoz a při splnění nutných podmínek je nastartován algoritmus prvního kotle podle jeho vnitřního programu. Je možný současný start i dvojice nebo trojice kotlů – počet je odvozen od venkovní teploty a jejího trendu. Trojcestné ventily kotlů, společně s kotlovými čerpadly řízenými měniči kmitočtu ve vnitřním okruhu, zajišťují cirkulaci až do dosažení nastavených minimálních teplot ohřevu topné vody. Současně je spuštěna kaskáda vnějších oběhových čerpadel. Je spuštěno čerpadlo dochlazování spalin a hořák, který se po samokontrole těsnosti plynové cesty a předběžné ventilaci vzduchem stabilizuje určitou dobu na minimálním výkonu. Po stabilizaci parametrů a prohřátí kotle je otevřena uzavírací klapka kotle a postupně zvyšován výkon hořáku tak, aby teplota topného média rostla podle předem stanovených křivek za optimálního využití paliva. V tomto procesu jsou kontrolovány i některé parametry výsledných spalin v kouřovodu.
Kaskádové řízení nadstavbovým systémem je zahájeno, není-li výkon jednoho kotle dostatečný pro zajištění požadovaných parametrů topné vody. Výstupní teplota této vody je regulována obecně směšováním s vratnou vodou prostřednictvím tří trojcestných ventilů v kaskádě. Algoritmus řízení je mnohaprvkový, se zahrnutím měřené vnější teploty na severní straně objektu, s možností tzv. ekvitermní regulace.
Z hlediska optimalizace poměrů odevzdávaný výkon – spotřeba paliva – životnost kotle je zařazen další kotel kaskády nikoliv v maximu výkonu kotle předřazeného, ale přibližně v jeho dvou třetinách. Řídicí systém musí vykonat řadu postupných kroků s ověřením souboru informací z jednotlivých snímačů fyzikálních veličin a řídit oba kotle tak, aby druhý předem stabilizoval svoje parametry, jako by najížděl sám. Následně se při zajištění minimálního vstupního výkonu přiřazovaného kotle sníží výkon prvního a postupně upraví výkon dvojice tak, aby bylo docíleno maximální účinnosti. S tím souvisí předem stanovené subcelky otevírání klapek, úpravy otáček čerpadel prostřednictvím měničů podle informací ze snímačů průtoků a teplot atd.
Podobným způsobem je odřazen provozovaný kotel kaskády, když požadavek na výstupní výkon v jistém časovém intervalu klesne.
Do těchto složitých dějů obsluha nezasahuje, systém ji pouze informuje o výsledcích svých zásahů. Obsluha může uvedené procesy přerušit pouze při netypickém chování nebo poruchách, kdy sledované hodnoty nejsou v povolených mezích.
Je množství hlášených poruch, kdy systém sám zajistí další provoz náhradním způsobem, např. automatickým záskokem příslušných zálohovaných čerpadel, tlakových větráků technologického vzduchu atd. Jsou tak umožněny opravy bez odstavení kotlů.
Jsou ovšem poruchy, které je nutné okamžitě izolovat, aby nenastaly kritické stavy a následné rozsáhlé škody. Mezi takové patří především výskyt plynu – topného média v ovzduší, který je zjišťován detektory, a to ve dvou stupních koncentrace. Čidla jsou umístěna nad hořáky ve výšce přibližně 2,5 m a popř. nad plynovou řadou kotle. O dosažení prvního stupně koncentrace je pouze informována obsluha. Druhý stupeň má za následek okamžité havarijní zastavení provozu a zavření hlavního uzávěru plynu. Systém ponechá v provozu pouze nutné celky, např. zvýšenou ventilaci vnitřního vzduchu.
Mezi poruchy, jejichž následkem je řízené zastavení, patří např. havarijní pokles tlaku v systému, přestoupení hraničních teplot a tlaků v kotli, přestoupení nastavených prostorových teplot v kotelně, možné zaplavení vodou, poklesy hladin v kotlích a návazných zařízeních pod havarijní minimum, výpadky energií atd.
Řídicí jádro celé technologie C2T je vždy jistým kompromisem mezi možnostmi a cenou. V případě jihlavského zdroje byl po dohodě s provozovatelem použit systém Sauter řady EY 3600 s podstanicemi NOVA 106. Jde o modulární soustavu v 19" rámu. Celá stavebnice je na bázi CMOS s minimální spotřebou energie a data jsou zálohována po dobu 72 h. Vizualizace technologie je zobrazována na 19" monitoru. Jednotlivé snímky jsou členěny na subcelky s ohledem na přehlednost údajů.
Sestava skříňových rozváděčů, které obsahují sestavu řízení i silovou část, a souvisejících zařízení je v samostatné místnosti objektu. Rozváděčová pole jsou ve sběrnicovém uspořádání s jištěnými odbočkami k jednotlivým spotřebičům. Součástí celku je i rozváděč kompenzace účiníku s automatickým měřením stavu vnitřní sítě a s regulátorem, který v předvolených stupních přiřazuje kondenzátorové baterie podle výpočtových vztahů a měří obsah harmonických složek.
Pro celkový pohled na technologii je nutné se ještě stručně zmínit o doplňkovém zařízení. Je jím systém doplňování vody na základě měření tlaku v soustavě a chemická úprava vstupní vody. Měří se parametry doplňované vody a automaticky se dávkují příměsi tak, aby chemické složení odpovídalo předepsaným provozním požadavkům. Obsluha sleduje parametry složení vody a kontroluje stavy dávkovačů příměsí.
Pro regulaci tlaku v systému je použito měření v tzv. nulovém bodě kotelny a doplňování příslušnými čerpadly. Jsou sledovány a na zvolené úrovni udržovány hladiny v zásobníkových nádržích.
Pro doplňování vody do systému jsou použita vícestupňová čerpadla a tlakové poměry jsou udržovány ve zvolených mezích. Kontroluje se též interval mezi doplňováními pro zjištění úniku v systému primárního okruhu topného média. Běžící čerpadlo je zálohováno a při jeho výpadku dojde k okamžitému záskoku a signalizaci poruchy.
Každý složitý technologický celek je závislý na lidském činiteli. Zainteresovanost obsluhy, její profesionální zájem o optimalizaci výstupů, souhra lidí a systému a pečlivý výběr operátorů jsou základními předpoklady solidního využití poskytnutých technických prostředků.
Ivan Stránský
(stransky.cl@nextra.cz)
|