V polovině února se v Praze konala konference Coal Gen Europe zaměřená na moderní technologie výroby elektrické energie z uhlí. Pan David Chapin zde prezentoval moderní technologii čištění kotlů v tepelných elektrárnách. Jedná se o zařízení pro impulzní čištění, produkt společnosti GE Energy, která jej právě v této době uvádí na evropský trh.
Během konference se váš příspěvek týkal čištění kotlů a potrubí v tepelných elektrárnách. Z jaké pozice se této problematice věnujete?
V naší divizi GE Energy Environmental Services se mj. zabýváme různými způsoby filtrace a čištění,jde např. o filtraci spalin v elektrárnách nebo výrobních závodech či o filtraci vzduchu v turbínách. Já osobně se zaměřuji na procesy čištění v tepelných elektrárnách.
Během spalování uhlí vznikají usazeniny, jaké jsou negativní důsledky tohoto jevu?
Princip tepelné elektrárny spočívá v přeměně chemické energie. Spaluje se uhlí a získané teplo uvádí do provozu turbínu, ta je napojena na generátor, který vyrábí elektrickou energii. Spalováním uhlí vznikají různé usazeniny, v největší míře je produkován létavý popílek, který může zanášet zařízení, také se kumuluje v textilních filtrech, v elektrostatických odlučovačích a v dalších součástech zařízení. Problém spočívá v tom, že pokud je potrubí a jiné součásti zařízení pokryty těmito sloučeninami, není teplo vzniklé spalováním absorbováno efektivně. Při zanesení kotle a potrubí usazeninami se zvyšuje spotřeba uhlí na vyrobenou jednotku energie. Cílem čištění je tedy zvýšení efektivity spalování uhlí.
Jaké jsou dosud používané technologie odstraňování usazenin?
Nejběžnější a již dlouho používané je čištění pomocí páry, které je v tepelné elektrárně dostatek (přenáší teplo ke generátoru). Tato metoda čištění je efektivní, ale přináší negativní důsledky ve formě postupné eroze čištěných zařízení, může vést až ke zničení trubek a nutnosti jejich výměny, což si vyžádá odstávku zařízení a náklady na materiál, tím se čištění pomocí páry značně prodražuje.
Dalším oblíbeným způsobem je akustické čištění, které je mnohem jemnější a nemá ty negativní důsledky jako parní čištění. V současnosti GE stále vyrábí zařízení, která mohou být pro akustické čištění použita.
Další možnou metodou je čištění pomocí vibrací, k tomu se používají přístroje, které mechanicky odstraňují nečistoty. Tam může opět nastat problém s poškozením zařízení.
Také existují metody pro vyplavení usazenin pomocí vody při odstávce zařízení.
GE přináší nový způsob čištění, jímž je impulzní technologie. Představte nám ji prosím. Zejména její výhody oproti dosavadním metodám čištění.
Impulzní čištění je relativně nová technologie. Navazuje na již dlouho používané akustické čištění, které je založené na vytvoření akustické vlny, při impulzním čištění se vytváří šoková vlna, která je velmi intenzivní. Samozřejmě se jedná o kontrolovaný systém, vlna je vedena správným směrem na zařízení, kde je potřeba provést čištění. Šoková vlna rozloží usazeniny, zajistí, aby se odloučily od povrchu, následně jsou soustředěny do násypek a dalších zařízení, které je potom odvádí pryč ze systému. Výhoda je v tom, že energie vlny je dostatečně intenzivní, aby efektivně vyčistila celé zařízení, ale není natolik silná, aby narušila povrch trubek a dalších částí zařízení. Díky tomu se dá používat mnohem častěji, běžně několikrát za hodinu. To je jeden z velkých rozdílů oproti běžným parním ofukovačům, které lze bezpečně použít zhruba dvakrát až třikrát denně. Výsledkem je, že impulzní čištění umožňuje vysokou frekvenci čištění za provozu kotle, tím zajišťuje stálou efektivitu zařízení.
Jaký je tedy přesně rozdíl mezi akustickým a impulzním čištěním?
Akustické čištění má hluboké kořeny, používalo se již dávno. Jeho vznik se váže k používání parních kotlů na lodích. Tato technologie byla objevena náhodou právě na parnících, kde se ukázalo, že zazní-li siréna, dojde k odstranění sazí a uvolnění různých nečistot. Tento systém byl dále vyvíjen a přenesl se z parníků i na další zařízení.
V akustickém čistění jde pouze o zvukovou vlnu, ale u impulzního čištění vytváříme rázovou vlnu s větší amplitudou a díky tomu vzniká i vyšší energie, která umožňuje odstranit i přilnavější částice, na které by akustická vlna nestačila. Rozdíl není ve frekvenci, ale v intenzitě vytvářené vlny. K vývoji technologie došlo tak, že jsme se snažili vyrábět stále silnější a efektivnější metody akustického čištění. V GE Global Research Center se setkali vědci zabývající se akustickým čištěním s kolegy, kteří zrovna pracovali na vývoji ”Pulse denotation engine” (volně přeloženo jako pulzní detonační motor) a tyto technologie se ukázaly být velmi vhodné pro čištění kotlů.
Pro koho je impulzní čištění určeno?
Naši klienti mají tři typy problémů. První situace je taková, že používají parní ofukovače a jsou s nimi víceméně spokojení, ale chtějí možnosti čištění rozšířit, potřebují je obohatit o další metodu. Druhá situace je taková, že společnost používá ofukovače, ale dlouhodobě jsou pro ně nevýhodné právě kvůli různým poškozením a kvůli finančním nárokům. Třetí problém je, že elektrárna má časté výpadky, musí dělat odstávky, aby provedla čištění ve větším měřítku. Ve všech těchto třech situacích může impulzní čištění pomoci, protože, jak už bylo zmíněno dříve, je efektivní a hlavně funguje z dlouhodobého hlediska jako velmi šetrná metoda čistění.
Podle čeho vypočítáváte sílu šokové vlny a kam zařízení umísťujete?
Když instalujeme nová zařízení pro impulzní čištění, tak jsou pro nás nejdůležitější dva parametry: první je velikost kotle a druhý je teplota. Potom jsou tam samozřejmě další faktory, jako například možnost přístupu (zařízení se často umisťují na stěny poblíž kotlů), kvůli snížení finanční náročnosti.
Proč je pro nás tak důležitá velikost kotle? Jde o to , že se vzdáleností klesá účinnost vytvářených impulzů, takže je potřeba dostatečně pokrýt celou oblast, která má být čištěna. Působení jednotlivých zdrojů šokových vln se musí částečně překrývat, aby nevznikala hluchá – nečištěná – místa. Teplota v kotli je pro návrh čisticího zařízení další důležitý faktor, protože intenzita vysílané vlny se mění v závislosti na hustotě prostředí, a ta je dána právě teplotou.
Je část zařízení uvnitř kotle? Jak je ošetřené, aby vzdorovala tak vysokým teplotám?
Řešení je možné přizpůsobit na míru, standardně to vypadá tak, že hlavní část zařízení je vně kotle a uvnitř je napojena teplotám odolná součást, která pouze usměrňuje vlnění správným směrem. Ale ani to není nezbytné, umíme přizpůsobit zařízení tak, aby bylo celé mimo kotel.
Jaké jsou ekonomické souvislosti této technologie? Jaké jsou náklady, jaká je návratnost?
Naše zkušenost je taková, že zákazníci mají zájem o nové věci jenom v případě, že jim mohou přinést úspory nebo pro ně budou jinak finančně výhodné. Zařízení pro impulzní čištění má návratnost v poměrně krátké době, obvykle to bývá méně než rok. Je to dosaženo tím, že se jednak spaluje méně uhlí, a zároveň může provoz fungovat bez přestávek, což znamená zvýšení výroby.
Finanční úspory je jedna část toho, o co usilujeme, dále máme na zřeteli čím dál přísnější regulace emisí. Naše technologie je součástí certifikace Ecomagination, kam patří ekologicky přínosné technologie. Elektrárnám zajišťujeme konzistentnější a efektivnější provoz a zároveň redukujeme emise škodlivých látek do ovzduší. Ekologické aspekty výroby energie bere GE velmi vážně, významně investujeme do výzkumu ve všech oblastech využívání obnovitelných zdrojů.
Používá dnes někdo v České republice tyto čistící technologie? Nebo blíží se nějaké instalace?
Zatím žádná zařízení instalována nebyla. Tato technologie je v současnosti v poslední fázi příprav k uvedení do zemí EU. V tomto směru je konference Coal Gen Europe výborně načasovaná, protože nám umožní tento produkt oficiálně představit.
Kolik provozů, které by mohly tuto technologii využívat, u nás v ČR vlastně existuje?
Potenciál České republiky pro instalaci zařízení na impulzní čištění je hrubým odhadem (na základě instalovaného výkonu uhelných elektráren) asi 200 jednotek Powerwave+.
Tepelné elektrárny jsou největším producentem energie, přesto jsou u široké veřejnosti nepopulární. Všichni by si přáli (možná naivně) čistší energii a spalování fosilních paliv je vnímáno jako nutné zlo. Máte také tuto zkušenost?
Můj názor je takový, že uhlí je v současné době nepostradatelné, protože to je velmi úsporný zdroj, který je navíc snadno dostupný. GE se intenzivně zabývá obnovitelnými zdroji, ty ovšem v současnosti zdaleka nemohou uspokojit energetický trh. Proto je samozřejmě nutné správně využívat zdroje, které jsou k dispozici, a uhlí má mezi nimi bezesporu přední místo. S tím souvisí naše snahy o dosažení optimální efektivity při jeho spalování a pomoc s minimalizací negativních dopadů na životní prostředí.
Děkuji vám za rozhovor.
David Chapin vystudoval strojírenství. Bakalářské studium absolvoval na Union College v New Yorku. V roce 2002 nastoupil do GE, kde začal působit v rámci studentského programu, přitom dokončoval magisterská studia na Georgia Tech. Od roku 2007 se zaměřuje na technologie čištění v tepelných elektrárnách. Přesídlil do Kansas City, kde teď žije a pracuje jako vedoucí produktový manager pro Powerwave akustické a impulzní čištění.
www.gepower.com