Grande studija slučaja: Elektrostatički filter u Dijamantu, Zrenjanin

Elektrostatički filter ugrađen u industriji ulja Dijamant u Zrenjaninu bio je centralni deo kompleksnog projekta po principu „ključ u ruke“. Ovim projektom rešen je problem izrazito visoke emisije praškastih materija pri sagorevanju suncokretove ljuske, kako bi se omogućio nastavak njenog korišćenja kao goriva.

Međutim, projekat nije bio tako jednostavan. Pored elektrostatičkog filtera, projekat je obuhvatao kontinualno merenje emisije praškastih materija, povećanje energetske efikasnosti postrojenja iskorišćavanjem dela toplote dimnih gasova, kao i prihvat i transport izdvojenog pepela.

Dodatni izazov bio je uklapanje nove, gabaritne opreme u postojeće postrojenje, koje je zahtevalo rušenje dela objekta i građevinske radove.

Na kraju bilo je potrebno dokazati rezultate rada postrojenja merenjima nezavisne akreditovane laboratorije.

Kome je Dijamant ukazao poverenje?

Dijamant je poverenje za izradu projekata i izvođenje radova ukazao Marquis Commerce-u iz Beograda. Ovo preduzeće realizovalo je sa partnerom ovaj kompleksni sistem po principu „ključ u ruke“.

Drugim rečima, Marquis Commerce je bio odgovoran za čitav proces: od tehničkog rešenja i glavnih projekata, preko isporuke i montaže, do puštanja postrojenja u rad. Projektna dokumentacija obuhvatala je glavni građevinski, elektro i mašinsko-tehnološki projekat.

Potpisivanje Ugovora bilo je medijski propraćeno, a snimak KTV televizije sa ovog događaja danas je dostupan na YouTube kanalu Marquis Intelligence.

Suncokretova ljuska kao gorivo

U procesu prerade suncokreta nastaje značajna količina suncokretove ljuske. U Dijamantu ona nije posmatrana kao nusproizvod, već kao resurs. Naime, ova energetski vredna biomasa korišćena je kao gorivo za proizvodnju tehnološke pare.

Kotao K5, proizvođača Minel Kotlogradnja, imao je kapacitet 25 t/h pare i mogao je da koristi prirodni gas ili suncokretovu ljusku. Pri radu na biomasu prirodni gas služio je prvenstveno za startovanje, do uspostavljanja stabilnog sagorevanja suncokretove ljuske.

Njeno korišćenje omogućavalo je supstituciju oko 70% prirodnog gasa. Projektna prezentacija računala je sa oko 84 tone ljuske dnevno i energetskim efektom ekvivalentnim uštedi približno 1.600 Nm³ prirodnog gasa na sat.

Energetska opravdanost korišćenja biomase bila je jasna. Problem je predstavljala emisija praškastih materija.

Emisija čestica 32 puta iznad granične vrednosti

Merenja izvršena 2003. godine na dimnom kanalu kotla K5 pokazala su koncentraciju ukupnih praškastih materija od 1.630,04 mg/Nm³ pri radu kotla sa kapacitetom od 11 t/h. Tadašnja granična vrednost iznosila je 50 mg/Nm³.

Dakle, izmerena koncentracija bila je više od 32 puta viša od dozvoljene, zbog čega je rad kotla obustavljen. Time problem više nije bio samo ekološki. Obustava kotla značila je i gubitak mogućnosti da se biomasa, kao “besplatno gorivo” koristi umesto znatne količine prirodnog gasa.

Rešenje je zato moralo istovremeno da zadovolji procesne, ekološke i ekonomske zahteve.

Elektrostatički filter u Dijamantu – cena ili tehnički izazov

U konkurenciji više ozbiljnih ponuđača presudan razlog za izbor isporučioca nije bila samo cena opreme, već njene tehničke karakteristike i iskustvo proizvođača. Izbor elektrostatičkog filtera za prečišćavanje dimnih gasova nastalih sagorevanjem suncokretove ljuske predstavljao je značajan tehnički iskorak ne samo lokalnog karaktera.

Naime, tehnologija proizvodnje ulja od suncokreta se u osnovnoj pripremi sirovine razlikuje. Većina proizvođača ne ljušti suncokret, pa se kod njih suncokretova ljuska ne izdvaja kao poseban nusproizvod procesa. Zbog male nasipne gustine, izdvojena ljuska predstavlja poseban izazov za skladištenje, transport i dalje korišćenje. Kotlovska postrojenja u slučaju njenog sagorevanja moraju biti prilagođena njenim karakteristikama.

Zato je primena elektrostatičkog filtera za prečišćavanje dimnih gasova nastalih sagorevanjem suncokretove ljuske toliko posebna.

Suncokretova ljuska se po svojim karakteristikama ne može jednostavno izjednačiti sa drvetom ili drvnim peletom. Njena struktura, sadržaj vlage i organskih komponenti utiču na sagorevanje i osobine nastalih čestica. U analiziranom sastavu ljuske naveden je, između ostalog, i sadržaj ulja od oko 3%.

Zašto je izabran elektrostatički filter ESC Umwelttechnik?

Izabrano je rešenje nemačke kompanije ESC Umwelttechnik GmbH. Važna prednost bilo je iskustvo njenog vlasnika Jürgena Fischera sa biomasom sličnih karakteristika, uključujući pirinčanu ljusku. Druga razmatrana rešenja bila su više zasnovana na iskustvu sa drvnom biomasom.

Kod ovakvog postrojenja nominalni protok i deklarisana efikasnost nisu dovoljni. Potrebno je razumeti stvarni proces iz kog dimni gas nastaje, jer upravo od njega zavise svojstva čestica i drugih zagađujućih materija, a samim tim i tehničko rešenje.

Marquis Commerce projektant i integrator sistema

Kao što je već napomenuto, projektni zadatak obuhvatao je znatno više od samog elektrostatičkog filtera.

Predviđeni su novi utilizator, elektrostatički filter ESC Umwelttechnik, sistem za merenje sadržaja čestica u dimnim gasovima, sistem za izuzimanje i ovlaživanje pepela, povezivanje sa postojećim ventilatorom dimnih gasova, novi dimni kanali, cevovodi, termička izolacija i pristupi za održavanje.

Marquis Commerce je izradio projektnu dokumentaciju kroz tri kompatibilna, sinhrona, strukovna projekta: građevinski, elektro i mašinsko-tehnološki.

Dakle, projekat nije podrazumevao samo ugradnju elektrostatičkog filtera koji se postavlja između kotla i dimnjaka. Bio je to deo novog procesnog sklopa čiji su elementi morali međusobno da funkcionišu kao celina.

Elektrostatički filter pouzdanog nemačkog proizvođača

U Dijamantu u Zrenjaninu ugrađen je elektrostatički filter ESC Umwelttechnik, Nemačka, tip 400/ESC/1 × 2 × 10 × 6 × 3,0.

Projektovan je za 33.100 Nm³/h, odnosno približno 50.000 m³/h dimnih gasova u radnim uslovima. Projektna koncentracija praškastih materija na ulazu iznosila je 6 g/Nm³, dok je garantovani sadržaj na izlazu bio maksimalno 50 mg/Nm³.

Filter je imao dve sekcije i deset prolaza. Projektovana filterska površina iznosila je 720 m², odnosno 960 m² razvijene površine taložnih elektroda sigma oblika. Svaka sekcija imala je svoj visokonaponski agregat, sa nominalnim visokim naponom od 111 kV i nominalnom snagom od 15,54 kW po agregatu.

Način izdvajanja čestica

U elektrostatičkom filteru čestice se najpre naelektrišu u zoni koronarnog pražnjenja na emisionim elektrodama postavljenim u svakom od deset prolaza između redova taložnih elektroda. Pod dejstvom električnog polja negativno naelektrisane čestice zatim se kreću ka taložnim elektrodama, na kojima se izdvajaju iz struje dimnih gasova.

Tako se stvara sloj izdvojenih čestica na taložnim elektrodama. Nataložene čestice uklanjaju se njihovim otresanjem pomoću sistema čekića.

VIDI TAKOĐE: FAQ 2 -Rešenja Marquis Intelligence

Konstrukcija emisionih elektroda tokom razvoja elektrostatičkih filtera značajno se menjala. Rane konstrukcije koristile su tanke žice, a kasnije i nazubljene elemente, koji su bili podložniji mehaničkim oštećenjima i prekidima u radu. Savremene konstrukcije koriste krute emisione elektrode sa šiljcima, sa znatno većom pouzdanošću.

Tokom rada dolazi do taloženja pozitivno naelektrisanih čestica na emisionim elektrodama. One se takođe čiste otresanjem.

Sve elektrode se čiste periodičnim otresanjem. Čišćenje je automatizovano, a period i frekvencija otresanja mogu se podešavati prema uslovima rada. U konkretnom slučaju elektrostatičkog filtera u Dijamantu interval otresanja je bio podešen na manje od pet minuta.

Elektrostatički filter bio je opremljen i uređajem za optimizaciju potrošnje električne energije.

Utilizator za iskorišćenje toplote dimnih gasova

Pre ulaska u elektrostatički filter dimni gasovi su prolazili kroz nov utilizator, odnosno razmenjivač toplote. Projektovan je za približno 50.000 m³/h dimnih gasova, čija se temperatura sa oko 240–290 °C snižavala na približno 130 °C. Preuzeta toplota koristila se za predgrevanje demineralizovane vode korišćene u kotlovskom postrojenju za proizvodnju pare.

Na taj način iskorišćen je deo energije dimnih gasova, uz istovremeno obezbeđivanje odgovarajućih temperaturskih uslova za rad elektrostatičkog filtera i smanjenje količine toplote koja se odvodi u atmosferu.

Izdvajanjem pepela iz dimnih gasova proces nije završen

Prečišćavanje dimnih gasova ne završava se trenutkom kada se čestice izdvoje iz dimnih gasova. Posle toga i čestice i prečišćeni dimni gasovi nastavljaju svoj put, ali odvojeno.

Put izdvojenog pepela

Otresanjem elektroda pepeo pada u isipni koš, a zatim se preko sistema pužnih transportera odvodi iz filtera. Projektom su predviđeni transporter za suvu prašinu, sistem za ovlaživanje pepela i transporter za ovlaženu prašinu.

Za prihvat i odvoženje izdvojenog pepela iz fabričkog kruga konstruisani su i posebni kontejneri zatvorenog tipa.

Put dimnih gasova nakon prečišćavanja

Merenje sadržaja preostalih čestica u dimnim gasovima

Nakon prolaska kroz elektrostatički filter dimni gasovi se dimovodnim kanalima sprovode preko merne stanice do dimnjaka.

U naprednoj mernoj stanici koncentracija čestica određuje se u protoku dimnih  gasova pomoću lasera. Ovo je bila izuzetno sofisticirana oprema pre više od dvadeset godina.

U tehnici svaki detalj je važan

Kod elektrostatičkog filtera brojni konstrukcioni detalji direktno utiču na pouzdanost, efikasnost i dug vek rada.

Posebna ventilacija visokonaponskih izolatora

Visokonaponski izolatori na krovu elektrostatičkog filtera imali su svoju posebnu ventilaciju sa termički obrađenim i izfiltriranim vazduhom radi sprečavanja njihovog zaprljanja i kondenzacije, što bi moglo dovesti do pojave strujnih staza.

Zaobljene unutrašnje ivice filtera i koša

Realizacija je pokazala koliko na konačan rezultat utiču detalji koji se na prvi pogled mogu činiti sporednim.

Unutrašnje geometrije morale su biti rešene tako da se izbegavaju mesta na kojima bi se prašina nepotrebno zadržavala. Zato su i unutrašnje ivice filtera i koša zaobljene. Na taj način smanjena je mogućnost nakupljanja i lepljenja izdvojenog pepela u uglovima.

Termička izolacija i grejni kablovi

Poseban izazov bila je izolacija velikog kućišta filtera i isipnog koša. Izolacioni sloj postavljao se na zavarene igle uz rešavanje temperaturskih mostova. Ispod izolacije je ugrađen i fleksibilni električni grejač raspoređen po površini poput zmije.

Njegova uloga bila je da pomogne održavanju potrebne temperature površina i spreči neželjenu kondenzaciju.

Danas takav detalj zvuči kao logičan deo projekta. Pre dve decenije nije bilo jednostavno pronaći domaću kompaniju koja je bila spremna da ovako specifičnu izolaciju izvede na filteru i njegovom velikom košu.

Upravo takvi detalji često odlučuju da li će dobro projektovan uređaj dobro raditi i u eksploataciji.

Ovlaživanje pepela

Ovlaživanje pepela bilo je važan deo sistema za njegovo bezbedno izuzimanje i transport. Dodavanjem vode smanjivala se mogućnost da u izdvojenom pepelu ostanu tinjajuće čestice, kao i rizik od ponovnog podizanja fine prašine tokom rukovanja i transporta.

Istovremeno, ovlažene čestice međusobno su se vezivale, čime se smanjivala rastresitost pepela i olakšavao njegov kontrolisan transport i odlaganje.

Puštanje u probni i konačni rad

Tokom puštanja postrojenja u probni rad merna oprema je u početku pokazivala veoma niske koncentracije praškastih materija. Međutim, prilikom prvog jutarnjeg pregleda ustanovljeno je naglo pogoršanje rezultata, odnosno prekoračenje mernog opsega sistema za kontinualno merenje.

Analizom načina rada i razgovorom sa operaterima kotlovskog postrojenja utvrđeno je da je kotao tokom noći, iz dodatnog opreza pri radu sa novom opremom, neuobičajeno često i dugo produvavan vodenom parom.

Povećana vlažnost dimnih gasova dovela je do intenzivnijeg lepljenja pepela za elektrode i stvaranja naslaga, čime je smanjena njihova efikasna površina i pogoršan rad elektrostatičkog filtera.

Operaterima su date detaljnije instrukcije za rad, elektrode su temeljno otrešene, a intervali automatskog otresanja skraćeni. Time je poboljšano čišćenje elektroda i stabilizovan rad sistema.

Po puštanju postrojenja u konačni rad izvršena su i garancijska merenja.

Garancijska merenja potvrdila efikasnost rada

Rezultat projekta proverila je akreditovana laboratorija A.D. Bio-ekološki centar, Zrenjanin. Ona je dana 14. juna 2006. godine, prema propisanim metodama, izvršila merenja emisije. Dobijene srednje vrednosti koncentracije praškastih materija bile su:

• 28,17 mg/Nm³
• 29,23 mg/Nm³
• 21,32 mg/Nm³

pri tadašnjoj graničnoj vrednosti od 50 mg/Nm³.

Nakon garantnih merenja i daljeg podešavanja sistema u eksploataciji, emisija je spuštana na vrednosti ispod 20 mg/Nm³. Drugim rečima, u odnosu na merenja pre ugradnje elektrostatičkog filtera emisija praškastih materija smanjena je više od 80 puta.

Značajna investicija sa kratkim periodom povraćaja sredstava

Vrednost tehnološkog dela investicije iznosila je približno 750.000 EUR, dok su dodatni građevinski, sanacioni i prateći radovi povećali ukupnu investiciju na oko 900.000 EUR.

U tehno-ekonomskoj analizi razmatrana je vrednost energije dobijene sagorevanjem suncokretove ljuske u odnosu na trošak zamenskih izvora energije.

Na osnovu tadašnje zvanične industrijske cene prirodnog gasa, vreme otplate tehnološkog dela investicije procenjeno je na 88 radnih dana.

Analiza je proveravana i poređenjem energetskog ekvivalenta suncokretove ljuske sa troškom prirodnog gasa, odnosno električne energije potrebne za dobijanje iste količine energije. Kada se posmatrao širi investicioni obuhvat, oba pristupa davala su period povraćaja reda 8–9 meseci.

U ovom slučaju investicija u zaštitu životne sredine nije predstavljala samo trošak nametnut propisima. Ona je omogućila nastavak korišćenja sopstvenog energetskog resursa.

Nakon dve decenije

Od realizacije projekta prošlo je više od dve decenije.

Nakon završetka projekta i isteka ugovornih obaveza Marquis Commerce više nije bio uključen u redovno praćenje rada postrojenja. U međuvremenu su dozvoljene granične vrednosti emisije pooštrene.

Prema potvrdi Predraga Nenina, menadžera za kvalitet i zaštitu životne sredine u Dijamantu, elektrostatički filter i danas zadovoljava važeće zahteve za emisiju praškastih materija. To je možda najvažnija dugoročna potvrda ovog projekta.

Postrojenje nije bilo projektovano samo da neposredno nakon puštanja u rad zadovolji tadašnjih 50 mg/Nm³. Dalja optimizacija i rezultati ispod 20 mg/Nm³ obezbedili su rezervu koja je sistemu omogućila da ostane upotrebljiv i nakon pooštravanja zahteva.

Projekat koji je povezao dve profesionalne priče

Na strani investitora projekat su vodili ljudi neposredno odgovorni za investicije, održavanje i tehničku realizaciju u Dijamantu.

Momčilo Ćuk, tada direktor investicija i održavanja, imao je ključnu koordinacionu ulogu u realizaciji projekta.

Ključni učesnici ispred investitora bili su i Sava Dutina i Gordana Petrović, danas Gordana Blagić. Oni su ispred investitora obavljali nadzor nad izvođenjem radova iz oblasti elektrike i mašinstva na projektu elektrostatičkog filtera.

Po završetku projekta Gordana je prešla u Marquis Commerce, gde je kao licencirani inženjer za projektovanje i izvođenje radova nastavila da radi na projektovanju i realizaciji sistema iz oblasti ventilacije, kvaliteta vazduha i procesnog inženjerstva.

VIDI TAKOĐE: Gordana Blagić u Marquis Commerce-u već 20 godina.

Šta projekat ESF-a u Dijamantu pokazuje danas?

Projekat u Dijamantu pokazuje da uspešno industrijsko prečišćavanje dimnih gasova ne zavisi samo od izbora odgovarajućeg uređaja, već od toga koliko je rešenje prilagođeno konkretnom gorivu, postrojenju i realnim uslovima rada.

U ovom slučaju bilo je potrebno omogućiti nastavak korišćenja suncokretove ljuske kao goriva, rešiti izrazito visoku emisiju praškastih materija i novi sistem uklopiti u postojeće energetsko postrojenje.

Rezultat je bio elektrostatički filter koji je emisiju praškastih materija smanjio više od 80 puta, uz veoma kratak period povraćaja investicije.

Više od 20 godina kasnije, prema potvrdi korisnika, isti elektrostatički filter i dalje ispunjava važeće zahteve za emisiju praškastih materija.

Upravo trajnost postignutog rezultata možda je i najvažnija potvrda vrednosti projekta.

Izvori

1. Marquis Commerce d.o.o. Glavni mašinsko-tehnološki projekat rešenja problema emisije čvrstih čestica iz kotla K5, Knjiga 3, Sveska 1, Dijamant AD Zrenjanin, Beograd, januar 2006.
2. A.D. Bio-ekološki centar, Zrenjanin. Izveštaj o laboratorijskom ispitivanju broj I 424, 19.06.2006, na osnovu merenja emisije izvršenog 14.06.2006. na zajedničkom dimnom kanalu kotlova K4 i K5, Dijamant AD Zrenjanin.
3. A.D. Bio-ekološki centar, Zrenjanin. Izveštaj o laboratorijskom ispitivanju broj I 502, 10.07.2006, na osnovu merenja emisije izvršenog 04.07.2006. na zajedničkom dimnom kanalu kotlova K4 i K5, Dijamant AD Zrenjanin.
4. Petrović, G.; Janaćković, V. „Rešavanje problema emisije praškastih materija iz kotla K5 u ‘Dijamant’ AD, Zrenjanin ugradnjom elektrostatičkog filtera“, XXXIII savetovanje „Zaštita vazduha ’05“, Beograd, 2005, str. 89–94.
   Bibliografski zapis Narodne biblioteke Srbije
5. Petrović, G.; Ćuk, M. „Ugradnja elektrostatičkog filtera za smanjenje emisije praškastih materija iz kotla K5 u Dijamantu, Zrenjanin“, 47. Savetovanje industrije ulja „Proizvodnja i prerada uljarica“, Herceg Novi, jun 2006.
   Uljarstvo, Vol. 37, br. 1–2, 2006
6. Petrović, G. „Suncokretova ljuska kao gorivo“, 48. Savetovanje „Proizvodnja i prerada uljarica“ sa međunarodnim učešćem, Herceg Novi, 11–16. jun 2007.

Ovaj tekst pripada serijalu Grande studija slučaja (GCS) Marquis Intelligence-a u kome se dokumentuju projekati koji se izdvajaju tehničkom složenošću, obimom realizacije, merljivim rezultatima ili dugoročnim značajem.

Dokument MI-GCS-001.26 – Grande studija slučaja: Elektrostatički filter u Dijamantu, Zrenjanin