Hnědouhelné elektrárny v české republice vznikaly před 20 – 50 lety a některé z nich pracují s původními technologiemi takřka dodnes. Všechny jsou vybaveny technologiemi odprášení a odsíření, některé prošly komplexní obnovou, mnohé se postupnými opravami a dílčími modernizacemi k moderním technologiím dostávají postupně.
Z hlediska elektrických pohonů jsou v každé elektrárně vyjma generátorů zcela zásadní následující zařízení: Napájecí, chladící, kondenzátní a oběhová čerpadla, primární ventilátory, ventilátory odtahové, ventilátorové mlýny, kulové mlýny a dopravníky uhlí, případně popílku a dále potom čerpadla používaná v technologii odsíření.
V dnešním článku se budeme věnovat technologii mletí uhlí tedy procesu, který mění uhlí v elektrárně v uhelný prach. Uhlí do elektrárny přichází v surové podobě z dolů drcené obvykle pomocí kulových drtičů, které jsou buď umístěny již v samotných dolech, nebo až v elektrárně. První, nejhrubší drtiče uhlí jsou rovněž na samotných bagrech, které uhlí těží. Drcené uhlí je pro spalování nutno rozemlít na přesně definovaný prach, který je potom vháněn přes práškové hořáky do kotle. K procesu mletí hnědého uhlí jsou využívány tzv. ventilátorové mlýny. Je to robustní ventilátor, jehož lopatky jsou odolné abrazi a kromě urychlování vzduchu slouží i k rozemletí drceného uhlí na jemný prach. Uhlí je následně hnanou vzdušinou unášeno přes třídič, kde se nevyhovující frakce vrátí zpět do mlýna do práškových hořáků. Vzhledem k měnícím se vlastnostem hnědého uhlí a požadavkům na regulaci výkonu elektráren jsou kladeny i zvýšené požadavky na ventilátorové mlýny.
Na podzim roku 2011 byl v elektrárně Mělník spuštěn prototyp nového moderního regulovaného ventilátorového mlýna, který je součástí celého mlecího okruhu. Prototyp navrhla, dodala a odzkoušela firma IVITAS, a.s. spolu se svým partnerem – MORE s.r.o.
v rámci výzkumného projektu dotovaného ministerstvem průmyslu a obchodu, při podpoře realizace Skupinou ČEZ. Samotný ventilátorový mlýn je prvním moderním ventilátorovým mlýnem s regulací pomocí frekvenčního měniče v el. Mělník. Prototyp ventilátorového mlýna je k dnešnímu dni ověřen téměř ročním provozem a lze konstatovat následující: Podařilo se podstatně prodloužit životnost jednotlivých mlecích elementů a zlepšit granulometrii namletého paliva v celém rozsahu regulovaného výkonu. Reálný provoz tedy tento prototyp ověřil. Dosavadní ventilátorové mlýny byly obvykle realizovány s neregulovanými pohony s motory 6 kV. Nový ventilátorový mlýn byl z hlediska elektrického pohonu osazen motorem na 690 V, frekvenčním měničem a transformátorem 6 kV / 690 V.
Ventilátorový mlýn byl navržen na následující parametry: mlecí výkon 40 tun za hodinu, regulační rozsah výkonu mlýna: 18,0 – 40,0 tun za hodinu. Výsledkem je zařízení s vnějším průměrem mlecího kola 2600 mm, 12 lopatkami a provozními otáčkami mlecího kola: 551 - 666 ot/min a jemností mletí pod 0,09 mm. Výkon motoru je 765 kW a k regulaci je použit frekvenční měnič.
Přítomnost frekvenčního měniče je právě zdrojem několika výhod: Je to především možnost regulace rychlosti a tedy výkonu ventilátoru. Regulace otáček je vzhledem k současným možnostem frekvenčních měničů rovněž velmi přesná – s využitím vektorového řízení a kontinuálního výpočtu modelu motoru i bez čidla otáček lze dosáhnout přesnosti až 0,5%, s čidlem otáček až 0,001% jmenovitých otáček. Regulace je velmi plynulá, doposud byly ventilátorové mlýny provozovány pouze bez regulace. Dále je použití frekvenčního měniče velmi výhodné z hlediska rozběhu pohonu. Rozběh je plynulý a nedochází tak k mechanickým rázům, které mají značný dopad na životnost celého zařízení. Dále je možné i na malé otáčky zajistit plný kroutící moment motoru, což umožňuje rychlejší rozběh v případě kritických stavů, kdy se do mlýna dostane příliš mnoho materiálu nebo dojde z nějakého důvodu k jeho zablokování a „zavalení“. Další výhodou je možnost snadné změny směru otáčení a otáčení velmi pomalými rychlostmi – to se využije především při servisních a revizních pracích na zařízení.
Celý mlecí okruh tedy nyní produkuje prášek výrazně rovnoměrněji a v optimální jemnosti mletí, která je velmi důležitá pro spalovací proces. Výzkumný projekt tedy prokázal podstatné zlepšení parametrů.
Dodávka elektrozařízení obsahovala asynchronní motor řady 1LA4 o jmenovitém výkonu 765 kW při 680 otáčkách za minutu, frekvenční měnič SINAMICS G150 o jmenovitém výkonu 1000 kW a transformátor řady GEAFOL 1250 kVA. Projekci, montáž a uvedení elektrozařízení do provozu zajistila firma TEMEX, která je v oblasti elektrických regulovaných pohonů partnerem společnosti SIEMENS.
Transformátory řady GEAFOL, měniče řady SINAMICS motory SIMOTICS zahrnující i řadu 1LA4 jsou společně vyvíjeny a optimalizovány pro zajištění maximální vzájemné kompatibility systému regulovaného pohonu. Při vývoji je kladen důraz na kvalitu výroby a konzervativní dimenzování a s ním spojenou spolehlivost a životnost.
Řada motorů 1LA4 - označovaná také jako H-compact, pokrývá výkonovou škálu 200 - 3000 kW a to v provedení 2 - 12pólů a osové výšce 315 - 630 mm. Jsou to motory s litinovou žebrovou kostrou a ložiskovými štíty, které garantují svou konstrukcí vysokou účinnost chlazení motoru a tím kompaktnost, spolehlivost a disponibilitu. Tato řada se svou excelentní účinností a širokým spektrem příslušenství, nabízí možnost dimenzování motoru na různé aplikace ve všech důležitých odvětvích průmyslu. Proto byla tato řada také zvolena pro aplikaci ventilátorových mlýnů.
Zmíněná kostra svou robustností a pevností dává motoru odolnost proti vnějším vlivům (rázy, vnější vibrace, atd.) a na druhé straně zabraňuje vzniku a přenosu vibrací od stroje samotného.
Co se týče povrchové ochrany motoru - nátěrový systém je koncipován tak, že je rezistentní vůči agresivním prostředím, v němž může být motor provozován, například při vysoké vlhkosti v prašném prostředí a podobně.
Zvolený skříňový frekvenční měnič SINAMICS G150 je optimalizovaný pro aplikace s kvadratickou, nebo konstantní momentovou charakteristikou, které nevyžadují časté brzdění. Pohon ventilátorového mlýna je z hlediska frekvenčního měniče prakticky shodný s pohonem ventilátoru, Sinamics G150 je tedy ideální pro tuto aplikaci. Sinamics G150 je modulární frekvenční měnič s širokým rozsahem výkonů a širokými možnostmi výbavy, při současném dodržení typově odzkoušeného provedení splňujícího požadavky norem v oblasti EMC i projektování elektrických zařízení. Krytí měniče je rovněž možné zvyšovat ze základního IP20 až po IP54. V aplikaci je použité krytí IP21 – měnič je umístěn v rozvodně, která je uzavřená s přívodem filtrovaného vzduchu. Sinamics G150 disponuje řadou výhod, mimo jiné též kompaktními rozměry a tichým chodem, díky využití nízko-ztrátových výkonových IGBT tranzistorů a inovativního konceptu chlazení. Měnič jako jednotka nabízí nejvyšší možný standard provozní spolehlivosti a EMC. IGBT střídač je řízen technikou pulsně-šířkové modulace s optimalizovaným spínáním. Měnič tak dosahuje vynikající účinnosti, která je vyšší než 98%.
Řada transformátorů GEAFOL vychází z více jak čtyřicetileté tradice. Přestože se v zásadě nejedná o revoluční produkt, přináší technologie suchých transformátorů izolovaných pryskyřicí do praxe mnoho inovací, které zaručují specifické vlastnosti. Především jde o dokonalé oddělení elektricky aktivních materiálů ve vinutí od okolního prostředí, které umožňuje dlouholetou spolehlivost i v prostředích náročných na prašnost a vlhkost. Prašnost samotná je jedním z faktorů, který právě v okolí drcení a mletí uhlí v elektrárně hraje roli. Další výhody technologie GEAFOL jsou zvýšení účinnosti, úspora zastavěné plochy a snížená hmotnost transformátorů, ale také vysoká zkratová odolnost a nízká hlučnost. Specialitou a doménou Siemensu jsou pak transformátory pro použití s frekvenčními měniči – zde je nutné dodržet zásady návrhu z hlediska k zatížení vyššími harmonickými a možného přetěžování pohonu.
Projekt nového typu ventilátoru s regulovaným pohonem prokázal lepší vlastnosti ve srovnání se staršími technologiemi hned v prvních dnech provozu. Možnost regulace elektronickou cestou, tedy pomocí frekvenčního měniče, rovněž přináší nové možnosti a v tomto případě zcela průlomové, neboť mají přímý pozitivní dopad na kvalitu realizovaného technologického procesu, tedy mletí uhlí. Volba robustních a dlouholetými zkušenostmi prověřených komponent elektrického pohonu, optimalizace a kompatibilita všech prvků (motor, měnič, trafo) vede ke zvýšení provozní dostupnosti a tak celkovému zefektivnění procesu přípravy paliva pro elektrárnu.
