Schnell zum Erfolg

Modernisierung des Heizkraftwerkes im Industriepark Höchst

Wer aufgrund des KWK-Modernisierungsgesetzes Maßnahmen plant, sollte wegen der zeitlichen Befristung der Zuschüsse nach Lösungen suchen, die sich schnell realisieren lassen. Der Industriedienstleister und Standortbetreiber Infraserv Höchst wählte den Einbau einer neuen Gasturbine in das bestehende Heizkraftwerk.

30. Juli 2003

Zur Versorgung des Industrieparks Frankfurt-Höchst mit Prozess- und Heizdampf betreibt Infraserv Höchst ein Heizkraftwerk, das nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) arbeitet. Das Heizkraftwerk besteht im Wesentlichen aus vier Hochdruckdampfkesseln, sechs Dampfturbinen zur Stromerzeugung und zwei Turbinen, die Druckluftverdichter antreiben. Zwei der Kessel (K3 und K4) werden mit Steinkohle befeuert; sie decken die Grundlast ab. Die beiden anderen sind Gaskessel (K2 und K9) und stehen für den Mittel- und Spitzenlastbedarf der Produktionsbetriebe am Standort zur Verfügung.

In den Kesseln wird hochgespannter Dampf (121 bar) erzeugt. Er strömt den so genannten Vorschaltturbinen zu, die einen Teil des Wärmeinhalts in elektrische Energie umwandeln. Der austretende 16 bar (Prozess-)Dampf wird über Rohrnetze an die Verbraucher im Industriepark verteilt. Der überschüssige Dampf wird über die Gegendruckturbinen geleitet, die ebenfalls Strom erzeugen beziehungsweise die Druckluftverdichter antreiben.

Der 4,2-bar-Abdampf wird nach Abzug des Kraftwerkeigenbedarfs im Industriepark Höchst über Rohrnetze verteilt. Er dient vornehmlich zum Heizen. In Spitzenzeiten liefert das Heizkraftwerk von Infraserv ungefähr 550 t Dampf pro Stunde und circa 90 MW elektrische Leistung.

Drei Varianten standen zur Auswahl

Für eine mögliche Modernisierung des Heizkraftwerks im Industriepark Höchst im Sinne des „Gesetzes für die Erhaltung, die Modernisierung und den Ausbau der Kraft-Wärme-Koppelung“ (KWK-G) bot sich die Installation einer Gasturbinenanlage in den gasbefeuerten Teil des Heizkraftwerks an. Zielsetzung war dabei, das bestehende Kraft-Wärme-Potenzial weiter zu optimieren, also die Stromerzeugung bei gleichbleibendem Wärmebedarf zu steigern. Infraserv Höchst untersuchte hierzu mehrere Varianten, unter anderem den Ersatz der gasbefeuerten Kessel durch ein 200 MW leistendes GuD-Kraftwerk, den Zubau einer 70-MW-Gasturbine mit einem unbefeuerten Abhitzekessel und schließlich die Vorschaltung einer Gasturbine vor den vorhandenen Kessel 2.

Der Vergleich der untersuchten Varianten ergab als optimale Lösung im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit die Vorschaltung einer 43-MW-Gasturbine vor Kessel 2. Dabei waren folgende Hauptparameter maßgebend:

Durch Einbeziehen des vorhandenen Kessels für die Verwertung der Abgaswärme der Gasturbine können erhebliche Investitionsmittel eingespart werden. Hinzu kommt, dass dieser Dampferzeuger in einem technisch so guten Zustand ist, dass er mindestens noch 20 Jahre hält, was etwa der Lebensdauer der neuen Gasturbine entspricht.

Für eine gute Wirtschaftlichkeit der Gasturbinenanlage versteht es sich von selbst, dass möglichst hohe Benutzungsstunden erreicht werden. Das bedeutet, dass die Gasturbinenanlage mit der gekoppelten Dampferzeugung in den Grundlastbereich - der heute durch die Kohlekessel abgedeckt wird - fällt. Da Steinkohle im Verhältnis zum Erdgas einen sehr günstigen Brennstoffpreis hat, würde eine Verdrängung von Steinkohle die Wirtschaftlichkeit des Projektes beeinträchtigen. Also wählte Infraserv die Anlage so aus, dass einerseits die über die Anlagengröße erreichbare Kostendegression genutzt werden kann, andererseits aber so wenig Steinkohle wie möglich verdrängt wird.

Unter den gegebenen Rahmenbedingungen hat sich das Vorschalten einer Gasturbine vom Typ GTX 100 des Herstellers Alstom als optimale Lösung herausgestellt. Der Abgasmassenstrom dieser Maschine entspricht ziemlich genau dem des Dampferzeugers bei Volllast. Zudem handelt es sich bei diesem Maschinentyp um eine moderne Entwicklung mit hohem Wirkungsgrad und niedrigen Emissionen.

Am Dampfkessel sind dazu in erster Linie die Brenneranlagen auszutauschen, um die heißen Turbinenabgase (550 °C) als Sauerstofflieferant für die Feuerung übernehmen zu können. Die Feuerungsanlage ist so konzipiert, dass bei Ausfall der Gasturbine ein fliegender Wechsel auf Frischluftbetrieb ohne Ausfall der Dampferzeugung möglich ist.

Da die Kesselanlage in der Regel wegen des stark schwankenden Dampfbedarfes fast ausschließlich in Teillast gefahren werden muss, war es erforderlich, die Heizflächen des Kessels anzupassen. Die thermodynamischen Berechnungen haben gezeigt, dass der relativ große Economizer der Anlage im Teillastfall zuviel Wärme aufnimmt und unzulässige Vorverdampfung in dieser Heizfläche auftritt. Dieses Problem wurde durch Umwidmen eines Teils der Eco-Heizfläche zu einem Zwangsumlaufverdampfer gelöst. Zur Realisierung des Projektes sind darüber hinaus folgende Maßnahmen vorgesehen: die Installation eines Anfahrkamins, die Installation eines 110/11-kV-Transformators und das Erneuern der Leittechnik des Dampfkessels.

Infraserv Höchst hat mit dem vorgestellten Projekt der Vorschaltung einer Gasturbine vor einen bestehenden Dampferzeuger eine Möglichkeit gefunden, schnell auf das neue KWK-Gesetz zu reagieren und eine effiziente Lösung für die Optimierung der Energieversorgung im Industriepark Höchst zu finden. So kann Infraserv seinen Kunden auch weiterhin Versorgungssicherheit zu günstigen Konditionen bieten und zugleich die CO2-Emissionen mindern.

Erschienen in Ausgabe: 05/2003