Leistungsspritze

Mehr Wirkungsgrad und weniger Schadstoffe

Eine grundlegende Modernisierung verhilft dem Block 8 des Kohlekraftwerks Smijew zu 55 MW Mehrleistung. Eine neue Dampfturbine, moderne Kesselbrennkammern und eine zeitgemäße Leittechnik heben den Wirkungsgrad von 33 auf 37 %; neue Elektrofilter senken den Schadstoffausstoß drastisch.

17. Dezember 2001

Die Tschernobyl-Reaktorkatastrophe von 1986 sowie weitere Störfälle in RBMK- Kraftwerken veranlassten die G7-Gruppe, die EG und andere, sich mit Chernobyl- Replacement-Konzepten zu beschäftigen, die eine unkonventionelle und schnelle Realisierung ermöglichen. Unabdingbare Voraussetzung dafür ist die sichere Bereitstellung der 2.000 MW Ersatzleistung durch Modernisierung oder Rekonstruktion konventioneller Kraftwerksleistung, ohne den Anteil importierten Brennstoffs zu erhöhen.

Mit Unterstützung der Bundesregierung, die eine Hermesdeckung für die Exportkredite zusagte, wurde im September 1996 ein Abkommen zwischen dem deutschen Konsortium Chernobyl Replacement und dem Energieministerium der Ukraine vereinbart, das die Rehabilitation einer Pilotanlage vorsah.

Mehrere Kraftwerksanlagen untersuchte das Konsortium, um die Rekonstruktionsfähigkeit der Blöcke einzuschätzen. Bewertet wurden Aufwendungen für Wirkungsgradsteigerung und die Erhöhung der Verfügbarkeit sowie der Lebensdauerverlängerung, die Betriebskosten, die Schadstoffemission und vieles mehr.

Schließlich fiel die Wahl auf den Block 8 des Kraftwerks Smijew, das etwa 50 km südöstlich von Charkow steht. „Dieser Block brachte die besten Voraussetzungen für eine technisch und wirtschaftlich sinnvolle Modernisierung mit“, erklärt Jörg Jordan, der das Gesamtprojekt Smijew beim Siemens- Bereich KWU betreut.

Kraftwerk Smijew zur Modernisierung ausgewählt

Das Kraftwerk Smijew verfügt insgesamt über zehn Blöcke, von denen die Blöcke 1 bis 6 für 200 MW und die Blöcke 7 bis 10 für 300 MW projektiert wurden. Der Block 8 wurde 1965 in Betrieb genommen, die Lebensdauer beläuft sich auf etwa 200.000 Betriebsstunden.

Auf Grund der Brennstoffverschlechterung, insbesondere durch die Erhöhung des Aschegehaltes von 20 % auf 35 % und mehr, konnte ein stabiles Feuer bei der Verbrennung von Anthrazitkohle mit der bestehenden offenen Brennkammer nur mit Stützfeuer (Öl/Gas mit einem Energieanteil von 20 bis 30 %) erreicht werden. Die maximale Blockleistung betrug dabei nur noch 270 MW, bevor der Block im April 1999 vom Netz ging.

Die Blockkonfiguration besteht aus zwei kohlenstaubgefeuerten Kesseln mit Schmelzkammerfeuerung, die den Turbosatz (bestehend aus einer Hochdruck-, einer Mitteldruck- und einer dreiflutigen Niederdruckturbine) mit Dampf versorgen. Die Dampferzeuger sind als Durchlaufdampferzeuger mit einfacher Zwischenüberhitzung in Zweizugbauweise ausgeführt. Die Frischdampf- sowie Zwischenüberhitzerrohrleitungen werden in den Schnellschlussventilen der Hochdruck- und Mitteldruckturbine zusammengeführt.

„Bevor es zur Erarbeitung des Angebotes für das Modernisierungsprojekt kam, wurde durch die Konsorten noch einmal der Zustand der Anlage detailliert ermittelt“, berichtet Projektleiter Jordan. „Wir stellten fest, dass die zulässige Grenzlebensdauer bei vielen temperaturbelasteten Komponenten, wie den Brennkammern der Dampferzeuger oder den Gehäusen der Hochdruck- und Mitteldruckturbine, erreicht war.“

Die Gehäuse der Hoch- und Mitteldruckturbine sind mit axialer Teilfuge ausgeführt. Die starken Massenanhäufungen und Materialasymmetrien im Teilfugenbereich führten wegen unzulässiger thermischer Beanspruchungen zu Verkrümmungen in horizontaler und vertikaler Richtung (Katzbuckeln der Gehäuse). Die Folge der Verkrümmungen waren Anstreifungen der Abdichtelemente, Verkrümmungen der Läufer und lange Anfahr- und Wartezeiten. Die lokale Überschreitung der Streckgrenzen, vor allem an den Innenphasern der Gehäuse und Deckelträger, führte zu plastischen Verformungen, welche die Klaffungen vergrößerten. Diese Folgereaktionen minderten Wirkungsgrad und Betriebssicherheit.

Große Regeltoleranzen beschleunigten Verschleiß

Die Ursachen der Schadensfälle sind unter anderem in der Konstruktion der Maschinen und in der Leittechnik am Turbosatz zu finden. Die wasserhydraulische Regelung arbeitete mit großen Regeltoleranzen, die unzulässige Bauteiltemperatursprünge und -transienten nach sich zogen. Schwerwiegende Schäden entdeckten die Inspizienten auch auf der Niederdruckseite; die Schaufelprofile zeigten deutliche Erosionsspuren und das geschweißte Gehäuse wies Risse auf.

Damit standen wichtige Maßnahmen zur Ertüchtigung fest. Jordan: „Die Hochdruckmaschine wird von uns komplett getauscht, ebenfalls die Mitteldruckturbine, die vom lokalen Hersteller Turboatom geliefert wird.“ Das Gehäuse der Niederdruckmaschine wird durch die Turboatom überarbeitet. Läufer und Beschaufelung werden neu geliefert. Durch die Leistungssteigerung des neuen Turbosatzes und den physikalischen Alterungszustand des Generators (Risse im Pratzenbereich) wurde der Austausch des Generatorständers erforderlich. Diese Arbeiten führt der lokale Unterauftragnehmer Elektrotjashmash durch.

Für die Rekonstruktion der Dampferzeuger besteht die primäre Kundenforderung, im Leistungsbereich von 70 bis 100 % den Block ohne Stützfeuerung bei hoher Betriebssicherheit und Manövrierfähigkeit fahren zu können. Somit konzentrierte sich der Rehabilitationsschwerpunkt auf die Brennkammern der Dampferzeuger. Zum Einsatz kommen neue Schmelzbrennkammern. Geliefert werden sie von einem Kesselunterkonsortium (Steinmüller, Babcock und Alstom Energy Systems).

„Nach hiesigen Kriterien, insbesondere hinsichtlich der erforderlichen Investitionen für die Erfüllung der strengeren Umweltschutzauflagen, wäre eine derart umfassende Modernisierung des Blockes wahrscheinlich nicht mehr in Frage gekommen“, kommentiert Projektleiter Jordan den Zustand der Anlagen. „Doch für den Energieversorger Centerenergo lohnt es sich, denn nach Abschluss der Arbeiten kann der Block noch 15 bis 20 Jahre im Grundlastbetrieb gefahren werden.“ Dazu müssen die Mitarbeiter des Kraftwerks Smijew die unrehabilitierten Komponenten und Systeme, wie Kondensat- und Speisewasserpumpen, Vorwärmsäule, Schmierölsystem, Schaltanlagen und vieles mehr, im Rahmen der jährlichen betriebsbedingten Revisionen auf die neuen Lebensdaueranforderungen ertüchtigen.

Voraussetzung für einen störungsfreien Betrieb der neuen Komponenten ist die Erhöhung des Automatisierungsgrades des Blockes. Deswegen erneuert Siemens auch die Leittechnik. Deren Installation war nicht zuletzt durch den Zustand der technischen Dokumentationen der Anlagen, die meist aus den 50er und 60er Jahren stammten und den gegenwärtigen Anlagenzustand nur unzureichend wiedergaben, eine komplexe Aufgabe. „Wir mussten sie in die vorhandenen Systeme eingliedern und außerdem Komponenten einbinden, die wegen ihres Alters nur schwierig zu integrieren sind“, erläutert Jordan die Problematik. Überhaupt liege in der Kombination vieler alter und neuer Komponenten der Reiz dieses Projekts, sagt er.

Auch den zeitgemäßen Umweltschutzanforderungen wird die Rekonstruktion gerecht: Neue Elektrofilter der Apparatebau Rothemühle sollen einen Abscheidegrad von 99,7 % erreichen. Die verbesserte Verbrennung mit geringerer Aschebildung und die Filtertechnik sorgen dafür, dass nach der Modernisierung 18.000 t Flugasche, 2.000 t SO2 und 150.000 t CO2 weniger in die Umwelt gelangen. Einher geht die Schadstoffreduktion mit einer Verringerung des Brennstoffbedarfs um etwa 12 % bei vergleichbarer Leistung. Auf die Stützfeuerung mit Erdgas kann zumindest im Teillastbereich verzichtet werden.

Nicht zuletzt die Tatsache, dass der Block 8 modernisiert wird, ohne dass Entlassungen zu befürchten sind, motiviert die Mitarbeiter des Kraftwerks Smijew, bei der Modernisierung zu helfen. „Ich glaube, sie sind sogar stolz darauf, dass gerade ihr Block für die Modernisierung ausgewählt wurde“, meint Jordan. Die Ukrainer begeistern sich für die neue Technik und sehen dem Tag mit Erwartung entgegen, an dem sich die Turbine wieder dreht. Doch bis dahin werden sie sich noch etwas gedulden müssen. Im Sommer 2001 soll der Block wieder ans Netz gehen. (du)

MEHR ALS 10.000 STUNDEN ERFOLGREICHER BETRIEB Standortversorgung in Eigenregie

Die Eigenenergieversorgungsanlage Fechner 2000 in Lünen, für die von Noell-KRC die Hauptgewerke Feuerung, Abhitzekessel und Abgasreinigung errichtet wurden, ist seit zwei Jahren erfolgreich in Betrieb.

Für eine kostengünstige Energieversorgung ihres Produktionsstandortes in Lünen hat die Bruno Fechner GmbH & Co. KG im Rahmen eines langfristigen Unternehmenskonzeptes gesorgt. Dies war Voraussetzung für eine dauerhafte Wettbewerbsfähigkeit ihrer Kohleaufbereitung und der Produktion von Spezialbrennstoffen. Dazu gründete das Unternehmen gemeinsam mit der Harpen AG und der Emschergenossenschaft/Lippeverband die Innovatherm Gesellschaft zur innovativen Nutzung von Brennstoffen mbH.

Diese erteilte 1995 der Noell-KRC Energie- und Umwelttechnik GmbH den Auftrag, als Generalunternehmer die Hauptgewerke der Eigenenergieversorgungsanlage Fechner 2000 zu realisieren. Dabei zeichnete Noell-KRC verantwortlich für Lieferung, Montage- und Inbetriebnahme des Abhitzekessels sowie der kompletten Rauchgasreinigungsanlage mit Elektro- und Gewebefilter, Sprühabsorber, Nasswäscher, Wärmetauscher, Kamin und Gipsaufbereitung. Die Planung, Lieferung, Montage und Inbetriebnahme des Wirbelschichtofens mit Anfahrbrennern, der Brennstoffzuführsysteme und des kompletten Aschetransports führte die Raschka Ingenieurbüro GmbH & Co. KG durch. Im November 1997 übergab Noell-KRC die Anlage nach erfolgreichem Probebetrieb an Innovatherm.

In der auf einen Heizwert von 4.400 kJ/kg ausgelegten Verbrennungslinie kommt als Brennstoff ein mit Kohle konfektionierter Klärschlamm sowie eine Mischung aus entwässertem und getrocknetem Klärschlamm zum Einsatz. Bei einer Verbrennungskapazität von 30,3 t/h (das entspricht 242.000 t/a) können bis zu 37 MWth in Form von Heißdampf erzeugt werden, der in einer Turbogruppe zur Stromerzeugung dient. Die gewonnene elektrische Energie wird zu 25 % in der Anlage selbst eingesetzt, 75 % fließen in die benachbarten Produktionsstätten.

Mit der abwasserfrei arbeitenden Rauchgasreinigungsanlage unterschreitet die Anlage die Grenzwerte der 17. BImSchV deutlich. Beispielsweise scheidet der Nasswäscher über 99 % des Schwefels aus den 92.500 m3/h Rauchgas heraus. Der entstehende Gips wird ausgeschleust, entwässert und einer Verwertung zugeführt.

Erschienen in Ausgabe: 01/2000