Elektropulsverfahren zur Abreinigung von Verschlackungen im Kesselbereich von Kraftwerken

Projektnummer 231

Die Verbrennung von Primärenergieträgern wie Braun- und Steinkohle oder von Sekundärenergieträgern wie Hausmüll oder Abfallholz zur Erzeugung elektrischer Energie führt durch die Rauchgassubstanzen nach gewisser Zeit zu Verschlackungen an den Ausrüstungen im Kessel- und Wärmetauscherbereich der Kraftwerke. Diese Verschlackungen verschlechtern den Wärmeübergang so, dass der Wirkungsgrad der thermischen Energieumwandlung mit der Zeit erheblich verringert wird. Auch ergeben sich veränderte Strömungs- und Druckverhältnisse, wodurch die verschiedenen Anlagenteile veränderten mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt werden und es so zu einer vorzeitigen Materialermüdung kommen kann.

Die zur Reinigung von Verschlackungen im Kesselbereich von Kraftwerken eingesetzten Verfahren sind mit einer Abschaltung und damit einem Stillstand des betreffenden Kraftwerksblocks verbunden. Dies bedeutet für den Betreiber einen Verdienstausfall, der gerade in der Zeit der Liberalisierung der Strommärkte so kurz wie möglich gehalten werden muss. Derzeit sind folgende Verfahren zur Beseitigung von Verschlackungen im Einsatz:

  • Abreinigung mittels Presslufthämmern und Sandstrahlern,
  • Zünden von Sprengstoff an exponierten Stellen.

Die gesamte Reinigungszeit beträgt inklusive Abkühlen, Einrüsten der Kesselanlage, Reinigen und Wiederinbetriebnahme zwischen einem und anderthalb Monate und muss je nach Qualität des Energieträgers jedes halbe bis dreiviertel Jahr wiederholt werden. Der Einsatz sogenannter Dampfrußbläser ermöglicht eine Verlängerung der Intervallzeiten. Das Reinigen der Kesselbereiche kann hierbei auch während des Betriebs erfolgen, da bei diesem Verfahren von außen ein Wasserstrahl mit einem Druck von ca. 30 bar auf die Verschlackungen gespritzt wird. Beim Auftreffen auf die heißen Anbackungen (je nach Kesselbereich zwischen 300 und 1200 °C) verdampft das Wasser schlagartig. Der dadurch entstehende Druck lässt die Verschlackungen abbrechen. Wegen der kleinen Öffnungen in der Kesselwand ist der Einsatz des geschilderten Verfahrens jedoch räumlich begrenzt. Auch herrscht im Kesselbereich verminderte Sicht, so dass ein gezieltes Abreinigen nicht möglich ist.

Das Labor für Hochspannungs- und Hochstromtechnik der Fachhochschule Gelsenkirchen befasst sich unter anderem mit der Behandlung spröder Materialien mit Hilfe elektrischer Hochleistungspulse zur Fragmentierung von Gestein zur Edelmetall- oder Edelsteingewinnung oder Trennung von Verbundmaterialien aus dem Baustoffrecycling. Grundsätzlich können diese Hochleistungspulse auch zur Abreinigung von Verschlackungen im Kesselbereich genutzt werden. Dabei werden Lichtbögen erzeugt, die die Verschlackungen elektrisch durchschlagen. Es entsteht ein leitfähiger Plasmakanal, in dem ein lokal sehr hoher Druck aufgebaut wird. Durch die überwiegend radiale Wirkung dieses Druckes platzen die Verschlackungen ab. Dieses konnte erfolgreich an einem mit Verschlackungen behaftetem Rohr aus einem Braunkohlekraftwerk demonstriert werden.

In dem Forschungsprojekt sollen die Auswirkungen des Hochleistungspulsverfahrens auf die Personen- und Betriebsicherheit untersucht werden. Dazu muss die Einhaltung der Vorschriften hinsichtlich der MAK-Verordnungen und der Richtlinien gemäß der DIN-VDE-Normen anhand experimenteller Untersuchungen nachgewiesen werden.

Die Untersuchungen der metallurgischen Auswirkungen der elektrischen Entladungen unterschiedlicher Intensität auf den Werkstoff der Wärmetauscherrohre stellt einen weiteren Hauptbestandteil des Forschungsvorhabens dar.

Anschließend soll die Entwicklung einer kompakten und praktikablen Elektrodenanordnung zur Elektropulsabreinigung im Mittelpunkt stehen. Die Möglichkeit der Automatisierung des Elektropulsreinigungsverfahrens soll abschließend untersucht werden.

Bei erfolgreicher Durchführung des Forschungsprojektes ist der Einsatz des Verfahrens in einem stillgelegten Kraftwerk zu Testzwecken vorgesehen.

Das Projekt wird von Juli 2002 bis September 2004 unter der Leitung von Christian Dreesen am Labor für Hochspannungs- und Hochleistungspulstechnik der Fachhochschule Gelsenkirchen durchgeführt. VGB PowerTech e. V. bringt als Unterauftragnehmer Ingenieurleistungen und Untersuchungen des Werkstofflabors ein. Eine Arbeitsgruppe des Arbeitskreises "Dampferzeuger" begleitet die Untersuchungen fachlich.

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