Section D: Flexibility options in generation and storage of power and heat

Thursday, 14 September 2017, 14:00-14:30h/D01

Conversion of a large power plant into single-mill operation

Hans Christian Schröder, TÜV Süd Industrie Service GmbH; Christian Gerber, Grosskraftwerk Mannheim, Germany

(The abstract is available in German only.)

Fluktuierend eingespeister Wind- und Solarstrom erfordert zunehmend technische Betriebsänderungen an thermischen Grundlast-Kraftwerken. Welche Erfahrungen bestehen bei der Umstellung auf Ein-Mühlen-Betrieb? Wie wirkt sich dieser auf die künftige Betriebsweise aus? Muss die Regelungs- und Leittechnikstruktur unter Berücksichtigung des vorhandenen Genehmigungsstatus angepasst werden?

Gerade ältere Bestandsanlagen sind aufgrund der robusteren Konstruktion oft besser geeignet, um sie für einen flexibilisierten Betrieb fit zu machen. Ebenso hängt der Ein- Mühlen-Betrieb stark von der Konstruktion des Feuerungsraums ab. Die Tangentialfeuerung ist dafür besonders geeignet, da der Feuerungsraum als ein Gesamtbrenner betrachtet werden kann. Neben der gemahlenen Kohle kommt in der Regel Öl oder Gas als Zusatzbrennstoff zum Einsatz. Vielfach besteht die Ansicht, das sei zur sicheren Durchzündung des eingebrachten Kohlestaubs erforderlich. Bei Teillast soll die Leistung mit alleinigem Kohlebetrieb nun auf den prozesstechnisch niedrigst möglichen Lastzustand runtergefahren werden. Ein Ein-Mühlen-Betrieb kann das leisten – auch ohne sonst übliches Stützfeuer durch Öl- oder Gasbrenner.

Im Grosskraftwerk Mannheim wurden im Rahmen von Versuchen gezielt die Auslegungsgrenzen eines Kohleblocks anfahren, um die Prozesseffizienz zu steigern. Eine Zielgröße dabei war die Feuerung stabil zu halten und auch bei Teillast eine möglichst hohe Flammenstabilität im Feuerungsraum zu erzielen. Das heißt: ein sicheres Zünden des eingebrachten Kohlestaubs. Zugleich galt es, die Feuerungssignale mittels Flammenwächter zuverlässig zu detektieren. Weitere zu bewältigende Kernpunkte waren 1) die ausreichende Durchströmung des Verdampfers sowie 2) einer für die Turbine notwendige Dampftemperatur mit möglichst geringem Abfall und 3) dass die Mindesttemperatur des Rauchgas vor Eintritt in die Entstickungsanlage einen Wert > 300 °C erreicht. Einzuhalten waren 4) auch die Werte für restverbrennliche Anteile in der Flug- und Nassasche. Zu beobachten war, dass die Zusammensetzung der Flug- und Nassasche stärker von der Qualität der eingesetzten Kohle abhängt, aber noch im Toleranzbereich lag.

Leittechnische Lösung ohne geänderte Konstruktion

TÜV SÜD Industrie Service hat den bisherigen und künftigen Betrieb untersucht und das Projekt verfahrens- und sicherheitstechnisch begleitet. Die künftige Betriebsweise ließ sich aus optimierten Betriebsversuchen ableiten. Weil die Ingenieure den Ein-Mühlen-Betrieb rein regelungstechnisch realisieren konnten, waren konstruktive Maßnahmen überflüssig oder durch organisatorische Maßnahmen kompensierbar. Eine wichtige Größe ist das sogenannte „Feuerleitprogramm“. Dafür haben die Ingenieure die Regelungsmatrix auf die neuen Betriebsverhältnisse angepasst und anhand von weiteren Versuchen untermauert.

Der Vortrag bietet Lösungsansätze von Praktikern für Praktiker: Er zeigt, wie ein umweltschonender Betrieb innerhalb der gesetzlichen Grenzwerte möglich ist. Die Flammenstabilität hat sich verbessert, da diese einzelne Mühle in einem höheren Lastspektrum betrieben werden kann im Vergleich zu dem Zweimühlenbetrieb.