Qualifizierung neuer Werkstoffe im Einsatz bei Dampfturbinen mit erhöhten Temperaturen zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades

Projektnummer 259

Die im Forschungsprojekt 158 begonnenen Untersuchungen zur Ermittlung von Werkstoffkennwerten moderner Turbinenwerkstoffe wurden im Anschlussvorhaben 217 fortgesetzt, da für die Bewertung des Langzeitverhaltens hochbeanspruchter Turbinenwellen und –gehäuse sowie Armaturen eine ausreichende Versuchszeit erreicht werden muss, um eine sichere Extrapolation auf die geplante Auslegungsdauer von 200.000 Stunden zu gewährleisten. Weiterhin wurden im Anschlussvorhaben zusätzlich Versuche bei 625 °C durchgeführt, die die bereits vorhandene Datenbasis erweitern.

Der bis jetzt vorliegende unstetige Verlauf der Zeitstandfestigkeitskurven erlaubt noch keine

  • verlässliche Extrapolation der Zeitstandfestigkeit auf die maßgebende Betriebs-/Auslegungszeit von 200.000 h.
  • Festlegung des Mittelwertes der Zeitstandfestigkeit der in Untersuchung befindlichen neuen Stähle. Diese Mittelwerte sind von großer Bedeutung für das NRW-Referenzkraftwerk und für alle anderen zukünftigen neuen Kraftwerke mit erhöhten Dampfparametern.
  • Bewertung des Einflusses der angewandten Erschmelzungs- und Wärmebehandlungsmethoden auf das Zeitstandverhalten und auf die Mikrostruktur der großvolumigen Kraftwerksbauteile hinsichtlich der technischen Bestellspezifikationen.

Daher sind im Anschlussvorhaben die folgenden Arbeiten geplant:

  • Weiterführung der Langzeitversuche an den neuen 600°C-Stählen bis zu einer Laufzeit von t = 80.000 h.
  • Absicherung der Zeit-Extrapolationskonzepte von konventionellen Stählen zur Sicherstellung des Bauteilverhaltens der neuen Werkstoffe bis 200 000 h.
  • Bereitstellung von Langzeitproben zur Erstellung von Gefügebildern für Lebensdaueranalysen.

Durch eine weitere Ausweitung der Untersuchungszeit der Proben wird eine gute Grundlage für die Bewertung realer Bauteile geschaffen.

Von der Durchführung des Forschungsvorhabens wird folgender Nutzen für die Energieversorgungsunternehmen erwartet:

  • Die gründliche Untersuchung vieler Produktionsbauteile erlaubt eine Absicherung der Auslegungskennwerte für 600 °C Kraftwerke. Daraus resultiert eine hohe Verfügbarkeit und lange Lebensdauer der Anlagen.
  • Die höheren Dampfparameter verbessern den thermischen Wirkungsgrad und reduzieren die CO2-Emission der Anlagen.
  • Durch die gemeinsame Erarbeitung der Ergebnisse ist ein direkter Kenntnistransfer zwischen Kraftwerksbetreibern und Turbinenherstellern gewährleistet.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens informieren die Turbinenhersteller über den Stand anderer nationaler und internationaler Forschungsvorhaben sowie über alle relevanten internationalen Tagungen, die sich mit der Neuentwicklung von Kraftwerkswerkstoffen befassen (COST522, THERMIE, MARCKO etc.).

Das Projekt wird unter der Leitung von Dr. Torsten-Ulf Kern, Siemens AG, durchgeführt und vom Fachausschuss "Werkstoffe und Qualitätssicherung" fachlich begleitet. Die Ergebnisse werden im Sommer 2007 vorliegen.