Kurzfassungen - VGB PowerTech Journal 10/2011

Zukunftsperspektiven für die Hochtemperatur-Gasturbine im Kraftwerksbau

Konrad Vogeler

Die Rolle der Hochtemperatur-Gasturbine in der Zukunft wird diskutiert. Berücksichtigt wird, dass sich das Portfolio der genutzten Energiequellen aufgrund von Umwelt- und Kostendruck stark ändert. Dabei wird die notwendige CO2-Abtrennung und Speicherung einen großen Einfluss auf die technische Ausrüstung und die Kosten der Kraftwerke mit den klassischen fossilen Brennstoffen haben. Der möglichst hohe Wirkungsgrad der Gesamtanlage wird Schlüssel zum Erfolg sein. Es werden die wichtigsten Prozessparameter für Wirkungsgrad und Leistung einer Gasturbine im offenen und auch im kombinierten Dampfturbinenprozess vorgestellt und bewertet. Moderne Fertigungsmethoden und neue Materialien eröffnen zudem Potenziale, den Wirkungsgrad für Anlagen noch einmal signifikant anzuheben.

Stand und Bedeutung nationaler, europäischer und internationaler Normen für das System  GT-Anlage - GT-Normung quo vadis?

Gerd Weber und Burkhard Josuhn-Kadner

Normung zum Bereich der Gasturbine findet in den verschiedensten Gremien statt. In diesem Beitrag werden diese Gremien aufgeführt und die wesentlichen, zurzeit anstehenden Arbeiten dargestellt. Mit dieser Darstellung soll die vielfältige Arbeit in den Normungsausschüssen gezeigt werden und um Beteiligung der Betreiber, Kunden, Behörden und Hersteller an der Normungsarbeit geworben werden. Normung bietet sehr viele Vorteile in der Zusammenarbeit der am Turbinengeschäft Beteiligten und kann zu wesentlichen Arbeitseinsparungen im gesamten Geschäftsumfeld führen.

Erste Erprobungsergebnisse zur neuen  6-MW-MAN Gasturbine

Markus Beukenberg, Alexander Wiedermann, Ulrich Orth, Emil Aschenbruck und Frank Reiß

Die Entwicklung einer vollständig neuen Gasturbinenbaureihe verlangt einen hohen Einsatz an Kapital, Ressourcen und Know-how. MAN Diesel & Turbo hat sich vor einigen Jahren entschieden, diesen Weg zu gehen und eine Gasturbine der 6-MW-Klasse neu zu konstruieren. Die der Konstruktion zugrunde liegenden Anforderungen hinsichtlich Markt und Wettbewerb bestimmen ebenso die Merkmale, wie die rein technischen Parameter. Hierbei gilt es, ein Optimum zu finden.

Eine innovative Verbrennungstechnologie für hocheffiziente Gasturbinen

Sebastian Göke und Christian Oliver Paschereit

Am Fachgebiet für Experimentelle Strömungsmechanik an der Technischen Universität wird ein neues Verbrennungsverfahren für Gasturbinen entwickelt. Bei diesem werden große Mengen an Wasserdampf in den Brennprozess hinzugefügt. Dieser Ansatz ermöglicht eine deutliche Effizienzsteigerung und minimiert auch die entstehenden Schadstoffemissionen. Diese „ultra-wet gas turbine“ kann so einen sehr hohen Wirkungsgrad erreichen, der vergleichbar ist mit dem moderner Gas- und Dampf-Kombikraftwerke. Der Verbrennungsprozess erlaubt auch die Nutzung von fast beliebigen gasförmigen Brennstoffen.

Entwicklung zuverlässiger Wärmedämm-schichten für hochbeanspruchte Turbinen- und Brennkammerbauteile

Hans-Peter Bossmann, Gregoire Witz und Robert Baumann

Seit Jahrzehnten wird in Gasturbinen überwiegend teilstabilisiertes Zirkonoxid (7YSZ) als Wärmedämmschicht (TBC) eingesetzt. Als Haftvermittler (BC) wurde eine Vielzahl von MCrAlY-Schichten entwickelt. Um die Eigenschaften dieser Schicht zu verbessern, wurden weitere Elemente zulegiert. Zur Beschichtung der Bauteile werden metallische oder keramische Pulver mit thermischen Spritzverfahren aufgebracht, wobei für die Wärmedämmschicht Atmosphärische Plasma Spritzverfahren, für die Haftvermittlerschicht Vakuum, Niederdruck oder Atmosphärische Plasma Spritzverfahren eingesetzt werden.

Passive akustische Dämpfer zur Schalldämpfung in modernen Gasturbinen-Brennkammern

Sermed Sadig und Michel Houde

Die ansteigenden Anforderungen zur Reduktion der Emissionen von Gasturbinen treibt das Verbrennungssystem immer weiter an seine Stabilitätsgrenzen. Die Folge ist häufig das Auftreten von Verbrennungsschwingungen in mageren Verbrennungssystemen, die einen starken Einfluss auf den Betrieb der Gasturbine haben. Betriebsbereich und Emissionen können durch den Einsatz von akustischen Dämpfern in der Brennkammer verbessert werden. Eine Übersicht über die Entstehung der Instabilitäten wird gegeben und Möglichkeiten werden aufgezeigt, wie Gasturbinenhersteller mit passiven Dämpfern Brennkammerschwingungen reduzieren können.

Probleme mit ZWS-Kesseln in China und deren Lösung

Leming Cheng, Junchun Zhang, Zhongyang Luo und Kefa Cen

Die aktuell installierte Leistung von Kesseln mit zirkulierender Wirbelschicht (ZWS) in China beträgt rund 73.000 MW und entspricht ungefähr 12,1 % der gesamten thermischen Leistung des Landes. ZWS-Kessel bieten viele Vorteile. Es gibt aber immer noch eine Reihe ungelöster Probleme, mit negativen Auswirkungen auf die Sicherheit und den Wirkungsgrad und Verfügbarkeit. Im Beitrag werden die Probleme, die in ZWS-Dampferzeugern in China aufgetreten sind, zusammengefasst und Lösungen aufgezeigt.

Erfahrungen über Verfügbarkeit, Instand-haltung und Wirtschaftlichkeit von drei kohle-befeuerten zirkulierenden Wirbelschicht-feuerungen in einem Heizkraftwerk nach vier Jahren Mitverbrennung von Ersatzbrennstoffen

Dirk Roschek und Christoph Ipsen

Seit 2006 werden bei der Stadtwerke Flensburg GmbH in drei zirkulierenden Wirbelschichtkesseln neben Steinkohle auch Ersatzbrennstoffe verbrannt. Zur Mitverbrennung wurde die Kesseltechnik geändert. Es wurden eine Kompaktstation, eine EBS-Halle, drei pneumatische Förderlinien sowie ein 3-Kammer-Aschesilo errichtet. Über Betriebserfahrungen, u.a. Probleme mit dem neuen Brennstoff und der störanfälligen Technik der Brennstoffförderung, sowie die wirtschaftlichen Randbedingungen und Ergebnisse wird berichtet.

ESB-Mitverbrennung in der Wirbelschicht-anlage Wuppertal-Elberfeld

Uwe Herrmann

Betreiber von kohlegefeuerten Kraftwerksanlagen sehen eine Möglichkeit zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit in der Mitverbrennung von Ersatzbrennstoffen. Dadurch ist die Substitution von teuren Primärenergieträgern möglich, wie auch eine Verbesserung der CO2-Bilanz im Emissionshandel. Am Standort HKW Elberfeld der WSW Energie & Wasser AG wurden daher zwei steinkohlegefeuerte Wirbelschichtkessel im Jahr 2009 mit einer Mitverbrennungsanlage nachgerüstet. Über erste Erfahrungen mit der Anlage wird berichtet.

Zustandsüberwachung von heißgehenden, dickwandigen Bauteilen an Dampfkesselanlagen unter Einbeziehung der Ultraschalllaminographie (USL) als innovatives Prüfverfahren

Klaus Metzger, Falk Müller, Korbinian Puchner und Karl-Heinz Schmitt-Thomas

Im Rahmen der Anlagenrevision ist die Bewertung des Gefüges an dickwandigen Bauteilen für die Beurteilung der Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit der Dampfkesselanlagen von entscheidender Bedeutung. Für die zerstörungsfreie Untersuchung ist dabei jedoch nur die Oberfläche der Bauteile zugänglich. Mit der Ultraschalllaminographie (USL) liegt ein Verfahren vor, das von dem an der Oberfläche ambulant festgestellten Gefügezustand ausgeht und in Bezug zu diesem angibt, ob das tiefer liegende Gefüge gleich oder besser zu klassifizieren ist.

Einsatz von synthetischen titandioxidhaltigen Materialien zur Verbesserung der Oberflächen-eigenschaften von Kesselausmauerungen gegen Anbackungen

Peter Kohnen, H.-J. Langhammer und D. Amirzadeh-Asl

In Wirbelschichtanlagen bilden sich mineralische Anbackungen von Aschen und Schlacken an Konstruktionsbauteilen, wodurch die Leistungsfähigkeit der Gesamtanlage reduziert wird. Diese Anbackungen müssen kostenintensiv beseitigt werden. Basierend auf Erfahrungen mit synthetischen titandioxidhaltigen Materialien wurden zur Vermeidung der Bildung solcher Anhaftungen auf den Oberflächen der Feuerfestausmauerungen Materialien mit titandioxidhaltigen Zusätzen entwickelt. Neben den Eigenschaften und dem Entwicklungs- und Herstellungsprozess dieser Materialien werden zwei Anwendungen beschrieben.
Invertex - Ein neues Verfahren zur Rauchgasentschwefelung
Lars Tiberg und Mats Eriksson
Ein neues Verfahren zur Rauchgasentschwefelung wird vorgestellt, bei dem in einen Reaktor Rauchgase im Gegenstrom durch ein körniges Kalksteinbett geleitet werden. Eine erste Pilotanlage für einen 20-MW-Kessel ist seit mehreren Jahren in Betrieb. Für diese kann auf interessante Betriebsergebnisse verwiesen werden: ein hoher Abscheidegrad von Schwefel, Chlor, Fluor und Flugasche bei geringem Druckverlust und ein Ausnutzungsgrad des Kalksteins von 75 %.

Maßnahmen zur Einhaltung des aktuellen Staubemissionsgrenzwertes

Michael Evard

Betriebserfahrungen und Optimierungsansätze an einem Elektrofilter nach 20 Jahren Betrieb mit einer Betriebstemperatur von ca. 350 °C, insbesondere hinsichtlich der Störungsanalyse sowie der durchgeführten Reinigung werden vorgestellt. Aufgrund Reduzierung der Staubgrenzwerte im Rahmen der Novellierung des 13. BImschG war es für den wirtschaftlichen Weiterbetrieb des Kraftwerkes zwingend erforderlich, die bestehende Filtertechnik optimal auszunutzen. Der Elektrofilter ist Bestandteil einer mit Steinkohle gefeuerten zirkulierenden Wirbelschichtanlage mit Primärentschwefelung.