Modernisierung der Dampfturbinen und Kondensatoren im Kohlekraftwerk Ibbenbüren. John Walsh, RWE Power AG Dr. Roland Sommer, Siemens AG

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1 Modernisierung der Dampfturbinen und Kondensatoren im Kohlekraftwerk Ibbenbüren John Walsh, RWE Power AG Dr. Roland Sommer, Siemens AG

2 Agenda Einleitung HD- und MD-Modernisierung ND und Kondensator-Modernisierung Fazit

3 Einleitung Kraftwerk Ibbenbüren Betreiber: RWE Power AG Inbetriebnahme: Juni 1985 Betriebsstunden vor Modernisierung: (Juni 2009) Elektrische Leistung vor Modernisierung: 752 MW Brennstoff: Steinkohle (Anthrazit) Kessel: Zwangdurchlauf-Dampferzeuger mit Schmelzfeuerung Turbine: Siemens HD-MD-ND-ND Konfiguration 3

4 Einleitung RWE-Ziele Effizienzsteigerung und Verringerung der spezifischen CO 2 -Emissionen Leistungssteigerung Erhöhung der Flexibilität Verlängerung der Lebensdauer um Betriebsstunden Verbesserung der Langzeitverfügbarkeit Reduzierung bzw. Beibehaltung des kurz- und mittelfristigen Instandhaltungsaufwandes Modernisierung innerhalb der Standard Umbauzeit Einhaltung der Umbauzeit Wie können diese Ziele erreicht werden? 4

5 Einleitung Kessel Brennstoffversorgung Kessel Komponenten Verbrennungskonzept Thermisches Design Gebläse und Filter Mühlen Kesselspeisewasserpumpe und Speisewassersystem Turbine Schmieröl Speerdampf Entwässerung Dampfrohrleitungssystem Kondensator Kondensatorpumpen Sicherheits- Systeme Kühlwassersysteme Generator Transformatoren Schaltanlage Anlagenanalyse: Integraler Ansatz Kessel, Kondensator und Dampfturbine 5

6 Einleitung Anlagen Analyse Integrale Modernisierungsstudie Integrale Kreislaufoptimierung Allgemeine Status Quo Inspektion Kundenanforderungen Detaillierte Untersuchung in definierten Bereichen Vor Optimierung Nach Optimierung Frischdampf 524 C 534 C ZÜ 527 C 538 C Massenfluss 618 kg/s 640 kg/s Kühlwasser 21,0 C kg/s 22,0 C kg/s Integrale Kraftwerksmodernisierung Positive Kunden- Entscheidung Kosten / Nutzen 6

7 Einleitung Komponenten für die Modernisierung im Kraftwerk Ibbenbüren Kessel Turbinen (HD, MD, ND) Kondensator Kühlturm & Kühlwasserpumpen Generator 7

8 Einleitung Kosten Inspektion Komponenten Austausch Retrofit Wirkungsgrad / Leistung / Flexibilität Wertschöpfung Lebensdauer Zuverlässigkeit Zuverlässigkeit Lebensdauer Zuverlässigkeit 8

9 HD-Modernisierung Modernisierungsmaßnahmen Neues 3D Schaufeldesign Strömungsoptimierung Kamm-Nut Labyrinth Innovative Dichtungskonzepte 9

10 HD-Modernisierung Beschaufelung Verlustmechanismen Profilverlust - durch Grenzschicht und Abströmkante Anströmverlust - durch veränderliche Anströmwinkel Sekundärströmungsverlust durch den Einfluss der Randzone auf die Hauptströmung Spaltverluste zwischen Schaufelspitze und Gehäuse 10

11 HD-Modernisierung Beschaufelung Zylindrisches Schaufelblatt Design 1937 Konstanter Profilquerschnitt Design 1953 Design 1968 Design 1980 Verwundenes Schaufelblatt variable Profilschnitte Anpassung an veränderliche Zuströmwinkel Minimierung der Anströmverluste 3DS TM (seit 1997) veränderlicher Profilverlauf über der Blatthöhe Design 1995 Krümmung und Neigung im Schaufelblatt Reduktion der Profil- und Sekundärströmungsverluste 11

12 HD-Modernisierung Dichtungskonzepte Dichtungsausführung Relativer Leckdampfstrom Einfach Dichtband (Älteres Design) Einfach Dichtband (Große Nuten) Einfach Dichtband (Sägezahn Nuten) Doppeltes Dichtband Niedrige Spaltverluste mit Spitze-Spitze Kamm-Nut-Labyrinth Niedrigste Spaltverluste mit Kamm-Nut-Labyrinth 12

13 HD-Modernisierung Dichtungskonzepte 13

14 HD-Modernisierung Dichtungskonzepte beschichtet unbeschichtet Abrasible Schicht Eisenspiel Reduziertes Radialspiel Radialspiel Prinzip Effektiver Dichtspalt wurde verringert Leckageverminderung um bis zu 30% Spalt zwischen harten Bauteilen wurde vergrößert Verbesserung der Betriebssicherheit 14

15 HD-Modernisierung Dichtungskonzepte Grundmaterial Trägerschicht NiCrAl Hartes Anstreifen Bentonit Aufbau Trägerschicht: NiAl (max. Dicke 150μm) Beschichtung: NiCrAl (35%) + Bentonit (65%) Bentonit: vollständig inert gegenüber Dampf kein Einfluss auf Wasser-Dampfkreislauf Anstreifen mit Beschichtung 15

16 HD-Modernisierung Dichtungskonzepte Beschichtetes Segment Abradable Beschichtung Coating 16

17 HD-Modernisierung Dichtungskonzepte Bürstenpaket Bürstenlegewinkel Strömung Blow Down Reduzierte Spaltweite Stützring Rotor Prinzip Schutz- und Stützring wirken wie Labyrinthspitze Spaltverringerung Blow Down Leckageverminderung um bis zu 50% 17

18 HD-Modernisierung Dichtungskonzepte Back-up Labyrinth- Dichtspitzen Bürstenelement Segment 18

19 HD-Modernisierung Diagonalstufe im Einströmbereich Diagonalstufe Optimierung der Strömung und Reduzierung der Spaltverluste thermische Belastung des Läufers sinkt aufgrund Temperaturabsenkung 19

20 HD-Modernisierung Zusammenfassung Modernisierungsumfang Rotor, Innengehäuse, Beschaufelung, Dichtungen Neue Dichtungssegmente Abrasible Schichten am Ausgleichskolben Bürstendichtungen im Wellenbereich Neue Kupplungsbolzen Neuausguss der Lager Inspektion und Nacharbeit des Außengehäuses 20

21 MD-Modernisierung Zusammenfassung Modernisierungsumfang Rotor, Innengehäuse, Beschaufelung und Dichtungen Diagonalstufe Neue Wellendichtungssegmente Inspektion und Nacharbeit des Außengehäuses Neue Kupplungsbolzen Neues MD-Lager 21

22 ND-Modernisierung Maßnahmen Vergrößerter Abströmquerschnitt Erosionsschutz 3D Schaufeldesign in Trommelstufen L-0C LE - 0 Spitze-Spitze Dichtung Customer specific design L-2C LE - 0 L-1C LE - 0 L-1R L-2R LA - 0 LA - 0 L-0R LA Norm stage unit 22

23 ND-Modernisierung Beschaufelung Erosionsschutz Laserhärtung der Endstufe 12,5 m 2 Gehärtete Eintrittskante 23

24 ND-Modernisierung Zusammenfassung Modernisierungsumfang Neuer Rotor, Innengehäuse, Beschaufeln und Dichtungen Neue Wellendichtung Entwässerungsschlitze & Eintrittskantenhärtung Neue Kupplungsbolzen Neues ND-Lager bzw. Lagerneuausguss 24

25 Kondensator-Modernisierung Maßnahmen Modernisierungsumfang Austausch der Kondensatormodule optimierte Rohrbündelanordnung vergrößerte Kühlfläche Änderung des Rohrmaterials (Messing zu Edelstahl), neue Kühlwasserfilter Transport der neuen Module ins Kraftwerk Benefit Niedriger Kondensatordruck neues Design altes Design Ermöglicht die Implementierung der größeren 12,5 m² ND- Turbine 25

26 Kondensator-Modernisierung Logistik Drehen der neuen Module Transport der alten Module aus dem Kraftwerk 26

27 Zusammenfassung Siemens-Lieferumfang: HP IP Turbinen LP1 + Kondensatoren LP2 + Lager Kondensator 1 Kondensator 2 27

28 Fazit Gesamtumbauzeit: 72 Tage Modernisierung der HD, MD und 2 ND-Turbinen (von 10 m 2 auf 12,5 m 2 ) Modernisierung der beiden Kondensatoren mit optimierten Rohrbündeln Installation von neuen Kühlwasserfiltersystemen Revision aller hydraulischen Systeme in Verbindung mit den Turbinenschutzsystemen inkl. Hauptölpumpe Austausch der Lager 3 und 4 und Neuausguss aller anderen Lager Verstärkung der Lagerbock-Fundament-Verbindung Gesamtstrangausrichtung 28

29 Fazit Erfolgsfaktoren: Projektorganisation Projektplan mit Schnittstellen und Verantwortlichkeiten Einhaltung von Gesundheits- Sicherheits- und Umweltschutzvorgaben während des gesamten Projekts Unterstützung des Kraftwerks durch Siemens Engineering bei Upgrade des Kühlturms, der Kühlwasserpumpen, des Generator-Kühlsystems und des Kessels, um eine optimale Abstimmung zu den Modernisierungsmaßnahmen zu gewährleisten Detaillierte Qualitätspläne (Fertigung und Montage) IBS und Probebetrieb ohne Hindernisse und Zeitverzögerungen 29

30 Fazit Kundennutzen: Leistungserhöhung: 86 MW 43 grüne MW aufgrund Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades Durchschnittliche CO 2 -Reduzierung bis zu t/a Alle Anforderungen wurden erfüllt: spezifischer Wärmeverbrauch Schluckfähigkeit Rotor & Lagerschwingungen An- und Abfahrzeiten Schallemissionen Verfügbarkeit Max. Leistung 838 MW 30

31 Fazit Kundennutzen: Lebensdauerverlängerung bis zu Betriebsstunden Reduzierung von kurz und langfristigen Instandhaltungsmaßnahmen Erhalten bzw. verbessern der Langzeitverfügbarkeit 31

32 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!