Leistungsgewinn in Dampfkraftwerken

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1 Leistungsgewinn in Dampfkraftwerken Aumann und Junior GbR wurde am als Engineeringfirma mit dem Ziel gegründet, Leistungsreserven in Dampfkraftwerken zuspüren und bisher ungenutzte Reserven in den Energiekreisl zu integrieren. Der Gesamtwirkungsgrad des Kraftwerkes wird dadurch erhöht. Eine von Aumann und Junior GbR zum Patent angemeldete Technik wird zur Zeit in das 920 MW-E.ON-Kohlekraftwerk Heyden 4, Petershagen eingebaut. 1

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3 Leistungsgewinn in einem Steinkohle-Dampfkraftwerk Generator-Nettoleistung 870 MW Übersicht: W. Aumann & A. Junior 1. Derzeitige Anordnung (im sog. kalten Bereich) 2. Leistungsgewinn mit Abdampfpumpe ADP (+0,7 MW) 3. Leistungsgewinn mit Abdampfpumpe ADP, Kondensat aus zwei Kondensatoren plus diversen Zusatzkondensaten ( +... MW)* 4. Leistungsgewinn mit Abdampfpumpe ADP und Niederdruckpumpe NDP1 (+1,24 MW) 5. Leistungsgewinn mit Abdampfpumpe ADP, Niederdruckpumpen NDP1 und NDP2 (+0,87 MW) 6. Leistungsgewinn mit Abdampfpumpen ADP, NDP1 und Dampfstrahl-Wärmepumpe DWP/DWK (+0,95 MW) 7. Betriebskosteneinsparung durch geänderte Anordnung der Wasserringpumpen (+0,09 MW) 8. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung 9. Firmenporträt * abhängig von evtl. Kondensatunterkühlungen 3

4 1. Derzeitige Anordnung der Referenzturbine G 1 2 Zusatzkondensate ND3 ND2 ND1 STOBÜDAKO 4

5 1.1 Derzeitige Anordnung der Referenzturbine Turbine mit zweiflutigem Niederdruckteil und mit 2 kühlwasserseitig hintereinander geschalteten Kondensatoren. Druck und Kondensattemperatur im Kondensator 2 sind niedriger als im Kondensator 1. 5

6 1.2 Betriebsdaten der Referenzturbine E.ON-Kraftwerk Heyden 4 (920 MW) Für die Berechnungen der Netto-Mehrleistungen liegen folgende Betriebsdaten zu Grunde: Brennstoffwärmeleistung MW Netto-Generatorleistung 870 MW Kühlwasserstrom kg/s Kühlwassereintrittstemperatur 17,0 C Kondensator 1 Kondensatordruck 0,081 bar Kondensattemperatur 41,87 C Kondensator 2 Kondensatordruck 0,051 bar Kondensattemperatur 33,2 C Gesamter Kondensatstrom 559 kg/s 6

7 2. Betrieb mit Abdampfpumpe ADP für das kältere Kondensat aus Kondensator 2 G 1 2 ADP Zusatzkondensate 7

8 2.1 Leistungsgewinn mit Abdampfpumpe ADP Aufwärmung des Kondensates vom Kondensator 2 Das Kondensat aus Kondensator 2 wird in die Abdampfpumpe ADP geführt, wo es mit dem Abdampf aus Niederdruckteil 1 die Temperatur des Kondensators 1 gewärmt wird. Die zusätzliche Vorwärmung des Kondensates entlastet den 1. Niederdruckvorwärmer ND1 und verringert den Anzapfstrom für ND1 um den entspr. Teilstrom, der in der Turbine verbleibt und eine höhere Leistung bewirkt. Eine evtl. Kondensatunterkühlung im Kondensator 2 wird mit ausgeglichen. Leistungsgewinn: ca. 0,7 MW 8

9 3. Leistungsgewinn mit Abdampfpumpe ADP Aufwärmung der Kondensate 1 und 2 einschl. Zusatzkondensat Zusatzkondensate 9

10 3.1 Leistungsgewinn mit Abdampfpumpe ADP und der Kondensate 1 und 2 Das Kondensat beider Kondensatoren und Zusatzkondensat werden in die Abdampfpumpe ADP geführt und die Temperatur des Kondensators 1 gewärmt. Der 1. Niederdruckvorwärmer ND1 wird entlastet und der gesparte Anzapfstrom zur Leistungssteigerung genutzt. Vorteil: Evtl. Kondensatunterkühlungen werden ausgeglichen. Weiterer Leistungsgewinn: Abhängig von evtl. vorhandener Kondensatunterkühlung 10

11 4. Leistungsgewinn mit Abdampfpumpe ADP Niederdruckpumpe NDP1 Zusatzkondensate 11

12 4.1 Leistungsgewinn mit Abdampfpumpe ADP und Niederdruckpumpe NDP1 Der Niederdruckvorwärmer ND1 hat derzeit eine Grädigkeit von 9,5 K. Das bedeutet, dass die Temperatur des gewärmten Kondensates 9,5 K unter der Sattdampftemperatur des Anzapfdampfes bleibt. Der Niederdruckvorwärmer ND1 wird durch eine Niederdruck-Dampfpumpe NDP1 (Prinzip der ADP) ersetzt. Dadurch kann die Grädigkeit gegen Null verringert werden. Die NDP1 wird mit der ADP zu einer Kolonne vereint, wobei das in der ADP erwärmte Kondensat über das geodätische Gefälle in die NDP1 strömt. Eine zusätzliche Druckerhöhungspumpe ist somit n i c h t erforderlich. Über ADP und NDP1 wird das Kondensat eine Temperatur nahe der Sättigungstemperatur vom ND1-Anzapfdampf gebracht. Diese zusätzliche Aufwärmung verringert den erforderlichen Anzapfdampfstrom für den Niederdruckvorwärmer ND2 um einen entsprechenden Teilstrom, der wiederum in der Turbine einen entsprechend zusätzlichen Leistungsanteil erzeugt. Leistungsgewinn: ca.1,24 MW 12

13 5. Leistungsgewinn mit Abdampfpumpe ADP Niederdruckpumpe NDP1 Niederdruckpumpe NDP2 13

14 5.1 Leistungsgewinn mit Abdampfpumpe ADP, Niederdruckpumpen NDP1 und NDP2 Der Niederdruckvorwärmer ND2 hat eine Grädigkeit von 5,8 K. Das bedeutet, dass die Temperatur des gewärmten Kondensates um 5,8 K unter der Sattdampftemperatur des Anzapfdampfes bleibt. Auch der Niederdruckvorwärmer ND2 wird durch eine Niederdruck-Dampfpumpe NDP2 (Prinzip der ADP) ersetzt. Die Grädigkeit wird somit ebenfalls gegen Null verringert. ADP, NDP1 und ND2 werden zu einer Kolonne vereint. Das in der ADP gewärmte Kondensat wird über entsprechendes geodätisches Gefälle in die NDP1 und von dort in gleicher Weise in die NDP2 geleitet. Durch diese Maßnahme ist hier eine zusätzliche Druckerhöhungspumpe n i c h t erforderlich. Über ADP, NDP1 und NDP2 wird das Kondensat eine Temperatur gewärmt, die sich der Sättigungstemperatur des ND2-Anzapfdampfes annähert. Diese zusätzliche Aufwärmung verringert den erforderlichen Anzapfdampfstrom für den Niederdruckvorwärmer ND3 um einen entsprechenden Teilstrom, der wiederum in der Turbine einen entsprechend erhöhten Leistungsanteil erzeugt. Leistungsgewinn: ca. 0,87 MW 14

15 6. Leistungsgewinn mit Abdampfpumpe ADP Niederdruckpumpe NDP1 Dampfstrahl Wärmepumpe DWP/DWK ND3 ND2 ND1 15

16 6.1 Leistungsgewinn mit Abdampfpumpe ADP, Niederdruckpumpe NDP1 und Dampfstrahl-Wärmepumpe DWP/DWK Statt der Niederdruck-Dampfpumpe NDP2 wird eine Dampfstrahl-Wärmepumpe DWP mit Dampfkondensator DWK (Prinzip der ADP) eingesetzt. Die DWP saugt Dampf aus dem Niederdruck-Vorwärmer ND1 ab und verdichtet ihn einen Zwischendruck im DWK. Der Treibdampf dazu wird dem Niederdruck-Vorwärmer ND2 entnommen. Das Kondensat aus der Niederdruck-Dampfpumpe NDP1 wird im DWK bis nahe an die Sättigungstemperatur des anstehenden Zwischendruckes erwärmt. Diese zusätzliche Aufwärmung verringert den erforderlichen Anzapfdampfstrom für den Niederdruckvorwärmer ND2 um einen entsprechenden Teilstrom, der wiederum in der Turbine einen entsprechend erhöhten Leistungsanteil bewirkt. Die Mehrleistung durch gesparten Anzapfdampf in ND2 ist höher als der Leistungsverlust in ND1 durch den aus ND1 abgesaugten Dampfstrom. Der Treibdampfstrom, der dem Niederdruckvorwärmer ND2 entnommen wird, wärmt das Kondensat statt in ND2 jetzt entsprechend in ND1. Die Treibdampfwärme bleibt dem Kreisl somit erhalten. ADP, NDP1 und DWK werden zu einer Kolonne vereint. Das in der ADP gewärmte Kondensat wird über entsprechendes geodätisches Gefälle über die Niederdruck-Dampfpumpe NDP1 in den Dampfkondensator DWK geleitet. Eine zusätzliche Druckerhöhungspumpe ist auch hier n i c h t erforderlich. Leistungsgewinn: ca. 0,95 MW Das nachfolgende Blatt 6.2 zeigt die ungefähr maßgerechte Darstellung der Kolonne. 16

17 6.2 Größenordnung der Kolonne 17

18 7. Betriebskosten-Einsparung durch geänderte Anordnung der Vakuumpumpen Derzeitige Schaltung, je WRP mit 2097 m3/h Saugvermögen bei 50 mb Ansaugdruck Kond mb zu zu zu zu Kond mb WRP 3 0,09 MW WRP 2 ab WRP 1 0,09 MW 18

19 7.1 Betriebskosten-Einsparung durch geänderte Anordnung der Vakuumpumpen WRP 1 evakuiert bis 24,6 kg/h Luft bei 50 mb und 4 K Luftunterkühlung Kond mb zu zu zu zu Kond mb WRP 3 ab WRP 2 ab WRP 1 0,09 MW 19

20 7.2 Betriebskosten-Einsparung durch geänderte Anordnung der Vakuumpumpen WRP 1+ WRP 2 evakuieren bis 49,2 kg/h Luft bei 50 mb und 4 K Luftunterkühlung Kond mb zu zu Kond mb WRP 3 ab WRP 2 0,09 MW WRP 1 0,09 MW 20

21 7.3 Betriebskosten-Einsparung durch geänderte Anordnung der Vakuumpumpen WRP 1+ WRP 2 + WRP 3 evakuieren bis 73,8 kg/h Luft bei 50 mb und 4 K Luftunterkühlung *) bei Dauer- Evakuierung: zu nur beim Anfahren: Kond mb zu *) Kond mb WRP 3 in Betrieb 0,09 MW WRP 2 0,09 in Betrieb MW WRP 11 in 0,09 Betrieb MW 21

22 8. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung 22

23 9. Firmenporträt Die Firma Walter Aumann und Alfred Junior GbR wurde am in D Wiedensahl als Engineeringfirma gegründet. Ziel der Firma ist es, Leistungsreserven in Dampfkraftwerken zuspüren und die verschiedenen Möglichkeiten mit dem Erbauer/Betreiber des Kraftwerkes zu bewerten. Nach verfahrenstechnischer Prüfung durch die Engineering-Abteilung des Erbauers/Betreibers und nach Prüfung und Bestätigung der Wirtschaftlichkeit werden die erforderllichen technischen und baulichen Maßnahmen vor Ort geprüft und in die Praxis umgesetzt. Die Lizenzgebühr orientiert sich an dem Gewinn, der durch die vorzunehmenden Maßnahmen erreicht werden kann, das Honorar ergibt sich wandsbezogen. Referenzkraftwerk: Im E.ON-Kraftwerk Heyden 4 (Nennleistung 920 MW) kommt die Abdampfpumpe ADP entsprechend Punkt 2 der oben dargestellten Möglichkeiten zur Ausführung, Inbetriebnahme erfolgt voraussichtlich im Sommer Der mögliche Leistungsgewinn wurde mit ca. 700 MW berechnet. Der sich jährlich ergebende finanzielle Gewinn einerseits und die Kosten der Bauteile einschl. Einbau andrerseits ergeben eine Amortisationszeit, die unter 2 Jahren liegt. Gesellschafter: Dipl.-Ing. Walter Aumann Dipl.-Ing. Alfred Junior Herr Aumann studierte Verfahrenstechnik in Hannover. Er war mehr als 40 Jahre in der Firma Körting Hannover AG tätig, davon 10 Jahre als Leiter der Konstruktion von Kondensatoren mit der Anwendung für Kraftwerke, Industriebetriebe und für Sonderbereiche wechselte Herr Aumann in das Körting-Außenbüro 1. Er bearbeitete zusätzlich weltweit den Vertrieb von Eindampf- und Dampfstrahl-Kühlanlagen. Im Zusammenhang mit seiner Außendiensttätigkeit konnte Herr Aumann u.a. zahlreiche Kraftwerke im In- und Ausland kennen lernen und kundengerechte Lösungen anbieten und verken. Herr Junior studierte Maschinenbau in Karlsruhe. Er war mehr als 35 Jahre bei der Firma Körting Hannover AG tätig, davon 3 Jahre in Japan. Sein Arbeitsschwerpunkt war der Anwendungsbereich Dampfkraftwerke, und zwar Dampfstrahl- und Wasserstrahl-Vakuumpumpen und Kombinationen für die Evakuierung von Dampfturbinenkondensatoren. U.a. wurden zahlreiche deutsche und auch ausländische Siedewasserkraftwerke mit maßgeschneiderten Dampfstrahlpumpen ausgerüstet. Herr Junior hat seinerzeit im VGB-Arbeitskreis Kondensation mitgearbeitet (VGB = Technische Vereinigung der Großkraftwerksbetreiber). Es entstand die Neulage der vom VGB herausgegebenen Empfehlung für Auslegung und Betrieb von Vakuumpumpen bei Dampfturbinen-Kondensatoren VGB-R 126 L. 23