Bautechnik KRAFTWERKE. Technologie NATURZUGKÜHLTÜRME. Verfahren BTU - SKI

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1 KRAFTWERKE Bautechnik NATURZUGKÜHLTÜRME Verfahren Technologie BTU - SKI

2 Inhalt Firma ARCUS Kraftwerke - Planung aus bautechnischer Sicht Naturzugkühltürme KW Boxberg Block R - BTU -SKI B. Rabann

3 Organisationsstruktur - ARCUS ARCUS Planung + Beratung Bauplanungsgesellschaft mbh Cottbus Geschäftsführung: Dr.-Ing. Dieter Werner Hochbauplanung KG Geschäftsf. Prokurist: Prokurist: Dipl.-Ing. M. Wünsch Dipl.-Ing. A. Klapper Infrastrukturplanung KG Geschäftsf. Prokurist: Prokurist: Dipl.-Ing. I. Menge Dipl.-Ing.(FH) R. Zech Architektur / Hochbau Architekturmodellbau Bauwerksmodernisierung Denkmalpflege Industrie- und Gewerbebau Plattenbausanierung Tragwerksplanung Brückenbau Holz- und Mauerwerksbau Stahlbau Technische Planung KG Schulbau Senioren Wohn- und Pflegeanlagen Sport- und Freizeitanlagen Städtebau Wohnungsbau Wärmekraftwerke Stahlbeton- u. Spannbetonbau Spezialtiefbau Verbundbau Prokurist: Prokurist: Dipl.-Ing. F. Krah Dipl.-Ing. B. Schwiedersky Straße, Schiene, Verkehr, Tiefbau Be- und Entwässerungsanlagen Deponieanlagen Heizleitungen und -Kanäle Bauleitplanung / Umweltplanung Bebauungspläne Flächennutzungspläne Grünplanung Umwelttechnik KG Kabelnetze Straßen- und Schienengebundener Verkehrsbau Karten für Regionalplanung Stadtsanierungspläne Prokurist: Prof. Dr.-Ing. habil. D. Zeidler Bauwerke der Umwelttechnik / Anlagengenehmigungen nach BImSchG Erkundung von Altlasten; analytische Begleitung von Rückbaumaßnahmen Energetische Optimierung von Gebäuden Heizung, Lüftung, Sanitär, Elektro Aufzugs- und Förderanlagen Brauchwassererwärmungsanlagen Elektro- und Kommunikationstechnik Küchentechnik Gas-, Wasser-, Abwasser und Feuerlöschtechnik Labortechnik Raumluft- und Klimatechnik Wärmeversorgungsanlagen Ingenieurvermessung KG Bestandspläne Grundlagenvermessung Kontrollmessungen Vermessungskonzepte Dr.-Ing. D. Werner Projektmanagement KG Projektsteuerung / Bauüberwachung / Ausland Ausschreibung, Vergabe Baukostenplanung Bauoberleitung Bauüberwachung Geschäftsf. Prokurist: Prokurist: Prokurist: Gutachten Objektdokumentation Projektsteuerung Wertermittlung Dipl.-Ing. B. Rabann Dipl.-Ing. R. Plepp Dipl.-Ing.(FH) G. Hennig Service KG Kaufmännischer Bereich Vertragscontrolling Finanzbuchhaltung Kostenrechnung Lohnbuchhaltung Personalwesen Fuhrpark, Einkauf Geschäftsf. Prokurist: Prokurist: EDV Reprographie Netzwerkbetreuung Hard- u. Softwaretechnik Grafik und Layout Dipl.-Ing. P. Horch Dipl.-Ing. F. Richter BTU -SKI B. Rabann

4 ARCUS - Referenzen Kraftwerke KW Boxberg Gesamtbauplanung 2005 KW Moorburg Gesamtbauplanung 2005 Oxyfuel Pilot Plant 2005 KW Klingenberg Gesamtbauplanung 2007 BTU -SKI B. Rabann

5 ARCUS - Referenzen Kraftwerke Kosovo B Fire Damage Repair 2003 Kraftwerk Wilhelmshaven 2008 Gasturbinenkraftwerk Irak 2004 BTU -SKI Neubau GuD-Anlage Plattling 2008

6 KRAFTWERKSPLANUNG - BAUTECHNIK -Aufgabenfeld - Architektur budgetgerecht genehmigungsfähig HKL Technik Schaltanlagengebäude Tragwerksplanung und termingerecht Unterirdische Wirtschaft BTU -SKI B. Rabann

7 KRAFTWERKSPLANUNG - BAUTECHNIK -Planungsphasen und HOAI - Konzeptplanung Objektplanung LP 2 Tragwerk HKL LP 2 Gründung LP 3 LP 2 UIW LP 3 / teilw. LP 4 BTU -SKI B. Rabann

8 KRAFTWERKSPLANUNG - BAUTECHNIK -Planungsphasen und HOAI - Genehmigungsphase Objektplaung LP 3 / 4 Tragwerk HKL LP 2 teilw. 3 LP 3 UIW LP 5 BTU -SKI B. Rabann

9 KRAFTWERKSPLANUNG - BAUTECHNIK -Planungsphasen und HOAI - vorgezogene Ausführungsphase Objektplanung LP 4 teilw. 5, LP 6 Tragwerk HKL UIW LP 3, Beginn LP 4 LP 3 / 4, LP 6 LP 5, LP 6 BTU -SKI B. Rabann

10 KRAFTWERKSPLANUNG - BAUTECHNIK -Planungsphasen und HOAI - abschließende Ausführungsphase Objektplanung LP 5 Tragwerk HKL LP 4, teilw. 5 SP, BP, WP AN Bau LP 5 UIW LP 5 BTU -SKI B. Rabann

11 KRAFTWERKSPLANUNG - BAUTECHNIK -Zeitablauf - Ausschreibung zum frühen Zeitpunkt Konzeptplanung Genehmigungsplanung Vorgezogene Ausführungsplanung LV 1. Teil Ausführungsplanung Abschließende Ausführungsplanung Genehmigungsstatik 1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr 4. Jahr 5. Jahr 6. Jahr 7. Jahr Projekteröffnung 1. Jahr Baubeschluß 3. Jahr Baubeginn 3. Jahr Genehmigungsbescheid 3. Jahr Detailengineering Großkomponenten 3. Jahr Freigabe 1. Kesselstütze 5. Jahr Freigabe Kühlturm - Technik 6. Jahr BTU -SKI B. Rabann

12 KRAFTWERKSPLANUNG - BAUTECHNIK -Konzeptplanung Inhalte - allgemeingültige Konzepte Architekturkonzept Materialkonzept spezifische Regelwerke Richtlinien / QMPS Schnittstellen Rahmentermine Kostenschätzung Vorentwurf je Bauwerk BTU -SKI B. Rabann

13 KRAFTWERKSPLANUNG - BAUTECHNIK -Genehmigungsplanung Inhalte - BImSchG mit konzentrierender Wirkung Baugenehmigung Antrag auf Grundstücksentwässerung + WASSERRECHTLICHE GENEHMIGUNG Entnahme / Einleitung Süderelbe Regenwassereinleitung Grundwasserabsenkung Bauzeit Brauchwassergewinnung + Naturschutz Arbeitsschutz Umweltverträglichkeit Lärmschutz Anlagensicherheit Luftreinhaltung Baugenehmigungsverfahren Sondernutzung + Grundstücksentwässerung Ausbaubefugnis GENEHMIGUNG HOCHWASSERSCHUTZ + KAIANLAGEN FISCHEREIRECHTLICHE GENEHMIGUNG Fischverscheuchung Fischrückführung FLUGRECHTLICHE GENEHMIGUNG Flughindernisbefeuerung Kranebefeuerung / Bauzeit Richtfunktrasse SONSTIGE GENEHMIGUNGEN Abbruchantrag Baumfällgenehmigung BE Containerburg Genehmigungsverfahren aus baulicher Sicht am Beispiel KW Moorburg BTU - SKI

14 KRAFTWERKSPLANUNG - BAUTECHNIK -Ausführungsplanung Inhalte - BTU -SKI B. Rabann

15 BTU - SKI Naturzugkühltürme

16 Naturzugkühltürme Gliederung Aufgaben und Bauweisen Geschichte Gesetze, Vorschriften, Richtlinien Aufstellung Formfindung und Tragverhalten Einwirkungen Bauwerkskomponenten

17 Kraftwerk Boxberg R 660 MW elektrische Leistung Naturzugkühltürme ca Volllaststunden pro Jahr Versorgung über die Tagebaue Reichwalde und Nochten Kühlwasserdurchsatz: ca m 3 /h

18 Kraftwerk Boxberg R Naturzugkühlturm Höhe: 155m Durchmesser in Höhe Lufteintritt: 96,40m Höhe Lufteintritt: 8,20m Höhe Auflager Abgasrohr: 36,57m Durchmesser Taille: 60,40m 47 Meridionalstützen Material: Stahlbeton, SRB (vergleichbar C70/85) Naturzugkühltürme

19 Naturzugkühltürme Aufgaben Rückkühlung des Speisewasserkreislaufes Abführung des durch REA- Prozesse abgekühlten Abgases Löschwasserreserve Quelle:

20 Naturzugkühltürme Bauweisen Ventilatorkühlturm

21 Naturzugkühltürme Bauweisen Ventilatorkühlturm mit Abgaseinleitung

22 Naturzugkühltürme Bauweisen Naturzugkühlturm

23 Naturzugkühltürme Bauweisen Naturzugkühlturm mit Abgaseinleitung Abgasrohr Wasserverteilung Winterringleitung Kühleinbauten Steigeschacht Kühlturmtasse Hauptkühlwasserleitung

24 Naturzugkühltürme Geschichte Mitte 19. Jahrhundert Dampfmaschine Ł wachsender Kühlwasserbedarf 1894 erstes Patent von H.J. Balcke auf hölzernen Kühlturm (Naturzugkühlturm) nach 1. Weltkrieg Kühltürme mit Ventilatoren zur Erhöhung des Wirkungsgrades 50iger Jahre regelbare Ventilatorkühltürme bzw. Zellenkühler steigende Blockleistung der Kraftwerke führte zur Renaissance des Naturzugkühlturmes Quelle: Betonkalender 2007

25 Naturzugkühltürme Geschichte Quelle: Betonkalender 2007

26 Gesetze, Vorschriften, Richtlinien Bundes-Immisionsschutzgesetz (BImSchG) Wasserhaushaltsgesetze Flugsicherheitsgesetze Gerätesicherheitsgesetze Landesbauordnungen Naturschutzgesetz Unfallverhütungsgesetz, Arbeitsstättenverordnung Werkvorschriften, Werknormen DIN, VDI-Richtlinien VGB-BTR Bautechnik bei Kühltürmen, weitere VGB-Richtlinien (Technische Vereinigung der Großkraftwerksbetreiber) Werkstoffblätter Naturzugkühltürme

27 Naturzugkühltürme Aufstellung Quelle: Betonkalender 2007

28 angeschlossene Bauwerke Hauptkühlwasserleitung Kühlwasserpumpenhaus Abgasrohr Kühlturmzusatzwasseraufbereitung (ca m 3 /h) Naturzugkühltürme

29 angeschlossene Bauwerke Hauptkühlwasserleitung Kühlwasserpumpenhaus Auslaufbauwerk des Kühlturmes Naturzugkühltürme

30 Form und Tragverhalten Naturzugkühltürme Kühltechnische Auslegung Hauptziel: Erbringen der erforderlichen Kühlleistung um den Turbinenabdampf wieder zu kondensieren. Nasskühltürme sind die wirkungsvollste Kühlungsart bei geschlossenen Kreisläufen. Prinzip: Wärmeübergang hauptsächlich durch Verdunstung durch direkten Kontakt des Kühlwassers mit der Umgebungsluft.

31 Form und Tragverhalten Naturzugkühltürme Prämissen: 1. Gleichmäßige Verregnung des Kühlwassers in möglichst kleinen Tropfen über einen minimalen Kühlturmquerschnitt 2. Verzögerung des Tropfenfalles in die Kühlturmtasse durch Kühleinbauten 3. Zufuhr einer ausreichenden Menge von Umgebungsluft 4. Zurückhalten der vom Aufwind mitgerissenen Wassertropfen Fazit: Auslegung nach thermodynamischen Gesichtspunkten Konstruktion nach hydraulischen und aerodynamischen Gesichtspunkten

32 Form und Tragverhalten Naturzugkühltürme Ergebnisse der kühltechnischen Auslegung 1. Innendurchmesser der Schale ab Oberkante der Wasserverteilung 2. Innendurchmesser der Taille (kleinster Durchmesser) 3. Lufteintrittshöhe 4. Gesamthöhe des Kühlturmes

33 Form und Tragverhalten Naturzugkühltürme Kühlturmvarianten mit gleicher Kühlleistung

34 Form und Tragverhalten Bautechnische Auslegung Der Kühlturm wird als einschaliges Rotationshyperbolid betrachtet. Der Entwurf und der Nachweis erfolgen über FEM-Analyse i.d.r.doppeltgekrümmte, dreieckige Schalenelemente Belastung der Schale durch Abgasrohrauflagerung Öffnung in Schalen und Eintragung von Lasten aus Rohrauflagerung Interaktion von Boden und Bauwerk Setzungen Erdbeben Naturzugkühltürme Materialwahl sulfatbelastete Wässer Beton mit Oberflächenschutz bzw. Beton mit erhöhtem Säurewiderstand Edelstähle bzw. Glasfaserverstärkte Kunststoffe

35 Naturzugkühltürme Einwirkungen mechanische Wind Außen- und Innendruck Böen dynamische Überhöhung (Resonanz) Interferenz Eigenlasten Montagelasten physikalische Temperatur Betrieb Sommer, Winter Schwinden aus Baugrund Setzungen aus Eigenlast und durch Fremdbauwerke Erdbeben chemische Abgas Kühlwasser

36 Naturzugkühltürme Einwirkungen mechanische Wind Außen- und Innendruck Böen dynamische Überhöhung (Resonanz) Interferenz Eigenlasten Montagelasten physikalische Temperatur Betrieb Sommer, Winter Schwinden aus Baugrund Setzungen aus Eigenlast und durch Fremdbauwerke Erdbeben chemische Abgas Kühlwasser

37 Naturzugkühltürme Einwirkungen mechanische Wind Außen- und Innendruck Böen dynamische Überhöhung (Resonanz) Interferenz Eigenlasten Montagelasten physikalische Temperatur Betrieb Sommer, Winter Schwinden aus Baugrund Setzungen aus Eigenlast und durch Fremdbauwerke Erdbeben chemische Abgas Kühlwasser

38 Naturzugkühltürme Einwirkungen mechanische Wind Außen- und Innendruck Böen dynamische Überhöhung (Resonanz) Interferenz Eigenlasten Montagelasten physikalische Temperatur Betrieb Sommer, Winter Schwinden aus Baugrund Setzungen aus Eigenlast und durch Fremdbauwerke Erdbeben chemische Abgas Kühlwasser

39 bautechnische Komponenten 1. Gründung 2. Mantel mit Randgliedern, Stützen und Öffnungen, Lisenen 3. Wasserzuführung (Hauptkühlwasserleitung und Steigeschacht) 4. Einbautragkonstruktion 5. Becken und Rampe 6. Auslaufbauwerk 7. Flughindernisbefeuerung 8. Monitoring 9. Treppen und Aufstiege 10. Schallschutzmaßnahmen Naturzugkühltürme

40 bautechnische Komponenten Naturzugkühltürme

41 bautechnische Komponenten Naturzugkühltürme

42 kühltechnische Komponenten 1. Wasserverteilung 2. Wasserverteilungsrohr 3. Tropfenabscheider 4. Windleit- und Trennwände 5. Einrichtungen für den Winterbetrieb 6. Maschinentechnik Naturzugkühltürme

43 Naturzugkühltürme kühltechnische Komponenten 1. Wasserverteilung 2. Wasserverteilungsrohr 3. Tropfenabscheider 4. Windleit- und Trennwände 5. Einrichtungen für den Winterbetrieb 6. Maschinentechnik

44 BTU - SKI Naturzugkühltürme