Keramische Rohrwandschutzsysteme im wirtschaftlichen Vergleich

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1 Keramische Rohrwandschutzsysteme im wirtschaftlichen Vergleich VGB Fachtagung Thermische Abfallverwertung Mai 2006 Hamburg, Hotel Gastwerk Dipl.- Ing. Karl-Ulrich Martin Dr. Jörg Metschke 1

2 Keramische Rohrwandschutzsysteme im wirtschaftlichen Vergleich unter Berücksichtigung der Lebensdauer der Reparaturkosten der Reparaturintervalle sowie deren Auswirkungen auf die Verfügbarkeit und das thermische Verhalten in der Brennkammer. 2

3 Ungeplanter Stillstand? Rohrwandkorrosion? Muss nicht sein!! Bei Wahl des richtigen Feuerfestsystems bei vorbeugender Instandhaltung sieht die Rohrwand Ihres Kessels so nicht aus!! 3

4 Inhalt 1. Feuerfest - warum? Forderungen der Betreiber 2. System Feuerfest - unterschiedliche Eigenschaften 3. System Feuerfest Lebensdauer, Reparaturkosten und zeiten 4. Der wirtschaftliche Kessel und der Weg dorthin 4

5 1. Feuerfest warum? Forderungen der Betreiber! Warum wird die Mehrzahl der Müllverbrennungsanlagen mit Feuerfestmaterialien ausgekleidet? Optimierung der Verfahrenstechnik und Erfüllung von Prozessanforderungen Kontrolle des Wärmeübergangs und der Temperaturen Schutz der Rohrwand gegen Korrosion und Erosion (chemische und physikalische Beständigkeit) Fazit Feuerfest ist in den meisten Fällen notwendig, muss aber auch den wirtschaftlichen Anforderungen wie z.b. Reparaturkosten, Verfügbarkeit und thermischen Wirkungsgrad gerecht werden. 5

6 1. Feuerfest warum? Forderungen der Betreiber! Berechtigte Forderungen des Betreibers Langfristige Wirtschaftlichkeit z.b. über 10 Jahre und länger gerechnet Geringe Kosten - Direkte und indirekte Reparaturkosten - Vermeidung von Folgekosten wie z.b. Rohrwandkorrosion Hohe Verfügbarkeit - Geplante und kurze Stillstandzeiten, max. 14 Tage innerhalb 1-2 Jahren - Kurzes Trockenheizen, kurze Anfahrkurven - Hinweis: 1 Tag verlängerter Stillstand kostet bis EUR Bestes Temperaturverhalten, bester Wärmeübergang - Geringe Verschmutzung - Online-Reinigung - Rauchgas-Temperatur - Rohrwandüberhitzer 6

7 1. Feuerfest warum? Forderungen der Betreiber! Neuer Kessel, neues MHKW Vertragserfüllung, Erfüllung der Gewährleistung von 2 Jahren, low-budget Die Feuerfestauskleidung hat kaum eine Bedeutung / Auswirkung auf die Investitionssumme: Die Kosten der Feuerfestauskleidung betragen ca. 1 % der gesamten Anlageninvestition 2-3 % der Kosten eines Kessels inklusive Rostfeuerung 5-6 % der Kosten eines Kessels Die wichtige Systementscheidung unterliegt nicht der Bewertung einer Wirtschaftlichkeit. Das ist nicht im Sinne des Betreibers!!! 7

8 1. Feuerfest warum? Forderungen der Betreiber! Merkblatt 3. überarbeitete Ausgabe 1999 Herausgegeben von der VGB TECHNISCHEN VEREINIGUNG GROSSKRAFTWERKSBETREIBER E.V. 8

9 1. Feuerfest warum? Forderungen der Betreiber! Reparatur / Sanierung bestehender Kessel Wesentliche Aspekte für die Entscheidung einer Reparatur: Materialverfügbarkeit direkte Kosten momentane Stillstandsdauer Jede noch so kleine Reparatur verlangt Zeit beim Anfahren / Trockenheizen. Ziel sollte eine vorbeugende Instandhaltung sein, ist aber noch die Ausnahme. Der Zeitpunkt für eine umfassende Sanierung oder Systemumstellung wird nicht wirtschaftlich berechnet und/oder geplant. 9

10 Eigenschaften von feuerfesten Materialien Material Eigenschaft Halterung SiC Massen und Betone Al 2 O 3 Massen und Betone System Rohrwandplatten Hinterisolierung Betone und Steine guter Wärmeübergang wasserdampfempfindlich schlackeabweisend Bildung von Mikrorissen Porosität bei ca. 25% (Schmier-/Spritzmassen) Porosität bei ca. 20% (Gießmassen) geringer Wärmeübergang nicht wasserdampfempfindlich nicht schlackeabweisend Bildung von Mikrorissen guter Wärmeübergang (SiC nitridgeb.) geringe Porosität (ca. 15%) Erosionsfest sehr geringer Wärmeübergang keine Korrosionsbeständigkeit nicht schlackeabweisend geringe Abriebfestigkeit 2. System Feuerfest unterschiedliche Eigenschaften Stifte und Hütchen Y-Anker Verarbeitung Stifte Y-Anker Verarbeitung Schmieren Spritzen Gießen Stampfen Spritzen Gießen Stampfen jede Platte wird einzeln gehalten (J+G) Verarbeitung Anker Verarbeitung geklebt hinterlüftet hintergossen Gießen Spritzen Mauern 10

11 2. System Feuerfest unterschiedliche Eigenschaften Rohrwandabkleidung mit SiC-Schmiermasse ca. 550 St./m² Stifte mit SiC-Hütchen, ca mm Masse Rohrwand Stift SiC-Hütchen Hohe Porosität von ca. 25% Infiltration von Salzschmelzen Schadgase + Salzschmelzen gelangen zur Rohrwand Korrosion an Stift+Rohr SiC-Masse 11

12 Rohrwandabkleidung mit 3D-Ankern ca. 85 St./m², ca mm SiC- oder Al 2 O 3 -Beton 2. System Feuerfest unterschiedliche Eigenschaften Rohrwand Korrosionsangriff über Rissbildung Steuerung des Wärmehaushalts 3D-Anker Einsatz nur in Bereichen mit hoher mechanischer und geringer korrosiver Beanspruchung Beton 12

13 2. System Feuerfest unterschiedliche Eigenschaften Rohrwandabkleidung mit ca. 4-5 mm Kitt und ca. 30 mm SiC-Platten (z.b. JuSyS Standard) Rohrwand Schweißteil und Haltebolzen Rohrwandplatte Verbesserung: Formteile statt Massen Definierte Produkteigenschaften Guter Korrosionsschutz bei intaktem System Geringe Porosität (ca. 15%) Hohe Wärmeleitfähigkeit (WLF) und Temperaturwechselbeständigkeit (TWB) Kitt Schnelle und sichere Montage Spezielle Bindesysteme (Nitridbindung) 13

14 Rohrwandabkleidung mit ca. 10 mm SiC-Masse und ca. 30 mm SiC-Platten (z.b. JuSyS SL) 2. System Feuerfest unterschiedliche Eigenschaften SiC-Masse SiC-Stopfen Schweiß- und Steckteil Rohrwandplatte Plattensystem = Verbundwerkstoff Metall Keramik Spannungen aus Werkstoffkombination müssen beherrscht werden Entwicklung des Systems SL/Stress Less, um die Spannungen der Rohrwand von den Spannungen des Plattensystems zu entkoppeln Rohrwand Faserstreifen Inlay 14

15 2. System Feuerfest unterschiedliche Eigenschaften Rohrwand Rohrwandplatte Hinterlüftetes Rohrwandplattensystem JuSyS Air Kein direkter Kontakt zwischen Platte und Rohrwand Luftspalt Schweißteil und Steckteil Sperrluft zwischen Rohrwand und Platte verhindert, dass Korrosiva an die Rohrwand gelangen. Spannungsarm: Keine Kraftübertragung der Rohrwand zum Feuerfestsystem Auch bei Rissbildung bleibt der Korrosionsschutz erhalten Reinigung mit Wasser während des Betriebs möglich Kammkasten 15

16 Eigenschaften der einzelnen Feuerfestsysteme 2. System Feuerfest unterschiedliche Eigenschaften Wärmeleitfähigkeit Reparaturfreundlichkeit Korrosionsschutz Lebensdauer SiC-Masse / Stifte SiC-/Al 2 O 3 -Beton variabel JuSyS SL hintergossen JuSyS Standard geklebt JuSyS Air hinterlüftet intelligent 16

17 Lebensdauer verschiedener Feuerfestsysteme 2. System Feuerfest Lebensdauer, Reparaturkosten und -zeiten Jahre 4 3 mittlere Standzeit max mittlere Standzeit min SiC-Masse mit Stiften SiC-Beton mit Ankern JuSyS vermörtelt JuSyS hintergossen JuSyS hinterlüftet In 10 Jahren Einfluss auf die Lebensdauer haben z.b. - Betriebsweise - Kesselvorwärmung - An- u. Abfahren - Verbrennungstemperatur - Müllzusammensetzung - Energiedichte 3,0 mal oder 0,7 mal Austausch der Feuerfest-Auskleidung 17

18 2. System Feuerfest Lebensdauer, Reparaturkosten und -zeiten Systematischer Ablauf einer Feuerfest-Reparatur (Angaben in Stunden) Abstellen und Belüften 24 Schlackewächten entfernen 12 Gerüsteinbau 24 Reinigung 6 Strahlen, Team 2-3 Mann 0-3/m² (systembedingt) Anker, Stifte entfernen, 1 Mann 0,5-3/m² (systembedingt) Bestiften, Schweißen, 1 Mann 1-3/m² (systembedingt) Feuerfestinstallation, 1 Mann 4-6/m² (systembedingt) Gerüstausbau 24 Trockenheizen, Anfahren (systembedingt) 18

19 Reparaturzeiten pro Jahr für einen Modellkessel mit 300 m² gerechnet auf einen Zeitraum von 10 Jahren, ohne Erstinstallation 2. System Feuerfest Lebensdauer, Reparaturkosten und -zeiten Trockenheizen 15 Installation Tage 10 Endstiften Sandstrahlen Reinigung 5 0 JuSyS geklebt JuSyS hintergossen JuSyS hinterlüftet SiC-Masse SiC-Beton Reparaturzeiten in 10 Jahren: Basis: - 1,5 Schichten pro Tag - Personalstärke 4-8 Mann je Arbeitsschritt min. max. 30 Tage 200 Tage 19

20 2. System Feuerfest Lebensdauer, Reparaturkosten und -zeiten Reparaturkosten pro m² Kesselfläche und pro Jahr gerechnet auf einen Zeitraum von 10 Jahren, ohne Erstinstallation EURO Installation Entsorgen Endstiften Sandstrahlen Reinigung JuSyS geklebt JuSyS hintergossen JuSyS hinterlüftet SiC-Masse SiC-Beton 300 m 2 Kessel = Reparaturkosten von 0,5 2,5 Mio. in 10 Jahren 20

21 2. Der wirtschaftliche Kessel und der Weg dorthin Der wirtschaftliche Kessel shower cleaning Mauerwerk auf Basis Andalusit Hinterlüftetes Plattensystem JuSyS Air Korrosionsschutz Wärmeflussregelung In-Situ-Reinigung mechanisch fest unkritisch beim Trocknen Hintergossenes bzw. geklebtes Plattensystem JuSyS SL bzw. JuSyS Standard hoher Wärmestrom schlackenresistent Massen oder Steine auf Basis Al 2 O 3 mechanisch fest kostengünstig 21

22 2. Der wirtschaftliche Kessel und der Weg dorthin Mit der Realisierung eines wirtschaftlichen Kessels verändern sich folgende betriebswirtschaftliche Kennziffern: Lebensdauer (Verlängerung) Reparaturkosten (Minimierung) Stillstandzeit/Verfügbarkeit (Verringerung/ Erhöhung) sekundären Risiken (Vermeidung) (z.b. Korrosion) Realisierung durch: Gemeinsame Analysen, Zieldefinition mit dem Betreiber, Konzept und Umsetzung durch J+G 22

23 2. Der wirtschaftliche Kessel und der Weg dorthin Realisierung durch Betreiber und J+G Istanalyse Betreiber / J+G Material/Systeme Zustand FF.-Auskleidung in Kessel, Feuerraum Reparaturkosten und -umfang der letzten fünf Jahre Abstellhäufigkeit Reparaturdauer Müllzusammensetzung Heizwert Schwankungen Temperaturverlauf 2.Zug Verschmutzungsneigung Feuerungssteuerung Ziel Betreiber / J+G Hohe Verfügbarkeit Abstellung alle 18 Mon. Wärmehaushalt Gewährleistung min. Reparaturkosten Reparaturdauer An- und Abfahren Trockenheizen Konzept Betreiber / J+G Engineering Feuerfest-System Detailkonstruktionen Verfahrenstechnik Berechnungen Reinigung während des Betriebs Umsetzung J+G Demontage / Montage Trockenheizen Turnusmäßige Inspektionen, Dokumentation Vorbeugende Instandhaltung Pflege / Reparatur 23

24 Bei weiteren Fragen, sprechen Sie uns an! Jünger+Gräter GmbH Robert-Bosch-Straße 1 D Schwetzingen Telefon +49 (0) / Telefax +49 (0) / info@jg-refractories.com Wir unterstützen Sie gerne! Jederzeit! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 24