Optimiertes Kaltes Ende. GmbH / SPX Cooling Technologies GmbH Dr. Manfred Roth

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Elsa Thomas
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1 Kaltes Ende

2 Optimiertes Kaltes Ende Balcke-Dürr GmbH / SPX Cooling Technologies GmbH Dr. Manfred Roth

3 Konventionelles Kraftwerk Überhitzer Dampfturbine Kühlturm Generator Brennstoff Kondensator Vorwärmer Vorwärmer Dampferzeuger Luft Elektrofilter Entschwefelung DENOX

4 Wirkungsgrade von Kraftwerksprozessen Der Wirkungsgrad eines Wärmekraftprozesses ist dann besonders hoch, wenn: die Wärmezufuhr bei möglichst hoher Temperatur erfolgt die Wärmeabgabe bei möglichst niedriger Temperatur erfolgt

5 Kaltes Ende und Wirkungsgrad Verbesserungen am Kalten Ende führen zu einer Reduktion des Kondensatordrucks Wärmesenke bei möglichst tiefer Temperatur Anlagenkomponenten: Kondensator und Kühlturm

Luftgekühlter Kondensator 4 x 600 MWe, Zhenglan Power Station, Coal Fired Technical Requirements / Data Turbine Exhaust Steam Flow 4 x 1320 t/h Turbine Exhaust Steam Pressure 30 kpa Heat Load 4 x

6 Luftgekühlter Kondensator 4 x 600 MWe, Zhenglan Power Station, Coal Fired Technical Requirements / Data Turbine Exhaust Steam Flow 4 x 1320 t/h Turbine Exhaust Steam Pressure 30 kpa Heat Load 4 x 822MW th Dry Bulb Temperature (Design) 33 C Air Temperature Range: to 36 C Power Consumption (Fans) 4 x 4448kW Fin Tubes Single Row Steel / Aluminium Special Features Number of Fans 4 x 64 Client: CWEME Enduser: Inner Mongolia Shandu Power Co Ltd Site: China, Inner Mongolia Type: Direct Air Cooled Condenser

7 Hauptkomponenten des Kalten Endes 1 Kühlturm 2 Pumpen, Rohrleitungen 3 Kondensator 1 3 2

8 Kondensator

9 Nass-Kühltürme

10 Reingasableitung über NZK

11 Kühlturm mit Kühltechnik Tropfenabscheider Wasserverteilung mit Sprüher Kühleinbauten

12 Beispiel: Geothermisches Kraftwerk #3 Heizbündel M #2 Kondensation M #1 Kondensation M M m unter Grund

13 Kraft-Wärme-Kondensator

14 Jahresverlauf der Umgebungslufttemperaturen Trockenluft-Temp. Feuchtluft-Temp. Jahresmittel TL Jahresmittel TF Temperatur [ C] Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

15 Statistik der Umgebungstemperatur 6 5 Häufigkeit [%] Feuchtkugeltemperatur [ C]

16 Der Kühlturm als "Reaktions" - Maschine Kraftwerksblock: - Kühlwasser-Massenstrom - abzuführende Wärmemenge ->> T_Kühlwasser Umgebungsluft: - Lufttemperatur - relative Feuchte ->> Feuchtkugeltemperatur Temperaturniveau ->> Kaltwassertemperatur

17 Parameter: Kühlgrenzabstand Rel. Größe [%] Kühlgrenzabstand: t Kaltwasser - t Feuchtkugel Kühlgrenzabstand (tw2 - tf) [K]

18 Kaltes Ende Thermodynamische Zusammenhänge Temperatur Kondensations-Temperatur Warmwasser-Temperatur Kaltwasser-Temperatur Umgebungs- Feuchtluftemperatur Kondensator- Grädigkeit TTD Kühlwasser- Aufwärmung (Kühlzonenbreite) z Kühlturm- Kühlgrenzabstand A Maximaler theoretischer Auslegungs-Spielraum

19 Optimierungsstrategie Vorgaben: Turbinen-Charakteristik Pel, Qab = f(pc bzw. tc ) Jahres-Temperatur- und Lastverteilung Bewertung der erzeugten elektrischen Leistung alternativ: Vorgabe Jahres-Energie-Output Ergebnis: Optimale Komponenten- Zusammenstellung Pel [MW] jährl. Betriebsstunden [h/a] Turbinen-Charakteristik Kondensationstemp. tc [ C] Temperatur-Last-Verteilung Pel [MW] Qab [MJs] Umgebungstemperatur [ C]

20 Typischer Winterbetrieb für NZK Winterbetriebsdiagramm NZK Kaltwassertemperatur [ C] (im Kühlturmbecken) Winterbetrieb mit Kernabschaltungen Sommerbetrieb Lufttemperatur [ C] relative Feuchte [%] nach statistischer Zuordnung

21 alternativer Winterbetrieb Winterbetriebsdiagramm NZK Kaltwassertemperatur [ C] (im Kühlturmbecken) Winterbetrieb mit Kernabschaltungen Sommerbetrieb Lufttemperatur [ C] relative Feuchte [%] nach statistischer Zuordnung

22 Grundgedanke der Optimierung Optimierung bedeutet: Zusammenstellen einer aus einzelnen Gesamtanlage Komponenten dergestalt, dass sich bei der Summe aus Investitionskosten und Betriebskosten ein Minimum ergibt.

23 Ergebnis einer Optimierung Gesamtkosten Parameter: Kühlgrenzabstand des Kühlturmes A1 A2 A3 A4 Optimum Grädigkeit des Kondensators

24 Optimierung des Kalten Endes" Optimal ausgelegte Einzelkomponenten Optimal abgestimmte Parameter Schließlich Bester Wirkungsgrad

25 Retrofit Kühlturm: Wirkungsgradsteigerung: 0,3 0,5% Spez. Investitionskosten /kw Retrofit Kondensator: Wirkungsgradsteigerung: 0,5 1% Spez. Investitionskosten /kw

26 Optimiertes Kalte Ende

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