Leistungssteigerung durch wärmetechnische Simulationsrechnungen an vorhandenen Kesselanlagen

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1 Leistungssteigerung durch wärmetechnische Simulationsrechnungen an vorhandenen Kesselanlagen Referent: Stefan Graßmann 1

2 Änderung der TA Siedlungsabfall: Seit Juni 2005 dürfen keine unvorbehandelten Abfälle mehr auf Mülldeponien gelagert werden. Dies führt zu Engpässen bei der Müllentsorgung. Bei vielen Müllverbrennungsanlagen ist eine Erhöhung der Leistung ohne weitere Umbaumaßnahmen um bis zu 30 % möglich. 2

3 1. Schritt: Modellierung der Anlage im Orginalzustand Erforderliche Unterlagen Kesselübersichtzeichnung mit Abmessungen der Rauchgasquerschnitte - Ungef. Länge, Abmessung, Bogenanzahl der Verbindungsleitungen Geodätische Höhen Bereiche mit Ausmauerung oder SIC-Kühlplatten Schema der internen Verschaltung der Heizflächen (Anzahl, Werkstoff, Durchmesser und Wanddicke aller Fall- und Steigrohre, Blenden in Sammlern und Verteilern) Heizflächen: Durchmesser, Wanddicke, Werkstoff, Rohranzahl, Teilung Ggf. Detailzeichnungen der Heizflächen, der Sammler und der internen Verbindungsleitungen Trommel: Werkstoff, Durchmesser, Wanddicke und Länge 3

4 1. Schritt: Modellierung der Anlage im Orginalzustand Erforderliche Unterlagen Durchschnittl. Heizwert, ggf. Brennstoffanalyse Brennstoff-Luftverhältnis RI-Schema Wasser/Dampf und Rauchgasweg Ausdruck vom Leitsystem mit aktuellen Daten zur Kontrolle des erstellten Modells Angaben zum Verschmutzungsgrad Daten der Speisepumpen mit Kennlinien Daten der Sicherheitsventile / Isometrie der Abblaseleitungen / Daten der Schalldämpfer Daten der Saugzugventilatoren / Verbrennungsluftgebläse mit Kennlinien Abmessung der Einspritzdüsen und Isometrie der Einspritzleitung Beschreibungen / Datenblätter über Komponenten in der Rauchgasreinigung Emissionsbilanz Ist-Zustand 4

5 Beispiel: Müllkessel 5

6 Rohrreihen Flutigkeit Rohrreihen Øx s t in RG- Richtung t quer RG Richtung Dackelzug Kanalhöhe Kanalbreite in RG-Richtung in RG-Richtung quer RG-Ri. Eco x3, Zug Stat. Höhe Eintritt Stat. Höhe Austritt Breite Teilung Anzahl Rohre Øx s Feuerrraum vorne/mittig/hinten 9,5 12, / 60/ 64 57x6,3 SW re/li-1.z SIC-Platten 12,541 16, x5,6 SW re/li 1.Z. 1. Zug nach Feuerraum 16,4 27, x5,6 SW re/li 2.Z 9,5 27, x5,6 6

7 Umlauf 1 und 2. Zug Umlauf Dackelzug und Verdampfer 7

8 2. Schritt: Vergleich der Ergebnisse mit den Ausdrucken aus dem Leitsystem 3. Schritt: Ermittlung der begrenzenden Ausrüstungsteile Berechnung der max. Abblaseleistung der Sicherheitsventile unter Berücksichtigung des Gegendruckes in der Abblaseleitung Maximale Leistung der Speisepumpen unter Berücksichtigung von TRD 401 Bestimmung des maximalen Volumenstromes von Verbrennungsluftgebläsen und des Saugzuggebläses aus den Datenblättern / Gebläsekennlinien 4. Schritt: Erhöhung der Feuerungsleistung im Simulationsmodell 8

9 Modell der Feuer- und Rauchgasseite Last 100% max. FWL 40,9 MW 55 MW Primärluft (130 C) 50 Nm³/h 70 Nm³/h Sekundärluft (25 C) 29,8 Nm³/h 37,2 Nm³/h Luftzahl 2,1 2,1 Rauchgasvolumen Nm³/h Nm³/h Bm³/h Bm³/h Last 100% max. T Feuerr. (ca.) 1016 C 1025 C T RG nach 1. Zug 778 C 830 C T RG nach 2. Zug 624 C 686 C T RG vor ÜH3 569 C 628 C T RG nach VD C 407 C Abgastemperatur 196 C 215 C 9

10 Modell der Wasser-/ Dampfseite FD: 78 bar / 410 C Last 100% max. Mülldurchsatz (Hu kj/kg) 11,5 t/h 15,5 t/h Dampfmenge 42,8 t /h 56,5 t /h Dampfgeschwindigkeit 14,55 m/s 19,2 m/s Dampfraumbelastung bez. auf Trommelmitte 144 m³/m³h 180 m³/m³h Speisewassertemp. nach ECO 234 C 246 C Einspritzwasser Kühler 1 0 t/h 1,0 t/h Einspritzwasser Kühler 2 1,0 t/h 2,5 t/h 10

11 5. Schritt: Bewertung der Ergebnisse (1) Ausreichender Umlauf in allen Teilsystemen Keine Überschreitung zul. Wasser- und Dampfgeschwindigkeiten kesselintern sowie in Speisewasser- und Frischdampfleitung Umlaufmengen und Wasser- /Dampfgeschwindigkeiten Müllkessel Normallast 100% Müllkessel Max. Belastung Übliche Werte: v = m/s Sattdampf Umlaufmenge 1+2. Zug + Dackelzug vorne 1099 t/h 1178 t/h Umlaufmenge Dackelzug hinten 174,5 t/h 203,0 t/h v = m/s Frischdampf Wassergeschwindigkeit Hauptfallrohr 2,33 m/s 2,51 m/s Max. Wassergeschwindigkeit Fallrohre (Dackelzug hinten) 1,43m/s 1,67 m/s v=1,5...2,5 m/s Wasserdruckleitung Max. Dampfgeschwindigkeit Überströmrohre Trennwand Max. Dampfgeschwindigkeit Überströmrohre (1+2.Zug) Max. Dampfgeschwindigkeit Überströmrohre (Verdampfer im Dackelzug) 3,19 m/s 2,9 m/s 1,69 m/s 3,43 m/s 3,05 m/s 2,25 m/s v=0,5-2 m/s Wassersaugleitung Strömungsgeschwindigkeit Frischdampf 14,55 m/s 19,2 m/s 11

12 5. Schritt: Bewertung der Ergebnisse (2) Druckverlust im Überhitzer bzw. Anstieg des Trommeldruckes bei konst. Frischdampfdruck (hier z.b. 80,46 bar -> 82,07 bar) Ausreichender Durchsatz der Einspritzkühler, ggf. Druckverlustberechnung für Zuleitung 0.3 Be (=10g NaCl / 1L Wasser) ~4000μS/cm Kritischer Dampfgehalt in den verschiedenen Verdampferheizflächen (hier: krit.: 86,5%, i.d.r. < 7% mit Ausnahme VD2- Wand 40,9 % -> 39,8%) Dampfraumbelastung (Bewertung nach M.Ledinegg Dampferzeugung Dampfkessel, Feuerungen, 2. Auflage, Springer Verlag 1966 (hier -> + 25% auf ca. 180 m³/m³h ) 12

13 5. Schritt: Bewertung der Ergebnisse (3) 100% Last Bestimmung von Rauchgas- und Rohrwandtemperatur im Bereich der Überhitzerheizflächen Max. Leistung Tschm: Temp. der Schmutzschicht der 1. und letzten Rohrreihe T_Met: Mittlere Rohrmetalltemperatur T-Med: Rauchgastemperatur 13

14 5. Schritt: Bewertung der Ergebnisse (4) Rauchgasgeschwindigkeiten Verweilzeit Einhaltung von Kriterien wie z.b. Verweilzeit von 2 s bei 850 C im Feuerraum Rauchgasreinigung Vergleich mit Nennangaben der Komponenten in der Rauchgasreinigung mit dem aktuellen Rauchgasvolumenstrom 14

15 6. Schritt: Erprobung Anzeige der Erprobung der Anlage mit den erhöhten Betriebsparametern bei der Genehmigungsbehörde Erprobungsprogramm im Sinne der TRD 601 Blatt 3: Personal für die Leitung und Beaufsichtigung der Erprobung Durchführung z.b. in mehreren Stufen Festlegung der zu dokumentierenden Parameter Verhalten bei möglichen Störungen 15

16 6. Schritt: Erprobung Ziel der Erprobung Überprüfung, ob der Rost bei dem gesteigerten Mülldurchsatz den nötigen Ausbrand erreicht (Analyse des Ausbrandes / O2-Gehalt) Überprüfung, ob die Rauchgasreinigung für die gesteigerte Rauchgasmenge ausreichend dimensioniert ist (Reingasanalyse / Emissionsbilanz)) Erfassung der Feuerraumtemperatur und der Rauchgastemperaturen zwischen den einzelnen Überhitzer- und Verdampferheizflächen Erfassung der Dampftemperaturen nach den versch. Überhitzerstufen bzw. Einspritzkühlern, ggf. Erfassung der Einspritzmengen 16

17 7. Schritt: Änderungsgenehmigung Einreichung des Antrags auf Leistungserhöhung bei ZÜS Nennung der angestrebten Leistung Daten von ggf. geänderten Komponenten Bericht über die wärmetechnische Simulationsrechnung Versuchsergebnisse aus dem Erprobungsbetrieb Gutachterliche Äußerung nach 13 BetrSichV durch ZÜS Einreichung der gutachterlichen Äußerung mit Anlagen bei der Genehmigungsbehörde (KVB bzw. Regierung) Erteilung der Änderungsgenehmigung durch die Behörde Prüfung vor Inbetriebnahme nach Änderung ( 14 BetrSichV) durch ZÜS 17

18 Weitere Einsatzmöglichkeiten Planungssicherheit vor Investitionen zur Leistungssteigerung, z.b. Einbau von Zusatzheizflächen (Schottheizflächen) Erhöhung der Verbrennungslufttemperatur durch Sekundärluftvorwärmung Änderungen in der Heizflächenverschaltung im Dackelzug (Verdampfer / Überhitzer) Kontrolle von Auslegungen, z.b. Auslegung z.b. von DaGaVos in der RRA Schwachstellenanalyse an vorhandenen Kesseln Voll- und Teillastbetrieb Druckverlustberechnung 18

19 Kontakt TÜV Süd Industrie Service GmbH Abteilung Dampfkesselanlagen Westendstr. 199 D München Ansprechpartner: Stefan Graßmann Tel. 089/ Fax 089/