Dampfkesselanlagen mit Braunkohlenstaub-Feuerung für industrielle Heiz- und Heizkraftwerke

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1 Dampfkesselanlagen mit Braunkohlenstaub-Feuerung für industrielle Heiz- und Heizkraftwerke Dr.-Ing. Wolfgang Sobbe, Dipl.-Ing. Michael Schiemann VKK Standardkessel Köthen GmbH 4. Brandenburgisches Kraftwerks-Forum, 7. November 2007, Schwarzheide

2 Dampfkesselanlagen mit Braunkohlenstaub-Feuerung für industrielle Heiz- und Heizkraftwerke Inhaltsübersicht - Unternehmensvorstellung, Liefer- und Leistungsprogramm - Historische Dampfkessel mit Rostfeuerungen - Heißwasserkesselanlage mit BKS-Feuerung, liegender Großwasserraumkessel - Einsatzgrenzen von Flammrohr-/Rauchrohrkesseln - Kohlenstaubfeuerungen - Heißdampfkesselanlage mit BKS-Feuerung - Sattdampfkesselanlage mit BKS-Feuerung 2

3 VKK Standardkessel Köthen GmbH Köthen (Vorwärmer- und Kesselbau Köthen GmbH) 1865 Dampfkesselfertigung in der Kesselschmiede Franz Kurth 1954 VEB Vorwärmer- und Kesselbau Köthen, Marktführer kohlebefeuerter Kleindampferzeuger in der DDR 1990 Privatisierung durch die STANDARDKESSEL-Gesellschaft, Fertigung von CONDOR-Einflammrohrkesseln Duisburg (STANDARDKESSEL-Lentjes-Fasel GmbH & Co. KG) 1925 Zentralheizungen und Dampfkesselreparaturen August Fasel 1950 Patent auf einen Dreizug-Flammrohr-Rauchrohrkessel und Entwicklung des CONDORKESSEL: vollautomatischer Dreizugkessel für Heizöl-Feuerung; Industriedampferzeugern (Großwasserraumkessel und Wasserrohrkessel) VKK STANDARDKESSEL 2001 Verschmelzung von VKK und STANDARDKESSEL Köthen: Duisburg: Sitz der Firma, Verwaltung und Fertigung Niederlassung, Vertrieb 3

4 Dampfkesselanlagen Großwasserraumkessel mit Öl-/Gas-Feuerungen: Dreizug-Flammrohr-/Rauchrohrkessel (CONDORKESSEL) für Öl- und/oder Gasfeuerungen zur Dampf- und Heißwassererzeugung, Einzelleistungen: 54 t/h bzw. 35 MW Kessel für Festbrennstoffe: Rauchrohr- und Wasserrohrkessel - Biomassefeuerungen - Braunkohlenstaubfeuerungen Abhitzekessel: Rauchrohr- und Wasserrohrkessel - Kraft-Wärme-Kopplung - Prozessabhitze - Thermische Nachverbrennung 4

5 Technische Dienstleistungen - Wartung, Inspektion, Revision, Inbetriebsetzung - Ersatzteile - Entstörungsdienst - Service Wasserbetriebsregime - Schulung - Mietkessel - Reparatur und Modernisierung - Kesselanlagen- und Kraftwerkskomponenten 5

6 Historischer Dampfkessel Dampfkesselanlage, Kesselschmiede Franz Kurth COETHEN, den 25.April

7 Historische Dampfkessel Klein-Wasserrohrkessel Flammrohr-/Rauchrohrkessel für Kohlefeuerungen KWK mit Rostfeuerung für Braunkohle zur Dampferzeugung Baugrößen: 2,5 / 3,2 / 6, 0 t/h (Vorwärmer- und Kesselbau Köthen) Wanderrost im Flammrohr (Schema) oder in separater Brennkammer (Standardkessel Duisburg) 7

8 Heißwasserkesselanlage mit BKS-Feuerung Flammrohr-/Rauchrohrkessel mit BKS-Parallelstrombrenner (dreiflutige Luftführung, nahstöchiometrische Verbrennung, Rauchgasrezirkulation) Emissionen (1994): CO 250 mg/m 3 NO x 500 mg/m 3 SO mg/m 3 Staub 50 mg/m 3 (Bezug: 7 % O 2 ) Heißwasserkesselanlage mit BKS-Duoblockbrenner (6,7 MW, 6 bar) 8

9 Einsatzgrenzen von Flammrohr-/Rauchrohrkesseln bis ca. 15 MW bei zulässigen Betriebsdrücken < 18 bar Druck [bar] Durchmesser [mm] Maximal zul. Kesseldurchmesser in Abhängigkeit vom zul. Betriebsüberdruck nach [1] unter den Randbedingungen: Wanddicke 32 mm, Werkstoff P295 GH, Anwendung von [2] ([1] Europäische Norm EN Großwasserraumkessel. Beuth Verlag) ([2] Verzicht auf Wärmebehandlung nach dem Schweißen. Vereinbarung 1997/1. FDBR) 9

10 Kohlenstaubfeuerungen Anordnung von Kohlenstaubbrennern Tangential- (1), Linear- (2), Deckenfeuerung (3) nach [3] ([3] Effenberger, H.: Dampferzeugung. Springer-Verlag, 2000) 10

11 Kohlenstaubfeuerungen Kesselbauformen für Kohlenstaubfeuerungen Turmkessel (a), 2-Zug-Kessel (b), 3-Zug-Kessel (c), Kessel mit Leerzug (d), Kessel mit liegendem Zug (e); nach [3] 11

12 Kohlenstaubfeuerungen Ascheanfall bei Kohlenstaubfeuerungen Brennkammertrichter: % (höherer Wert bei kleineren Anlagen) Ascheverflüchtigung: 5 % (brennstoffabhängig bis 20 %) Erfahrungswerte für Ascheanfall nach [3] 12

13 Kohlenstaubfeuerungen Ascheanalyse deutscher Braunkohle Oxidanalyse der Asche nach Lausitzer Rheinische DIN (wasserfrei) [Gew.-%] Braunkohle Braunkohle SiO 2 12,0 7,0 Fe 2 O 3 26,0 15,0 Al 2 O 3 4,5 5,0 SO 3 22,0 16,0 CaO 29,0 35,0 MgO 5,0 16,0 Na 2 O + K 2 O + Rest 1,5 Na 2 O 5,0 K 2 O 1,0 Ascheschmelzverhalten nach DIN 51730(Grenzwerte) [ C] Sintertemperatur > 900 Erweichungstemperatur > > Halbkugeltemperatur (Schmelztemperatur) > Fließtemperatur > > Quelle: [Laubag] [RWE] 13

14 Heißdampfkesselanlage mit BKS-Feuerung Betriebsparameter Zul. Dampferzeugung: 20 t/h Zul. Betriebsüberdruck: 24 bar Zul. Heißdampftemperatur: 330 C bei 19 bar Heißdampftemperatur (ungeregelt): 270 C + 20 K bei Volllast 255 C + 15 K bei Teillast Abgastemperatur nach Eco: 140 C (sauber) bis 170 C (verschmutzt) Brennstoff: BKS (Lausitz) Erdgas H Nennlastwirkungsgrad: 91 % 94 % Emissionsgrenzwert (7% O 2 ): NO x 400 mg/nm mg/nm 3 (gemäß 4. BImSchV/TA-Luft) SO mg/nm 3 - CO 150 mg/nm 3 80 mg/nm 3 Staub 20 mg/nm 3 5 mg/nm 3 14

15 Heißdampfkesselanlage mit BKS-Feuerung Rauchrohr-Großwasserraumkessel mit vorgeschalteter Brennkammer Heizflächenmodule: - kartesischer Brennraum mit Umlenkung und anschließendem Leerzug aus Membranheizflächen - Rauchrohr-Großwasserraumkessel - Überhitzer - Economiser Hauptmaße: L x B x H ca. (15 x 7 x 15) m STANDARD-Heißdampfkessel mit BKS-Feuerung 15

16 Heißdampfkesselanlage mit BKS-Feuerung 16

17 Heißdampfkesselanlage mit BKS-Feuerung Betreiber: Microcellulose Weißenborn GmbH + Co. KG Montage des BKS-Kessels Heizwerk 17

18 Heißdampfkesselanlage mit BKS-Feuerung Brenner für Braunkohlenstaub und Erdgas Typ PK-KG, Fa. Pillard Parallelstrombrenner: - Kombibrenner für BKS und Erdgas H - gestufte Verbrennungsluftzugabe - Rauchgasrückführung (extern) BKS-Brenner Typ PK-KG am Kessel montiert 18

19 Heißdampfkesselanlage mit BKS-Feuerung 19

20 Heißdampfkesselanlage mit BKS-Feuerung Heizflächenverschmutzung nach vierwöchigem Anlagenbetrieb Brennkammer mit Brenner Ascheaustrag am Brennkammerboden Rauchgaseintritt am GWK-Modul Rauchgasanströmseite Überhitzer 20

21 Heißdampfkesselanlage mit BKS-Feuerung Brennermund ½-jährige Betriebszeit 1-jährige Betriebszeit 21

22 Messungen zum Nachweis der Betriebsparameter Ziele: - Nachweis der Garantiedaten - Modellüberprüfung Brennstoff: Last: % Braunkohlenstaub (Lausitz) Messwerte: - Temperaturen und Mengenströme von BKS, Luft, Abgas, Speisewasser, Dampf - Sattdampf- und Heißdampfdruck - BKS-Analyse - Abgasanalyse 22

23 Messungen zum Nachweis der Betriebsparameter Temperaturverläufe 1200 Temperatur [ C] RG-BK-Aus RG-ÜH-Ein RG-ECO-Ein RG-ECO-Aus Dampf Last [%] 23

24 Messungen zum Nachweis der Betriebsparameter Abgasanalyse: NO x - und SO 2 -Emissionen NOx [mg/nm3] SO2 [mg/nm3] SO2 (7% O2, ohne Kalk) SO2 (7% O2, mit 2% Kalk) Emissionsgrenzwert NOx (7% O2) Emissionsgrenzwert Last [%] Last [%] 24

25 Messungen zum Nachweis der Betriebsparameter Abgasanalyse: Sauerstoff- und Kohlenmonoxidgehalt O2 [Vol-%] 6 4 CO [mg/nm3] CO (7% O2) Emissionsgrenzwert Last [%] Last [%] 25

26 Heißdampfkessel mit BKS-Feuerung in einem HKW Dampferzeugung: 24,3 t/h, 43 bar, 310 C 26

27 Sattdampfkesselanlage mit BKS-Feuerung Betriebsparameter Zul. Dampferzeugung: 7,5 t/h Zul. Betriebsüberdruck: 13 bar Betriebsüberdruck: 10 bar Speisewassertemperatur: 135 C ( 150 C) Brennstoff: BKS (Lausitz) Zündbrennstoff: Heizöl EL Nennlastwirkungsgrad: 89,5 % Regelbereich: 1 : 3 Emissionsgrenzwerte (7% O 2 ): NO x 400 mg/nm 3 (gerechnet als NO 2 ) SO mg/nm 3 CO 150 mg/nm 3 Staub 20 mg/nm 3 27

28 Sattdampfkesselanlage mit BKS-Feuerung 28

29 Sattdampfkesselanlage mit BKS-Feuerung Im Kesselhaus: Eingerüsteter Kessel, BKS-Brenner Kesselhaus, Silos, Staubfilter, Kamin 29

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