VDM CASE HISTOR Y - ThyssenKrupp VDM

VDM CASE HISTORY
3
06
97
Schkopau -
erstes ostdeutsches Kraftwerk mit
überkritischen Dampfparametern
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59

2
In der Reihe „VDM Case
History” stellen wir Werkstoffentwicklungen
der Krupp VDM GmbH vor.
VDM Case History No. 3
behandelt den Werkstoff Nicrofer
5923 hMo - alloy 59 (2.4605).
Über 410 Tonnen dieses Hochleistungswerkstoffes
wurden für den
Bau der Rauchgas-Reinigungsanlage
des 900 MW-Braunkohlenkraftwerkes
Schkopau der VEBA Kraftwerke
Ruhr AG, (VKR), Gelsenkirchen, und
der Saale Energie GmbH, Halle, eingesetzt.
Informationsmaterial über diesen
Werkstoff und seine bevorzugten
Einsatzgebiete kann mit dem beigefügten
Vordruck angefordert werden.
Ergänzende Auskünfte erteilen unsere
Anwendungstechniker.
Angaben und Empfehlungen
dieser Publikation beruhen auf
Ergebnissen unserer Forschung und
Entwicklung sowie auf eigenen praktischen
Erfahrungen und denen unserer
Kunden. Sie entsprechen dem
Stand bei Drucklegung. Änderungen
sind im Interesse der ständigen Verbesserung
und Weiterentwicklung
unserer Werkstoffe möglich.
Technische Informationen erfolgen
nach bestem Wissen, jedoch
ohne Gewähr. Lieferungen und Leistungen
unterliegen ausschließlich
unseren Allgemeinen Geschäftsbedingungen.
Titelbild: 900 MW-Braunkohlenkraftwerk
Schkopau der VEBA Kraftwerke
Ruhr AG/Saale Energie GmbH.
Verfasser:
Dipl.-Ing. Werner Römer
Krupp VDM GmbH
Postfach 1820
D-58778 Werdohl
Tel.: (02392) 55 - 0
Fax: (02392) 55 - 2217
© Copyright
Krupp VDM GmbH
06/1997
Gedruckt in der
Bundesrepublik Deutschland

Das 900 MW-Braunkohlenkraftwerk Schkopau -
erstes ostdeutsches Kraftwerk
mit überkritischen Dampfparametern
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59 (2.4605)
4 Für die umweltschonende Braunkohlenverstromung:
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59 (2.4605)
6 Aufschwung Ost mit Energie:
Das 900 MW-Braunkohlenkraftwerk Schkopau
8 Das Braunkohlenkraftwerk Schkopau:
Technisches Konzept
10 Brennstoffversorgung:
Braunkohle aus Sachsen-Anhalt
11 Umweltschutz:
Eine vorrangige Aufgabe
12 Rauchgas-Reinigung:
Entscheidung für das Babcock-Verfahren
16 Steuerung des Rauchgasstromes:
Großarmaturen und Absperrsysteme aus
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59 (2.4605)
20 Reingas-Wiederaufheizung:
Wärmeaustauscher aus
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59 (2.4605)
24 Werkstoffe:
Einsatz- und Auswahlkriterien
27 Auszug aus der Referenzliste:
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59 (2.4605)
28 Werkstoffentwicklung der Krupp VDM:
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59 (2.4605)
30 Rauchgas-Reinigungsanlage:
Das Werkstoffkonzept
34 Bewährte Verarbeitungstechniken:
Das Schweißen von Nickel-Chrom-Molybdän
Legierungen
40 Resümee
41 Literaturverzeichnis, Bildnachweis
42 Krupp VDM Hochleistungswerkstoffe:
Lieferbare Produktformen
44 Krupp VDM Vertriebsbüros:
Niederlassungen und Vertretungen
46 Krupp VDM Lagerhalter und Distributoren
47 Informationsdienst der Krupp VDM
3

4
Für die umweltschonende Braunkohlenverstromung:
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59 (2.4605)
Rund 2,5 Mrd. DM
wurden in das
900 MW-Braunkohlenkraftwerk
Schkopau
investiert.
Eine der zentralen Aufgaben für
das Gemeinschaftswerk „Aufschwung
Ost” ist die Sanierung der
Energiewirtschaft in den neuen Bundesländern
und der Aufbau eines leistungsfähigen
Kraftwerkeparkes.
Hierbei gilt, daß Strom und Wärme
•
•
•
effizient und sicher,
mit einer auf das Mindestmaß
beschränkten Beeinträchtigung
der Umwelt und
zu wirtschaftlichen Bedingungen
für Kunden und Verbraucher
erzeugt werden.
Das 900 MW-Braunkohlenkraftwerk
Schkopau
Mit Unterstützung des Landes
Sachsen-Anhalt entstand in der
Gemeinde Korbetha, zwischen Halle
und Merseburg, das erste konventionelle
Braunkohlenkraftwerk mit überkritischen
Dampfparametern und rund
40 % elektrischem Nettowirkungsgrad
in den neuen Bundesländern.
Neben der Einspeisung von
110 MW in das 16 2/3 Hz-Bahnstromnetz
der Deutsche Bahn AG
wird elektrische Leistung für die
öffentliche Versorgung zur Verfügung
gestellt und die benachbarte Buna
SOW Leuna Olefinverbund GmbH
(BSL), ein Tochterunternehmen der
Dow Chemical, mit Elektrizität und
Prozeßdampf beliefert.
Für hochbelastete Komponenten
der Rauchgas-Reinigungsanlage:
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59
Die uneingeschränkt positiven
Erfahrungen mit diesem Werkstoff in
über 20 fossil gefeuerten Kraftwerken
bestimmten den Entschluß der
VEBA Kraftwerke Ruhr AG, die
besonders aggressivem Korrosionsangriff
ausgesetzten Komponenten
der Rauchgas-Reinigungsanlage des
900 MW-Braunkohlenkraftwerkes
Schkopau aus dem von Krupp VDM
GmbH entwickelten Hochleistungswerkstoff
Nicrofer 5923 hMo - alloy
59 (2.4605) zu fertigen, einer
Nickel-Chrom-Molybdän Superlegierung
mit hervorragender Beständigkeit
gegenüber einer Vielzahl korrosiver
Medien.
Einsatz von 410 Tonnen
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59
Von Dezember 1993 bis Juni
1994 sowie von Mai bis September
1997 lieferte Krupp VDM GmbH insgesamt
rund 410 t Nicrofer 5923
hMo - alloy 59 (2.4605):

•
•
Bleche für Segmente der Rohund
Reingaskanäle, für Regelund
Absperrsysteme, für die
Rohgaseintrittsstutzen der Wäscher
sowie für Wäschereinbauten
wie Bedüsungssysteme, Oxidationsluftlanzen
u.a.
Auflagematerial walzplattierter
Bleche für den Rohgaseintrittsbereich
der Wäscher
• Band zur Herstellung ge-
•
schweißter Rohre für Wärmeaustauscher
der Reingas-Wiederaufheizanlagen
Schmiedestangen zur Herstellung
von Schrauben und Gewindestangen
• Schweißmaterial
Drastische Reduzierung
der Schadstoffemissionen
Emittierte die Altanlage, ein
Braunkohlenkraftwerk mit Teilrauchgasreinigung,
noch bis zu 9.000 mg
Schwefeldioxid (SO 2), rund 400 mg
Stickoxide (NO x) und etwa 900 mg
Staub pro Kubikmeter Rauchgas, liegen
die entsprechenden Werte im
Dauerbetrieb des neuen 900 MW-
Braunkohlenkraftwerkes bei 400
mg/m 3 Schwefeldioxid, unter 200
mg/m 3 Stickoxide und bei etwa 50
mg/m 3 Staub, eine drastische Reduzierung
der Schadstoffemissionen.
Fertigstellung
in weniger als drei Jahren
Die Fertigstellung des aus zwei
Blöcken bestehenden 900 MW-
Braunkohlenkraftwerkes in weniger
als drei Jahren stellte eine enorme
planerische und logistische Herausforderung
dar. Die Betriebsgenehmigung
wurde Mitte 1995 erteilt.
Der erste Kraftwerksblock einschließlich
des 110 MW-Bahnstromturbosatzes
wurde zum Jahreswechsel
1995/1996, der zweite Block
Mitte 1996 fertiggestellt und in
Betrieb genommen.
410 Tonnen
Nicrofer 5923
hMo - alloy 59
lieferte Krupp
VDM für Komponenten
der Rauchgas-Reinigungsanlage.
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6
Aufschwung Ost mit Energie:
Das 900 MW-Braunkohlenkraftwerk Schkopau der
VEBA Kraftwerke Ruhr AG/Saale Energie GmbH
KW Schkopau:
Energieflußbild.
7,6
Mit dem 900 MW-Kraftwerk
Schkopau ist in den neuen Bundesländern
das erste konventionelle
Braunkohlenkraftwerk mit überkritischen
Dampfparametern und rund
40 % Nettowirkungsgrad entstanden.
Alte Kraftwerksleistung mit Wirkungsgraden
kleiner als 32 % wurde
ersetzt.
Durch Auskopplung von Prozeßdampf
für die BSL liegt der Energienutzungsgrad
des Kraftwerkes bei
45 %. Dadurch werden der spezifische
Primärenergieverbrauch sowie
die Emissionen und Immissionen von
Schadstoffen gegenüber einer
getrennten Prozeßdampferzeugung
zusätzlich gesenkt.
Zur Ableitung der elektrischen
Energie in das öffentliche Netz wurde
eine rund 5 km lange 400 kV-Trasse
zum Umspannwerk Bad Lauchstädt
und zur Ableitung in das Netz der
Deutsche Bahn AG eine rund 26 km
lange 110 kV-Trasse zum Umspannwerk
Groß-Korbetha errichtet.
Internationales
Eigentümerkonsortium
Eigentümer des 900 MW-
Braunkohlenkraftwerkes Schkopau
sind die VEBA Kraftwerke Ruhr AG
mit 58,9 % und die Saale Energie
GmbH mit 41,1 %.
An der Saale Energie GmbH
sind PowerGen plc und NRG Energy
Inc. zu gleichen Teilen beteiligt.
Planung, Bauleitung und Inbetriebnahme
des Kraftwerkes lagen
bei VKR, die auch die Betriebsführung
übernommen hat.
VEBA Kraftwerke Ruhr AG
VEBA Kraftwerke Ruhr AG mit
Sitz in Gelsenkirchen betreibt im
Ruhrgebiet Kraft- und Heizwerke mit
einer Leistung von zusammen 4.900
MW. Erzeugt werden Strom, Fernwärme
und Prozeßdampf. Stromkunden
sind Elektrizitätsversorgungsunternehmen,
Industriebetriebe und die
Deutsche Bahn AG.
In den neuen Bundesländern hat
VKR neben dem 900 MW-Braunkohlenkraftwerk
Schkopau das 160
MW-Kraftwerk Kirchmöser in Brandenburg
errichtet. Darüber hinaus ist
VKR in der thermischen Abfallbehandlung
für Haus- und Sondermüll,
im Consulting, in der Fernwärmewirtschaft
sowie in der Wasserwirtschaft
tätig.

PowerGen plc.,
Solihull, England
PowerGen zählt zu den weltweit
größten privaten Stromerzeugungsunternehmen.
Die Gesellschaft betreibt
in Großbritannien 14 Kraftwerke mit
einer Gesamtleistung von 16.000
MW. Dazu gehören größere Anlagen
auf Basis eines breiten Spektrums
von Brennstoffen (Kohle, Öl, Schweröl
und Gas) ebenso wie kleinere
Wasser- und Windkraftwerke.
NRG Energy Inc.,
Minneapolis, USA
NRG Energy Inc. hat sich auf
Bau, Betrieb, Instandhaltung und
Finanzierung von privaten Kraftwerksprojekten
spezialisiert und ist
in Europa, im pazifischen Raum, in
Lateinamerika sowie in den USA
tätig.
Als Tochtergesellschaft der Northern
States Power Company (USA)
kann NRG auf eine 80jährige Erfahrung
mit Betrieb und technischer Fortentwicklung
von kraftwirtschaftlichen
Anlagen zurückgreifen.
Neben ihrem Geschäft als
unabhängiger Energieerzeuger beschäftigt
sich NRG Energy Inc.,
Minneapolis, mit der Verbesserung
der Brennstoffausnutzung sowie der
Ertüchtigung von Kraftwerken und
bietet Komplettdienstleistungen für
die stoffliche und energetische
Abfallverwertung an.
KW Schkopau:
Links und rechts
des Schornsteins
sind die Wäscher
der Rauchgas-
Reinigungsanlagen
der Blöcke
A und B zu
erkennen.
7

8
Das 900 MW-Braunkohlenkraftwerk Schkopau:
Technisches Konzept
Das Braunkohlenkraftwerk Schkopau
verfügt über eine elektrische
Leistung von 900 Megawatt. Jährlich
werden bis zu 6 Millionen Tonnen
mitteldeutscher Braunkohle in Strom
und Prozeßdampf umgewandelt.
Aus Gründen der Versorgungssicherheit
wird die in Kraft-Wärme-
Kopplung arbeitende Anlage mit
zwei unabhängig voneinander einsetzbaren
Blöcken (A und B) betrieben.
Während die Chemie eine
Grundlastversorgung benötigt, werden
die Bahnstromleistung und die
Leistung für die öffentliche Versorgung
im Mittel- und Spitzenlastbereich
eingesetzt.
Eine für ein Braunkohlenkraftwerk
ungewöhnlich hohe Betriebsflexibilität
sowie ein Wirkungsgrad
von ca. 40 % sind innovative Kennzeichen
des Kraftwerkes Schkopau.
Aufgrund des Doppelblocksystems
arbeitet die Anlage mit zwei
getrennten Brennstoff-Rauchgas-Wegen.
Nach der Anlieferung per Bahn
900 MW-Braunkohlenkraftwerk Schkopau
Auslegungsdaten wichtiger Komponenten und Anlagen
Gesamtanlage
Leistung MW 2 x 450
Wirkungsgrad (elektrisch, netto) % ca. 40
Feuerungsanlage
Feuerungswärmeleistung, thermisch MW 2 x 1.265
Braunkohlemassenstrom, maximal t/h 2 x 414
Wassergehalt, maximal % 50
Dampferzeuger
Dampfleistung t/h 2 x 1.360
Speisewassereintrittstemperatur °C 270
zul. Betriebsüberdruck HD/HZÜ bar 285/70
zul. Temperatur HD/HZÜ °C 545/560
Abgastemperatur am Kesselende °C

900 MW-Braunkohlenkraftwerk Schkopau
Blockübersicht
Längsschnitt (oben), Grundriß auf + 12,00 m Höhe (unten). Längenmaße in mm
9

10
Brennstoffversorgung:
Braunkohle aus Sachsen-Anhalt
Braunkohle
für 30 Jahre:
der Tagebau
Profen.
Das 900 MW-Braunkohlenkraftwerk
Schkopau ist ein Baustein für
die ostdeutsche Energieversorgung
und ein bedeutender Wirtschaftsfaktor
für die gesamte mitteldeutsche
Industrieregion. Als preisgünstiger
Energielieferant der Chemie, der
Bahn und der öffentlichen Energieversorgung
schafft das Kraftwerk die Voraussetzung
für eine wirtschaftliche
Wiederbelebung der Region.
Um im Vergleich zu importierter
Steinkohle wettbewerbsgerechte Energiepreise
zu sichern, gewährte das
Land Sachsen-Anhalt für den Einsatz
mitteldeutscher Braunkohle im Kraftwerk
Schkopau einen Investitionsmehrkostenausgleich
von 600 Mio.
DM. Bis zu 6 Millionen Tonnen Rohbraunkohle
aus dem 40 km entfernten
Tagebau Profen der Mitteldeutsche
Braunkohlengesellschaft mbH
(MIBRAG) werden im Kraftwerk
Schkopau jährlich verstromt.
Braunkohle für 30 Jahre:
der Tagebau Profen
300 Millionen Tonnen Braunkohlevorräte
lagern im Weißelster-Becken
des Tagebaues Profen in Sachsen-
Anhalt, bei einer jährlichen Fördermenge
von 7 bis 10 Millionen Tonnen
ein Vorrat für mindestens 30 Jahre.
300 Mio. DM hat die MIBRAG
in die Modernisierung der Förderung
investiert. Hauptabnehmer der Braunkohle
ist das Kraftwerk Schkopau.
Die Deutsche Bahn AG ließ 166
maßgeschneiderte Kohle-Selbstentladewagen
von dem ostdeutschen
Unternehmen Deutsche Waggonbau
AG für die MIBRAG bauen. Pro Zug
können 2.200 t Braunkohle aus dem
Abbaugebiet Profen zu dem neuen
Be- und Entladebahnhof am Kraftwerk
Schkopau geliefert werden.
Um die Entladung der Kohle
auch bei Kälte sicherzustellen, wurde
am Kraftwerk Schkopau eine Infrarot-
Auftauanlage errichtet. Darüber hinaus
verfügt jeder Waggon über eine
eigene Heizanlage von 26 kW.
Auslegungswerte der Braunkohle
aus Profen
Heizwert (KJ/Kg) 11.000 - 12.000
Asche (%) 7*
Wasser (%) 50
Schwefel (%) max. 2,0*
*bezogen auf Rohkohle

Umweltschutz:
Eine vorrangige Aufgabe
Wie sehr der Schutz und die
Erhaltung der natürlichen
Lebensgrundlagen zu einer Überlebensfrage
für die gesamte Menschheit
geworden sind, zeigen die intensiven
Bemühungen, durch Gesetze
und strenge staatliche Auflagen die
Emissionen von Schadstoffen weiter
einzuschränken. So wurden in den
80er Jahren sämtliche kohlegefeuerten
Kraftwerke in den alten Bundesländern
mit hochwirksamen Rauchgas-Reinigungsanlagen
ausgestattet.
Der hierbei erreichte Standard gilt
weltweit als beispielhaft.
Mit der Wiedervereinigung
Deutschlands wurde auch für die
neuen Bundesländer bundesdeutsche
Umweltgesetzgebung geltendes
Recht und die Einführung von Emissionsgrenzwerten
entsprechend der
Großfeuerungsanlagenverordnung
(GFAVO) für Kraftwerke in diesen
Ländern verbindlich.
Kraftwerk Schkopau mit
deutlich besserem Wirkungsgrad
Im Vergleich zu stillgelegten Altanlagen
arbeitet das 900 MW-
Braunkohlenkraftwerk Schkopau mit
einem deutlich besseren Wirkungsgrad,
d.h., die gleiche Menge Strom
kann mit erheblich weniger Brennstoff
erzeugt werden, entsprechend
geringer sind die Schadstoffemissionen.
Eine zusätzliche Ausnutzung
der Primärenergie ergibt sich durch
den Einsatz der Kraft-Wärme-Kopplung
für die Dampfbereitstellung.
Für eine niedrige NO x- und CO-
Belastung sorgt primärseitig die
Feuerungsanlage der Dampferzeuger.
Sie gewährleistet, daß im Dauerbetrieb
weniger als 200 mg NO x
und 100 mg CO pro Kubikmeter
Rauchgas emittiert werden. Für NO xund
CO-Emissionen sind die Verweilzeiten
und die Luftstufung in den einzelnen
Verbrennungszonen entscheidend.
Die Verweilzeiten liegen deutlich
über den bei vergleichbaren
Anlagen bisher erreichten Werten
und sichern sowohl niedrige Emissionen
als auch einen vollständigen
Ausbrand der Braunkohle.
Die im Rauchgas der Blöcke A
und B enthaltene Braunkohlenasche
wird im Elektrofilter und mit der
anschließenden Naßwäsche in den
Gegenstrom-Sprühturmwäschern der
Rauchgas-Reinigungsanlage fast vollständig
abgeschieden.
Durch Eindüsen einer Kalksteinlösung
in den Rauchgasstrom wird das
im Rauchgas enthaltene SO 2 (Schwefeldioxid)
in den Wäschern zu Gips
umgewandelt. Das gereinigte Abgas,
das im wesentlichen aus Wasserdampf,
Kohlendioxid und Stickstoff
besteht, tritt schließlich mit mindestens
72°C über den 200 m hohen Schornstein
in die Atmosphäre ein.
Die bei der Reinigung der
Rauchgase anfallenden Produkte
Asche und Gips werden in der Bauindustrie
und bei der Rekultivierung
ausgekohlter Tagebaue eingesetzt.
Das Betriebsabwasser wird vor
Einleitung in die Saale gereinigt.
mg/m 3
1.000
500
0
9.000
SO 2
400
400
NO x
200
900
Staub
Emissionsvergleich
KW Schkopau/
Altanlage*
*Braunkohlenkraftwerk
mit Teilrauchgasreinigung
50
Altanlage
KW Schkopau
11

12
Rauchgas-Reinigung:
Entscheidung für das Babcock-Verfahren
Braunkohle enthält Schwefel, dessen
Anteil je nach Herkunft der
Kohle stark schwanken kann. Der
Schwefelanteil mitteldeutscher Braunkohle
aus dem Tagebau Profen
beträgt max. 2,0 Prozent. Bei Verbrennung
der Braunkohle entsteht
Schwefeldioxid (SO2), das in den
Gegenstrom-Sprühturmwäschern der
Rauchgas-Reinigungsanlage mit einer
Kalksteinsuspension zu industriell
verwertbarem Gips chemisch umgewandelt
wird.
Zweistraßige
Rauchgas-Reinigungsanlagen
Den Kraftwerksblöcken A und B
des Braunkohlenkraftwerkes Schkopau
sind jeweils zweistraßige
Rauchgas-Reinigungsanlagen nachgeschaltet.
Das aus dem Elektrofilter
austretende Rauchgas wird mittels
Saugzug in die Gegenstrom-Sprühturmwäscher
geleitet. Vor Eintritt in
den Schornstein wird das in den
Wäschern gereinigte und hierbei auf
ca. 67°C abgekühlte Rauchgas in
nachgeschalteten Wiederaufheizanlagen
auf ca. 78°C erwärmt.
Verfahrenstechnisch wesentliche
Komponenten der Rauchgas-Reinigungsanlagen
sind:
• Elektrofilter
• Saugzug
• Rohgaskanäle
•
•
Regel- und Absperrsysteme
Rauchgaswäscher mit Pumpen,
Sprühebenen, Tropfenabscheidern,
Rührwerken, Oxidationsluftzuführung,
Rohgaseintritt,
Reingasaustritt sowie Überwachungs-
und Steuerungssystemen
• Reingaskanäle
• Reingas-Wiederaufheizung
Gegenstrom-Sprühwäscher der
Deutsche Babcock Anlagen GmbH
VEBA Kraftwerke Ruhr AG entschied,
die vier Rauchgas-Reinigungsstraßen
des 900 MW-Braunkohlenkraftwerkes
Schkopau mit
Gegenstrom-Sprühturmwäschern der
Deutsche Babcock Anlagen GmbH
auszurüsten.
Für Rohgaseintritt
und Wäschereinbauten:
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59
Der durch Korrosion extrem belastete
Bereich, in dem das Rohgas in
den Wäscher eintritt, d.h., der Eintrittsstutzen
und die Wandung in
unmittelbarer Umgebung sowie
Wäschereinbauten wie die erste
(unterste) Düsenebene, die Oxidati-

onsluftlanzen, die Kalksteinmehllanze,
die Siebkörbe sowie die Befestigungselemente
Schrauben und
Gewindestangen wurden bei allen
vier Sprühturmwäschern in dem Hochleistungswerkstoff
Nicrofer 5923 hMo
- alloy 59 (2.4605) ausgeführt.
Rauchgaswäsche
Der Absorber, ein im Gegenstrom
betriebener Sprühturmwäscher
mit vier übereinander angeordneten
und von jeweils einer Umwälzpumpe
versorgten Sprühebenen, hat folgende
Funktionen zu erfüllen:
Gasseitiger Kreislauf:
•
3
SO = 7.400 mg/m (i.N.tr., 6 % O )
2 2
Kalkstein
38,7 t/h
Feuchtgips
70,4 t/h
3
SO x = ≤ 400 mg/m (i.N.tr., 6 % O 2)
Kühlung bzw. Sättigung des
heißen Rauchgasstromes, so
daß Rauchgas und Waschflüssigkeit
in gemeinsamem Kontakt
koexistieren
3
Rohgas: V = 4 x 925.000 m /h (i.N.f.)
Rauchgaswäsche
•
•
Innige Vermischung von Rauchgas
und Waschflüssigkeit, so
daß Strähnen ungereinigten
Rauchgases vermieden werden
Trennung von Waschflüssigkeit
und gewaschenem Rauchgas
900 MW-Braunkohlenkraftwerk Schkopau
Verfahrensfließbild der Rauchgas-Reinigungsanlage
Reingas
Rohgas
Oxidationsluft
Prozeßwasser
Kalkstein
Strom
10 MW
3
Reingas: V = 4 x 1.010.000 m /h (i.N.f.)
Druckluft
Temperatur: 175 °C
Abwasser
3 13,6 m /h
Kalksteinsilo
Wasser
300 m 3/h
Temperatur: 67 °C
Absorber
Bandfilter
KW Schkopau:
Verbrauchs- und
Endproduktmengen
der
Rauchgas-
Reinigungsanlage
(Auslegungswerte).
Flüssigkeitsseitiger Kreislauf:
•
Kontinuierliche Neutralisation
der von der Waschflüssigkeit
absorbierten Schadgase, so
daß stets ein „treibendes Konzentrationsgefälle”
vom Rauchgas
in die Waschflüssigkeit
besteht.
Der geschwindigkeitsbestimmende
Schritt ist der Lösungsvorgang
des Kalksteins in der
Waschflüssigkeit
• Absorption von Sauerstoff (O2) zur Gipsbildung
• Kontinuierliche Gipskristallisation,
so daß der betriebstechnisch
schwierige Zustand übersättigter
CaSO4-Lösungen vermieden
wird.
∞
∞
Hydrozyklone
Umlaufwasserbehälter
∞
∞
Entleerungsbehälter
∞
Abwasserbehälter
Gips
Abwasser
13

14
Rauchgas-Reinigung
auf Kalksteinbasis
Neben der Abscheidung von
SO 2 werden auch HCl und HF
absorbiert. Die hierbei ablaufenden
chemischen Reaktionen zeigt die
nachstehende Darstellung.
Die Indizes (g), (l) und (f) weisen
darauf hin, daß die jeweiligen Komponenten
in gasförmiger (g), löslicher
(l) oder fester Form (f) dem Prozeß
zugeführt bzw. entnommen werden.
Tatsächlich laufen jedoch alle
angegebenen Reaktionsschritte nur
in der wässrigen Phase ab. Dies
bedeutet, die Gase SO 2, HCl, HF
und O 2 sind zu absorbieren, der
Feststoff CaCO 3 muß sich lösen und
der Feststoff CaSO 4 x 2H 2O (Gips)
muß auskristallisieren können.
Chemische Reaktionen bei der Rauchgaswäsche
SO2 + 1/2 O2 + 2H2O + CaCO3(f) 2 HCl (g) + CaCO3(f) 2 HF (g) + CaCO3(f) 900 MW-Braunkohlenkraftwerk Schkopau
Rauchgas-Reinigungsanlage
Technische Daten (Auslegungswerte)
Rohgaswerte nach E-Filter:
(bezogen auf O 2 = 6 Vol.% i.N.tr.)
Zufuhr von Kalksteinmehl
Die kontinuierliche Neutralisation
der absorbierten Schadstoffe
erfordert eine entsprechende Zufuhr
von Kalkstein. Das Kalksteinmehl
wird mittels pneumatischer Förderorgane
direkt in den Absorbersumpf
eingeleitet. Wegen der geringen
Lösungsgeschwindigkeit ist der
Absorbersumpf entsprechend dimensioniert.
Einblasen zusätzlicher Luft
Volumenstrom je Block 1.850.000 m3/h (i.N.f.)
Volumenstrom je Wäscher 925.000 m3/h (i.N.f.)
Temperatur Eintritt Wäscher 175 - 190 °C
Betriebs-O2 (trocken) 4,9 Vol. %
H2O-Gehalt 20,0 Vol. % f
SO2-Gehalt 7.400 mg/m3 (i.N.tr.)
SO3-Gehalt 140 mg/m3 (i.N.tr.)
Staubgehalt 50 mg/m3 (i.N.tr.)
HCl 50 mg/m3 (i.N.tr.)
HF 25 mg/m3 (i.N.tr.)
Die Bildung von Gips auf Basis
der SO 2/CaCO 3-Reaktion erfordert
Sauerstoff. Abhängig vom Sauerstoff-Partialdruck
und der Beregnungsdichte
(L/G-Verhältnis) des
CaSO 4 x 2H 2O (f) + CO 2(g)
CaCl 2(l) + H 2O + CO 2(g)
CaF 2(l) + H 2O + CO 2(g)
Rauchgases wird auch Sauerstoff
absorbiert. Gemessen am Bedarf der
Gips-Bildungsreaktion ist die absorbierte
Sauerstoffmenge jedoch nicht
ausreichend. Es wird deshalb über
Lanzen auf der Druckseite der seitlich
angebrachten Rührwerke noch zusätzlich
Luft in die im Absorbersumpf
gespeicherte Waschflüssigkeit eingeblasen.
Diese Technik der Lufteintragung
weist folgende Vorteile auf:
•
•
•
Reingaswerte nach Wäscher:
(bezogen auf O 2 = 6 Vol.% i.N.tr.)
Erzeugung einer hohen spezifischen
Oberfläche bei der
dispergierten Luft
Niedrige Auftriebsgeschwindigkeit
als Folge kleiner Luftbläschen
und damit große Verweilzeit
über die Aufstiegshöhe im
Absorbersumpf
Kontinuierliche, vollständige
Oxidation der gesamten zur
Rauchgasberegnung eingesetzten
Waschflüssigkeit (Vollstrom-
Oxidation), so daß sich das treibende
Konzentrationsgefälle
Volumenstrom je Block 2.020.000 m3/h (i.N.f.)
Volumenstrom je Absorber 1.010.000 m3/h (i.N.f.)
Temperatur 67 °C
Betriebs-O2 (trocken) 4,95 Vol. %
SOx

zur SO 2-Absorption stets dem
physikalisch-chemischen Maximum
annähert
• Austreiben des CO 2, das als
Reaktionsprodukt des Kalksteinlösevorganges
entsteht, was die
Auflösungsgeschwindigkeit des
Kalksteins verbessert.
Kristallisation
im Absorbersumpf
Der auslegungsgemäße Betrieb
des Absorbers geschieht mit einer
Suspension von 10 - 20 % TS, damit
dem aus der chemischen Reaktion
heraus entstehenden (zunächst gelösten)
CaSO 4 ein Maximum an Kristallisationskeimen
gegenübersteht.
Auf diese Weise wird erreicht, daß
die Kristallisation nur im Absorbersumpf
und nicht in den Rohrleitungen
und deren Absperr- und Regelarmaturen
abläuft.
Zur Abtrennung vom Rauchgasstrom
mitgerissener Tropfen und
Sprühnebel sind wäscheraustrittsseitig
ein Vorabscheider und ein Feinabscheider
angeordnet. Der Tropfenabscheider
besteht aus einzelnen
Kassetten, die als Abscheiderelemente
S-förmig gebogene PP-Lamellen
enthalten. Eine Bespülung der
Abscheiderelemente ausschließlich
mit Frischwasser verhindert Inkrustierungen
in diesem Bereich und damit
auch einen Anstieg des Druckverlustes.
Die Technik der Tropfenfängeranordnung
bietet die Vorteile:
•
•
minimaler Druckverlust
Unempfindlichkeit der Abscheiderwirkung
gegenüber rauchgasseitigen
Lastschwankungen.
900 MW-Braunkohlenkraftwerk Schkopau
Übersicht Rauchgaswäscher

16
Steuerung des Rauchgasstromes:
Großarmaturen und Absperrsysteme aus
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59 (2.4605)
Auf die spezifischen Bedingungen
der Kraftwerkstechnik
abgestimmte Regel- und Absperrsysteme
lenken den Rauchgasstrom
durch die jeweils zweistraßigen
Rauchgas-Reinigungsanlagen der
Blöcke A und B des Braunkohlenkraftwerkes
Schkopau. Sie ermöglichen
die Stillegung bzw. Umgehung
(Bypass) bestimmter Bereiche der
Anlage, die damit auch unter Last
gefahrlos inspiziert und gewartet
werden können.
4 Gasweichen und 11 Jalousieund
Tandemklappen, letztere aus
dem Hochleistungswerkstoff Nicrofer
5923 hMo - alloy 59 (2.4605) der
Krupp VDM GmbH, regeln den
Rauchgasstrom beider Blöcke.
Der Weg des Rauchgases vom
Elektrofilter zum Schornstein
Das Fließbild zeigt den Weg,
den das im Elektrofilter entstaubte
Rohgas über den Saugzug in die beiden
Gegenstrom-Sprühturmwäscher
900 MW-Braunkohlenkraftwerk Schkopau
Schema der Rauchgas-Reinigung Block A
(Absorber) zurücklegt und nach
erfolgter Kalksteinwäsche über die
Wiederaufheizanlagen (Dagavos)
zum Schornstein.
Vor Eintritt in die Absorber kann
der Rauchgasstrom mit Hilfe von
4.250 x 5.500 mm messenden Gasweichen
(Pos. 1 und 2) über im Normalbetrieb
geschlossene Bypasskanäle
an den Absorbern vorbeigeführt
werden. Jeder Bypasskanal ist
mit einer Jalousie-Absperrklappe von
4.000 mm Durchmesser (Pos. 3 und
4) ausgestattet.
Nach Verlassen der Absorber
wird das von Schadstoffen gereinigte
und auf ca. 67°C Sättigungstemperatur
abgekühlte Rauchgas (Reingas)
in nachgeschalteten Wiederaufheizanlagen
auf ca. 78°C erwärmt.
In den anschließenden Reingaskanälen
sind jeweils eine Jalousie-
Tandemklappe der Abmessung
5.500 x 8.000 mm (Pos. 5 und 6)
installiert.
Unmittelbar vor Zusammenführung
der Reingasströme aus den
Kraftwerksblöcken A und B sind
nochmals eine Jalousie-Tandemklappe
der Abmessung 7.500 x 7.500
mm (Pos. 7 und 8) in den jeweiligen
Reingaskanälen eingebaut.
Eine weitere 3.000 x 3.000 mm
messende Tandemklappe (Pos. 9)
regelt den Abgasstrom des Hilfsdampferzeugers.
Lieferant der Regel-
und Absperrsysteme:
Mannesmann Seiffert GmbH
Die in den Rauchgas-Reinigungsanlagen
der Blöcke A und B
installierten Rauchgasweichen und
Rauchgasklappen lieferte Mannesmann
Seiffert GmbH, Armaturen und
Systemtechnik, Beckum.
Seit 25 Jahren werden die zum
Teil patentierten Systeme weltweit
eingesetzt, in Kraftwerken, Rauchgas-Reinigungsanlagen
und Gasturbinenanlagen,
in Zement- und Stahlwerken,
in thermischen Abfallverwertungsanlagen
sowie der Chemie
und anderen Industrien.
Mit diesem Erfahrungspotential
bietet Mannesmann Seiffert GmbH
Gewähr für optimal auf die Anforderungen
der jeweiligen Anlage abgestimmte
Lösungen. Das Lieferprogramm
umfaßt u.a.:
Routeflex-Gasweichen
Mit einer Routeflex-Gasweiche
lassen sich zwei Absperreinrichtungen
ersetzen. Das bedeutet:
•
•
einfachste Steuerung; nur ein
Antrieb
geringere Anzahl mechanisch
bewegter Teile

•
•
niedrigerer Wartungsaufwand
platzsparende und kostengünstige
Ausführung
Gasweichen mit drei Kanalanschlüssen
dienen zum Umsteuern eines
Gasstromes und Absperren jeweils
eines Kanales.
Die patentierten Routeflex--Gasweichen
zeichnen sich durch hohe
Dauerdichtigkeit aus. Die flächenäquivalente
Dichtigkeit liegt bei
99,98 %. Durch eine hochwirksame
Doppeldichtung und das Sperrluftsystem
wird eine 100 %ige Absperrung
nach UVV erzielt.
Bei Querschnitten über 50 m2, kurzen Stellzeiten oder anderen
besonderen Bedingungen werden
die Gasweichen mit einem geteilten
Flügel oder mit mehreren, parallel
oder spiegelbildlich angeordneten
Flügeln ausgerüstet.
Je nach Einbausituation, Betriebsbedingungen
und Kundenwunsch
werden Routeflex-Gasweichen
über Schwenk- oder Kniehebelsysteme
mit elektrischen, pneumatischen
oder hydraulischen Antrieben
betätigt.
Proflex-Jalousieklappen
und -Tandemklappen
Gleichläufige Jalousieklappen
werden als Regel- und Absperrklappen
eingesetzt; die Flügel bewegen
sich im gleichen Drehsinn bzw.
gegeneinander bei gegenläufigen
Jalousieklappen.
Die nachstehenden Bilder zeigen
schematisch die Strömungsverhältnisse
gleichläufiger Jalousie- und
Tandemklappen.
Die Proflex-Tandemklappe vereint
zwei Klappen zu einer Klappe.
In geschlossener Position bilden die
als Hohlprofile ausgeführten und mit
Doppeldichtungen ausgestatteten
Flügel weitestgehend gasdichte Zwischenräume,
die sich mit Sperrluft
beaufschlagen lassen. Damit wird
eine 100 %ige Absperrung möglich.
Die Tandemklappen bilden somit
einen vollwertigen Ersatz für Doppeljalousieklappen.
Im Gegensatz zu Doppelklappen
benötigen Tandemklappen
jedoch nur eine einzige Flügelebene.
Dadurch verringert sich die Anzahl
Gasweiche mit 3 Kanalanschlüssen Jalousieklappe, gleichläufig Tandemklappe
Tandemklappe
im Braunkohlenkraftwerk Schkopau im Reingaskanal
vor dem Schornstein eingesetzt
der mechanischen Bauteile wie
Lager, Stopfbuchsen und Wellen
erheblich. Außerdem ist die Baulänge
wesentlich geringer.
Proflex-Jalousieklappen bieten
im Vergleich zu konventionellen Konstruktionen
entscheidende Vorteile:
• geringere Flügelanzahl und entsprechend
weniger Lagerstellen
sowie mechanisch bewegte Bauteile
durch verwindungs- und biegesteife,
großdimensionierte Flügel
in Gleitschalenbauweise
17

18
•
•
•
•
•
•
•
höhere Dichtigkeit durch deutlich
verringerten abzudichtenden Flügelumfang
(ca. 50 %) und leicht
einstellbare Dichtungen auch
nach dem Einbau der Klappe
geringer Druckverlust durch strömungsgünstiges
Flügelprofil
niedriger Geräuschpegel
hohe Dichtkraft in jeder Betriebsphase
durch Federhebel
äußerst geringer Wärmeverzug
der Flügel durch Gleitschalenbauweise
einfach auswechselbare Dichtungen
keine Undichtigkeit infolge von
Anbackungen durch Selbstreinigung
der Dichtungen aufgrund
der Formänderung beim
Schließen.
Inoflex-Dichtsysteme
für höchste Anforderungen
Inoflex-Dichtungen werden vor
allem für ungereinigte und gereinigte
Gasströme in Kraft- und Zementwerken
eingesetzt. Die im Braunkohlen-
KW Schkopau:
Proflex-Tandemklappe
DN 7.500
x 7.500 mm aus
Nicrofer 5923
hMo - alloy 59.
kraftwerk Schkopau eingesetzten Dichtelemente
sind aus der korrosions- und
verschleißbeständigen Nickelbasislegierung
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59
(2.4605). Sie zeichnen sich aufgrund
ihrer Formgebung und des eingesetzten
Werkstoffes durch hohe Elastizität
bei geringen Abmessungen aus. Auch
nach längerer extremer Belastung nehmen
sie wieder ihre ursprüngliche
Form an. Selbst bei punktuellen Verformungen
liegen sie in geringem
Abstand wieder auf der Dichtfläche
auf. Anbackungen und Verkrustungen
lösen sich durch die Formänderung
der Dichtelemente beim Schließen der
Klappen von selbst.
Inoflex-Dichtungen lassen sich an
den Endstücken verschließen, so daß
sie im Gegensatz zu Lamellen- und
Wellenfederdichtungen nicht hinterwandert
und blockiert werden können.
Beim Einsatz von Inoflex-Dichtungen
erübrigen sich Anschläge oder
Stege zwischen den Flügeln. Dadurch
sind der Druckverlust und der
Geräuschpegel in offener Position
geringer. Durchbiegungen der Flügel
haben keinen Einfluß auf die Dichtigkeit.
Vor allem jedoch wird der abzudichtende
Umfang (Dichtungslänge)
um ca. 25 % verringert. Dadurch ist
die Dichtigkeit höher, und es wird
weniger Sperrluft benötigt.
Duplex-Dichtsystem
Seite 19:
Proflex-Jalousie-
Tandemklappe
DN 5.500 x
8.000 mm aus
Nicrofer 5923
hMo - alloy 59.
Vier dieser Klappen
sind in den
Reingaskanälen
der Blöcke A
und B installiert.
Inoflex-Duplex Dichtsysteme
Inoflex-Duplex Dichtsysteme
haben sich bei allen zu Anbackungen
und Verkrustungen neigenden
Medien, insbesondere in Rauchgas-
Reinigungsanlagen bewährt.
Sowohl die Dichtung als auch
der Dichtsitz sind elastisch, so daß
sich die Verkrustungen und Anbackungen
auf beiden Seiten beim
Schließen der Klappen von selbst
lösen.
Für Jalousie- und Tandemklappen
sowie Dichtsysteme:
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59
Die in den Rauchgas-Reinigungsanlagen
der Blöcke A und B
installierten insgesamt 11 Jalousieund
Tandemklappen wurden zum
Schutz vor extremer Korrosionsbelastung
aus dem Hochleistungswerkstoff
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59
(2.4605) gefertigt.
Krupp VDM GmbH lieferte hierfür
ca. 95 Tonnen Bleche im Dickenbereich
von 6 bis 10 mm sowie ca.
1,5 t Band von 0,25 mm Dicke für
die Dichtsysteme der Klappen.

20
Reingas-Wiederaufheizung:
Wärmeaustauscher aus
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59 (2.4605)
Fertigstellung
des Wärmeaustauschers
aus
Nicrofer 5923
hMo - alloy 59
für eine der beiden
Reingas-Wiederaufheizanlagen
im Block A
des KW Schkopau.
Das mit einer Kalksteinsuspension
gewaschene Rauchgas verläßt
den Gegenstrom-Sprühturmwäscher
mit etwa 67°C Sättigungstemperatur.
Um über den Schornstein in die
Atmosphäre abgeleitet zu werden,
wird es auf etwa 78°C (Schornsteinmündungstemperatur
ca. 72°C)
erwärmt. Dies geschieht in 8.000 x
8.500 x 1.000 mm messenden
heizdampfbeheizten Kreuzstromwärmeaustauschern
der den
Wäschern nachgeschalteten Reingas-Wiederaufheizanlagen(Dagavos).
Lieferant der Wärmetauscher:
BDAG - Balcke-Dürr AG
Die Wärmeaustauscher der beiden
Reingas-Wiederaufheizanlagen
im Block A des Braunkohlenkraftwerkes
Schkopau lieferte BDAG - Balcke-
Dürr Aktiengesellschaft, Ratingen, im
Konzern der Deutsche Babcock AG
internationaler Systemanbieter mit
den Geschäftsfeldern Energie- und
Gebäudetechnik, Wassertechnik,
Verfahrens- und Oberflächentechnik
sowie führender Hersteller von Wärmeaustauschern.
Wärmeaustauscher-Werkstoff:
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59
Aufgrund ihrer außerordentlich
hohen korrosiven Belastung wurden
sowohl die längsnahtgeschweißten
Rohre wie auch die Rohrböden und
Rahmen der Wärmeaustauscher aus
dem Hochleistungswerkstoff Nicrofer
5923 hMo - alloy 59 (2.4605)
gefertigt.
Technik des Wärmeaustausches
In einem Wärmeaustauscher
wird die Wärme eines strömenden,
meist gasförmigen oder flüssigen
Mediums auf ein zweites Medium
niedrigerer oder höherer Ausgangstemperatur
übertragen.
Zahlreiche Verbrennungsvorgänge
und chemische Prozesse finden
bei Temperaturen statt, die weit
oberhalb der Umgebungstemperatur
liegen. Die hierbei aus dem Prozeß
ausscheidenden gasförmigen oder
flüssigen Produkte enthalten in der
Regel Wärmemengen, die, beispielsweise
in einem Wärmeaustauscher,
für das Erhitzen von Ausgangsstoffen
vor deren Einschleusen
in den Prozeß sinnvoll genutzt werden
können.
Bei chemischen Prozessen wie
der Verbrennung in technischen
Öfen ist ein derartiger Wärmeaus-

tausch häufig sogar unerläßlich, da
die Reaktions- und Verbrennungswärme
allein nicht zur Aufrechterhaltung
der erforderlichen hohen
Temperaturen ausreichen würde.
In jedem Falle erhöht die Nutzung
der Restwärme die Wirtschaftlichkeit
einer Anlage und steigert
deren Wirkungsgrad. Dies ist ein
Wirtschaftlichkeitsfaktor, zugleich
aber auch ein nicht unerheblicher
Beitrag zum Schutze der Umwelt, da
für die gleiche Leistung weniger
Kohle verbrannt und entsprechend
weniger CO 2 produziert wird.
Konstruktive Anforderungen
Bei der konstruktiven Gestaltung
und Fertigung von Wärmeaustauschern
muß gewährleistet sein, daß
Primär- und Sekundärmedium vollständig
voneinander getrennt bleiben.
So muß bei Rohrbündel-Wärmeaustauschern
die Verbindung der
Rohre mit dem Rohrboden absolut
dicht sein und zudem frei von Korrosionreaktionen
auslösenden Spalten,
die zu Funktionsbeeinträchtigungen
führen könnten, bis hin zum
völligen Ausfall des Wärmeaustauschers.
Das Verbinden der Rohre mit
dem Rohrboden erfolgt üblicherweise
mittels Einwalzen, hydraulischem
Aufweiten, Einschweißen oder Einsprengen.
Diese Techniken gewährleisten
eine absolut dichte Verbindung
ohne Spaltenbildung.
In der Praxis eingeführte Rohreinschweißverfahren
sind das WIG-
Handschweißen mit Zusatzwerkstoff,
die E-Handschweißung sowie das
vollautomatische Schweißen.
Spaltfreies Rohreinschweißen
Die im folgenden vorgestellten
Rohreinschweißverfahren wurden
durch Entwicklung entsprechender
Schweißtechniken möglich.
Die nachstehende Darstellung
zeigt ein Kombinationsverfahren aus
Einschweißen und Einwalzen, bei
dem das Rohr zunächst in den Rohrboden
eingefügt und mit diesem verschweißt
wird.
Um den Spalt zwischen Rohrboden
und Rohrwand zu eliminieren
und damit der Gefahr des Entstehens
von Spaltkorrosion vorzubeugen,
wird das Rohr nach dem Einschweißen
in den Rohrboden eingewalzt.
Kombiniertes Einschweiß- und
Einwalzverfahren
3
4
1 Rohrboden
2 Rohrwand
3 WIG-Schweißnaht
4 Durch Einwalzen aufgeweitetes Rohr
1
2
In einen Rohrbodeneingeschweißte
und
eingewalzte
Rohre.
DampfeintrittsseitigeKompensatoren
aus
Nicrofer 5923
hMo - alloy 59.
21

22
8.000 x 8.500 x
1.000 mm messenderWärmeaustauscher.
Deutlich zu erkennen
ist die Konstruktion
aus drei
Einzelsegmenten
in einem geschlossenen
Rahmen.
Eine Auswertung von Schadensfällen
ergab, daß es durchaus sinnvoll
ist, das Rohr zunächst einzuschweißen
und anschließend einzuwalzen.
Um ein Verformen des
Schweißgutes durch die Walze zu
verhindern, sollte mit dem Walzvorgang
1 - 2 mm hinter dem Schweißgut
begonnen werden.
Rohreinschweißen
mittels Schweißautomaten
Die nebenstehenden Darstellungen
zeigen ein spaltfreies Rohreinschweißen
durch einen Schweißautomaten.
Dieses Verfahren hat den Vorteil,
die Rohre im Falle eines plötzlich
auftretenden Schadens relativ problemlos
ausbohren zu können. Dem
Rohrdurchmesser sind bei diesem Verfahren
allerdings Grenzen gesetzt.
Zurückgezogene Kehlnaht in der
Bohrung
1 Rohrboden
2 Rohrwand
3 WIG-Schweißnaht
4 Kopf des Schweißautomaten
4
1
1
3
Schematische Darstellung des
Schweißvorganges
Gleich-, Gegen- und
Kreuzstromwärmeaustauscher
Wärmeaustauscher können im
Gleichstrom, im Gegenstrom oder im
Kreuzstrom betrieben werden. In
einem Gleichstromwärmeaustauscher
strömen beide Stoffe parallel
zueinander; es wird lediglich eine
Annäherung der Temperaturen beider
Medien an einen gemeinsamen
Mittelwert erreicht.
In einem Gegenstromwärmeaustauscher
strömen die Medien
in entgegengesetzten Richtungen; im
theoretisch günstigsten Fall kann das
zu erwärmende Medium auf die
Anfangstemperatur des wärmeabgebenden
Mediums gebracht werden.
Die Wärmeübertragungsleistung eines
Gegenstromwärmeaustauschers
liegt damit deutlich über der eines
Gleichstromwärmeaustauschers.
1
2
2
ca. 2 mm
2
3

Die Strömungsrichtungen der
Medien in einem Kreuzstromwärmeaustauscher
bilden meist einen
rechten oder annähernd rechten
Winkel; gleiche Heizfläche und gleicher
Wärmeübergangskoeffizient
vorausgesetzt, ist seine Leistung der
eines Gleichstromwärmeaustauschers
überlegen, der eines Gegenstromwärmeaustauschers
hingegen
unterlegen.
Besonderer Vorteil eines Kreuzstromwärmeaustauschers
ist, daß an
der Rohrwand, auf die ein Medium
senkrecht stößt, eine stärkere Durchwirbelung
stattfindet mit einer höheren
Wärmeübertragung, als bei parallel
zur Rohrachse strömenden
Medien.
Reingas-Wiederaufheizung
im Kraftwerk Schkopau
Nach Passieren der Rauchgaswäscher
übernehmen Kreuzstromwärmeaustauscher
in den Dagavos
das Wiederaufheizen des während
des Waschvorganges abgekühlten
Reingasstromes.
Für die thermodynamische Auslegung
der Wärmeaustauscher wurde
ein vollständiges Verdampfen der
aus der Naßwäsche mit dem Reingasstrom
mitgerissenen Wäschersuspensionströpfchen
zugrundegelegt.
Da der gesamte Rauchgasstrom
jedes Rauchgaswäschers aufgeheizt
wird und im weiteren Strömungsweg
keine Vermischung oder Verwirbelung
des Rauchgases vorkommt, darf
durch den Wärmeaustauscher keine
größere Temperaturschieflage im
Reingaskanalquerschnitt erzeugt werden
(max. 2°C, wesentliches Konstruktionsmerkmal).
Prinzip eines Kreuzstromwärmeaustauschers
Pfeile senkrecht: Dampf
Pfeile waagerecht: Reingas
Heizmedium: Dampf im Entnahmezustand:
P abs = 4,7 bar
T = 200°C
Die Ableitung des Kondensates
erfolgt ohne Abkühlung.
Bei Auslegung des Wärmeaustauschers
wurde eine Rohrwand-Temperatur
von 150°C zugrundegelegt.
Rund 9 t längsrnahtgeschweißte
Rohre der Abmessung
25 x 1,0 mm
aus Nicrofer 5923
hMo - alloy 59
wurden für die
Herstellung der
beiden Wärmeaustauscher
eingesetzt.
23

24
Werkstoffe:
Einsatz- und Auswahlkriterien
Von den in einer Anlage zur Reinigung
der Rauchgase aus
Braunkohlenkraftwerken zum Einsatz
kommenden Werkstoffen wird in
erster Linie Beständigkeit gegenüber
zum Teil extremen Korrosionsbedingungen
gefordert. Deren Intensität
wird von der Beschaffenheit des
Brennstoffes, den Betriebsbedingungen
und dem angewandten Reinigungsverfahren
bestimmt.
Zur exakten Beurteilung der
Korrosionsbedingungen müssen sowohl
die Zusammensetzung des sich
bei der Verbrennung bildenden
Rauchgases bekannt sein wie auch
die während des Reinigungsprozesses
anfallenden Produkte und die
genauen Betriebsparameter.
Die im Rauchgaswäscher intensiv
miteinander in Kontakt gebrachten
Medien Rauchgas und Waschsuspension
werfen recht unterschiedliche
korrosionschemische Werkstoffanforderungen
auf. Ist die Suspension
der Kalkwaschverfahren werkstofftechnisch
problemlos beherrschbar,
stellt das Rauchgaskondensat
infolge der bei der Verbrennung fossiler
Brennstoffe entstehenden Verbrennungsprodukte,
die in wäßriger
Lösung Schwefelsäure und schwefelige
Säure bilden, eine besonders korrosionsaggressive
Lösung dar.
Eine zusätzliche Belastung bilden
die in fossilen Brennstoffen enthaltenen
Chloride und Fluoride, die
aber auch mit der Waschsuspension
in den Prozeß hineingetragen werden
können. Sind Fluoride in der
Regel in geringer Menge vorhanden,
können Chloride extrem hohe Konzentrationen
erreichen.
Feststoffe kommen als Flugasche
im Rauchgas und in Form von Kalk
oder Gips aus der Reaktion der
Waschsuspension vor. Sie können zu
Ablagerungen führen, unter denen
es durch Spaltkorrosion zu verschärften
Korrosionsbedingungen kommt.
Die saure Hydrolyse von Chloriden
läßt sehr niedrige pH-Werte entstehen;
die starke Konzentrierung von
Chloridionen in Spalten oder unter
Ablagerungen verursacht extrem korrosive
Bedingungen.
Qualifizierung
hochlegierter Werkstoffe
Von den in einer Rauchgas-Reinigungsanlage
mit den Komponen-
Schwefeldioxid
Schwefeltrioxid
Chlorid
Fluorid
Nitrat
Schwermetalloxide
pH-Wert
Temperatur
Feststoffe
Sauerstoff
Wasser-Aufbereitung
▲
▲
Verbrennungsprodukte
Verfahrensbedingungen
Fabrikaton eines
mit Nicrofer 5923
hMo - alloy 59
ausgekleideten
Rohgaseintrittsstutzens.
Verbrennungsprodukte und Verfahrensbedingungen
ten Rauchgaswäscher, den Roh- und
Reingaskanälen, Regel- und Absperrsystemen
sowie den Wärmetauschern
der Reingas-Wiederaufheizung
auftretenden Korrosionsarten
steht die durch hohe Chloridgehalte
und niedrige pH-Werte verursachte
Loch- und Spaltkorrosion an erster
Stelle.
Bereits beim Bau erster metallischer
Rauchgas-Reinigungsanlagen
in den frühen 80iger Jahren, bei
denen die korrosiven Beanspruchungen
der Werkstoffe aufgrund ähnlicher
Waschprozesse, Betriebs- und
Verfahrensparameter vergleichbar
sind, wurden Korrosionsuntersuchungen
zur Qualifizierung hochlegierter
Werkstoffe durchgeführt.
Es gibt mehrere Prüfmethoden,
verläßliche Aussagen über das Verhalten
eines Werkstoffes gegenüber
Lokalkorrosion in chloridhaltigen
Medien zu ermitteln. Allen Prüfmethoden
ist gemein, daß sie zwar
keine unmittelbare Übertragbarkeit
auf die Praxis zulassen, jedoch zu
einer deutlichen Differenzierung der
geprüften Werkstoffe führen und eindeutige
Trends aufzeigen, welcher
Werkstoff geeignet und welcher
weniger geeignet ist.
Verbrennungsprodukte und Verfahrensbedingungen sowie die durch sie hervorgerufenen
Korrosionserscheinungen an niedrig legierten, nichtrostenden Stählen.
▲
Korrosionserscheinungen
an niedrig legierten,
nichtrostenden Stählen.
Lochfraß
Spaltkorrosion
Spannungsrißkorrosion
Erosionskorrosion
Kontaktkorrosion

Neben elektrochemischen Untersuchungen
zur Ermittlung des sog.
Lochkorrosionspotentials werden
hochlegierte Sonderedelstähle dem
Eisen III-Chlorid-Test unterzogen, zur
Untersuchung der Beständigkeit
gegenüber Loch- und Spaltkorrosion.
Wirksummenformel
Die kritische Lochkorrosionstemperatur
(KLT) wie auch die kritische
Spaltkorrosionstemperatur (KST) liefern
hier verläßliche Aussagen. Beide
werden ermittelt, indem Materialproben
in eine 10 % FeCl 3 x 6 H 2O-
Lösung getaucht werden, die Temperatur
schrittweise um 2,5°C erhöht
und nach jeweils 24 Stunden Prüfzeit
deren Oberflächen visuell und mikroskopisch
auf Lokalkorrosionsangriff
untersucht werden. Die kritische
Lochkorrosionstemperatur (KLT) bzw.
die kritische Spaltkorrosionstemperatur
(KST) ist erreicht, wenn nach der
letzten Temperaturerhöhung Lochbzw.
Spaltkorrosion auf den Oberflächen
der Proben sichtbar wird.
Trägt man die für Sonderedelstähle
und Nickellegierungen auf
diese Art ermittelten kritischen Temperaturen
gegenüber dem Legierungsgehalt
an Chrom plus 3,3 x % Molybdän
auf, dann erhält man den im Bild
dargestellten Zusammenhang WS =
%Cr + 3,3 x %Mo, eine Formel, die
als Wirksummenformel bekannt ist
und häufig für eine Vorauswahl von
Werkstoffen herangezogen wird.
Die Darstellung zeigt, daß mit
steigenden Chrom- und Molybdängehalten
Sonderedelstähle und
Nickellegierungen eine höhere
Beständigkeit gegenüber Loch- und
Spaltkorrosion aufweisen. Bei stick-
Kritische Spaltkorrosion (KST)
o C
80
70
60
50
40
30
20
10
0
20 30 40 50 60 70 80
WS = % Cr + 3,3 x % Mo
stofflegierten Sonderedelstählen
wirkt auch der Stickstoff (N) positiv.
Aus der Darstellung wird ebenfalls
deutlich, daß Standard-Edelstähle
sehr früh ausfallen und auch hochlegierte
Sonderedelstähle bereits bei
mittleren Temperaturen Spaltkorrosion
erleiden. Hochlegierte Nickelwerkstoffe
hingegen schneiden gut
ab, wobei Nickellegierungen der
sogenannten C-Reihe den Test bei
allen Temperaturen bestehen.
Prüfung nach ASTM G-28 B
Cronifer 1925 hMo*)
Cronifer 1713 LCN*)
Da der Test in der 10 % FeCl 3-
Lösung für die Qualifizierung von
Nicrofer 5621 hMoW
Nicrofer 6020 hMo
Nicrofer 3127 hMo*)
Nicrofer
Nicrofer 5923 hMo
5716 hMoW
*) WS = % Cr + 3,3 x % Mo + 30 x % N
Kritische Spaltkorrosionstemperatur (KST) in 10% FeCl -Lösung als Funktion der Wirksumme
Korrosionsabtrag
Korrosionsabtrag, mm/Jahr
100
10
1
0,1
0,01
Cronifer 1810 LC
4,2
1,5
Nicrofer
5716 hMoW –
alloy C-276
3,3
50
Nicrofer
6616 hMo –
alloy C-4
3
➪
➪
➪
Nickelwerkstoffen nicht anspruchsvoll
genug ist, werden sie den
ungleich schärferen Bedingungen
des Testes nach ASTM G-28 Methode
B unterzogen, dessen Prüfmedium,
bekannt unter dem Namen „Grüner
Tod“, folgende Zusammensetzung
hat: 7 % H 2SO 4 + 3 % HCl +
1 % CuCl 2 + 1 % FeCl 3 x 6 H 2O.
Das Prüfmedium ist stark sauer, hochchloridionenhaltig
und, durch die
Schwermetallionen Eisen und Kupfer,
stark oxidierend; Bedingungen, die
in Anlagen für das Reinigen von
Rauchgasen real auftreten.
Die folgende Darstellung läßt erkennen,
daß der von Krupp VDM
entwickelte Hochleistungswerkstoff
Nicrofer
5621 hMoW –
alloy 22
ASTM G-28 A
ASTM G-28 B
Nicrofer
5923 hMo –
alloy 59
Korrosionsabtrag an Nickel-Chrom-Molybdän Legierungen in Schwefelsäurestandardtests.
0,9
0,17
0,5
0,11
25

26
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59
(2.4605) das beste Ergebnis der
geprüften Nickellegierungen aufweist.
Der Einfluß von Halogenid-Ionen
Eine praxisorientierte Differenzierung
innerhalb der Gruppe der
Nickelbasislegierungen wird möglich
am Chlorid-pH-Temperatur-Raster-Schnittpunkt
Cl - 7 % / pH = 1 /
T = 105°C. Diese Laborprüfung kann
nach einer Mindestdauer von 20
Tagen Anhaltspunkte über das Verhalten
metallischer Werkstoffe in der
Rohgaseintrittszone direkt vor dem
Wäschersumpf liefern und zum Teil
Aussagen über die Verhältnisse im
Reingasaustrittskanal mit Tropfenüberriß
und Ablagerungen machen.
Die Ergebnisse zeigt nebenstehende
Darstellung.
Weist der Werkstoff Nicrofer
5923 hMo - alloy 59 (2.4605) im
ungeschweißten wie im WIG-manuell
geschweißten Zustand gleichförmige
Flächenkorrosionsraten unterhalb von
0,01 mm/a auf, ohne jegliche Lokalkorrosion,
ist der Werkstoff Nicrofer
6020 hMo - alloy 625 (2.4856) unter
diesen Bedingungen mit Abtragungsraten
von bis zu 1,4 mm/a betroffen.
Der Grundwerkstoff Nicrofer
5716 hMoW - alloy C-276 (2.4819)
Cl-pH-Temperatur-Raster
ungeschweißt geschweißt
Nicrofer 5716 hMoW
0,12 ▲
Nicrofer 6020 hMo
6020 hMo / S 6020
WIG - manuell
1,4 ▲ – –
1,15●▲ – –
– –
0,003–
Nicrofer 5923 hMo
– –
Werkstoff/Schweißzusatz
Schweißverfahren
Abtragerate Lochkorrosion
mm/a ●/▲ +/–
Spaltkorrosion
+/–
▲
▲
Gegenüberstellung des Korrosionsverhaltens von Nickel-Chrom-Molybdän Legierungen
in verdünnter, schwefelsaurer Lösung mit 7% Chloridzusatz.
Grundwerkstoffe ungeschweißt und Grundwerkstoffe artgleich verschweißt
nach dem WIG-Verfahren. Angabe der Abtragungsgeschwindigkeit in mm/a.
erleidet eine Abtragungsrate von
0,12 mm/a, die durch die Verschweißung
auf 0,32 mm/a ansteigt.
Bei Einsatz dieses Werkstoffes sind
unter derartigen Bedingungen strengste
Forderungen an die Qualität der
Schweißverarbeitung zu stellen.
Hieraus wird erkennbar, daß
der Werkstoff Nicrofer 6020 hMo -
alloy 625 (2.4856) ungeeignet ist,
unter den in der Rauchgas-Reinigungsanlage
eines Braunkohlenkraftwerkes
häufig anzutreffenden Bedingungen
in Form dünner Hemdausklei-
▲
Cl – 70000 ppm
pH1
Temperatur
105 o C
▲
Zeit 21 Tage
▲
+ = Loch- oder Spaltkorrosion
● = IK-Angriff
▲ = Flächenkorrosion
– = kein Korrosionsangriff
▲
5716 hMoW / S 5716
WIG - manuell
0,32●▲ – –
5923 hMo / S 5923
WIG - manuell
0,007– – –
dungen einen langjährigen Korrosionsschutz
zu gewährleisten.
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59
für einen jahrzehntelangen,
wartungsarmen Einsatz
Der von Krupp VDM GmbH
entwickelte Hochleistungswerkstoff
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59
(2.4605) hingegen weist ohne jegliche
Lokalkorrosion eine Beständigkeit
auf, die dessen wartungsarmen Einsatz
selbst unter den extremen Bedingungen
einer Rauchgas-Reinigungsanlage
auch über Jahrzehnte als
wahrscheinlich erscheinen läßt.
Aus der nebenstehenden Tabelle
wird deutlich, daß auch die Anwendung
praxisrelevanter Schweißverfahren
die hervorragende Beständigkeit
des Werkstoffes unter diesen
Bedingungen nicht beeinträchtigt.

Auszug aus der Referenzliste:
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59 (2.4605)
Lieferungen von 1.320 Tonnen
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59
in die Energiewirtschaft
Der Hochleistungswerkstoff
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59
(2.4605) ist seit 1992 im praktischen
Betreiber/EVU
Kraftwerk
Badenwerk AG
Rheinhafen-
Dampfkraftwerk
BEWAG
Lichterfelde
Block III
Reuter West
MW
Brennstoff
550
Steinkohle
150
Heizöl
300
Steinkohle
Buschhaus 350
Braunkohle
700
Steinkohle
Block 8 600
Steinkohle
Neckarwerke AG
Altbach
Steinkohle
Einsatz Produkt
Menge/t
Sanierung
Absorberschüssel
Waschsuspensionsleitungen
Sanierung
Wäscher
BKB Braunschweigische Kohlenbergwerke AG
STEAG-RWE
Voerde A
Voerde West
700
Steinkohle
3 x 350
Steinkohle
Sanierung der
Rauchgasklappen
Wärmetauscher
Gemeinschaftskraftwerk Hannover-Braunschweig
Mehrum Block 3
Großkraftwerk Mannheim AG
Sanierung
Rohgaseintritt
Sanierung
Reingaskanal
Neubau Rauchgaswäscher
RWE Energie AG
Frimmersdorf 2.400
Braunkohle Kaminaustritte
Bypassklappen
Weisweiler
MHKW Karnap
2.100
Braunkohle
4 x 43,5
Hausmüll
Sanierung
Rohgaseintritt
Sanierung von
vier Wäschern
Sanierung
Rohgaseintritt
Sanierung
Rohgaskanal
Einsatz und hat sich u.a. in Rauchgas-Reinigungssanlagen
von über 20
Stein- und Braunkohlenkraftwerken
sowie Anlagen zur thermischen
Abfallverwertung bewährt. Einsatzzeiten
von 40.000 Betriebsstunden
wurden bereits überschritten und die
Bleche
10 t
Bleche
5 t
Bleche
26 t
Bleche
12 t
Band/Rohre
17,5 t
Bleche
6 t
Bleche
6 t
Bleche
110 t
Bleche
5 t
10 t
Bleche
10 t
Bleche
55 t
Bleche
3 t
Bleche
3 t
Lieferzeit
1996
1994
1993 -
1995
1994
1994
1995
1994
1995 -
1996
1991 -
1993
1993 -
1994
1991 -
1992
1994
1994
Betreiber/EVU
Kraftwerk
Jänschwalde
MW
Brennstoff
Ergebnisse intensiver Laborprüfungen
nachhaltig bestätigt.
Sanierungen werden mit diesem
Werkstoff ebenfalls vorgenommen
sowie in zunehmendem Maße auch
die Herstellung von Wärmeverschiebungssystemen.
Einsatz Produkt
Menge/t
VEAG Vereinigte Energiewerke AG
Boxberg III 2 x 500 Neubau von
Braunkohle vier Wäschern
Rohgaseintritt
6 x 500
Braunkohle
VEBA AG
PreussenElektra AG
Wilhelmshafen
Steinkohle
VEBA Kraftwerke Ruhr AG
Rauxel 180
Steinkohle
Schkopau
2 x 450
Braunkohle
Hüls AG
Hüls Block 4/5 235
Steinkohle
Wäschermantel
SchweißarbeitenBefestigungselemente
SchweißarbeitenBefestigungselemente
Sanierung
Rohgaskanal
Wiederaufheizung
Neubau von
vier Wäschern
Rohgaseintritt
Wäschereinbauten
Leitbleche/Roh-
/Reingaskanäle
Regel-/Absperrsysteme
WiederaufheizungBefestigungselemente
Auskleidung
des Wäschers
Bleche
195 t
Auflagemat
plattierter
Bleche
350 t
Draht
8 t
Stangen
10 t
Draht
19 t
Stangen
6 t
Bleche
11 t
Bleche 6 t
Rohre 8 t
Bleche 30 t
Bleche 42 t
Bleche
200 t
Bleche 95 t
Band 1,5 t
Rohre 9 t
Bleche 9 t
Stangen 25
Bleche
18 t
Lieferzeit
1993
1993
1992 -
1993
1993 -
1994
1993
1994 -
1995
1994 -
1997
1994 -
1995
1993
27

28
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59
(2.4605) ist eine von Krupp
VDM GmbH entwickelte Nickel-
Chrom-Molybdän Superlegierung mit
besonders niedrigen Gehalten an
Kohlenstoff und Silizium. Der Hochleistungswerkstoff
bietet ausgezeichnete
Korrosionsbeständigkeit sowie
hohe mechanische Festigkeit.
Die folgenden Eigenschaften
sind für Nicrofer 5923 hMo - alloy
59 (2.4605) kennzeichnend:
•
•
Eine Werkstoffentwicklung der Krupp VDM:
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59 (2.4605)
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59
Chemical composition (mass%)
Ni Cr Fe C Mn Si Mo Co Al P S
min. 22.0 15.0 0.1
bal.
max. 24.0 1.5 0.010 0.5 0.10 16.5 0.3 0.4 0.015 0.005
hervorragende Beständigkeit gegenüber
einer Vielzahl korrosiver
Medien, unter oxidierenden
und reduzierenden Bedingungen
ausgezeichnete Beständigkeit
gegenüber Mineralsäuren wie
Salpeter-, Phosphor-, Schwefel-
•
•
•
und Salzsäure sowie insbesondere
gegenüber Schwefel-/Salzsäuremischungen
ausgezeichnete Beständigkeit
gegenüber verunreinigten Mineralsäuren
gute Verarbeit- und Schweißbarkeit
ohne Anfälligkeit gegen
Schweißrissigkeit
Zulassung für die Herstellung von
Druckbehältern mit Betriebstemperaturen
von -196 bis +450°C
Korrosionsverhalten
Die hohen Gehalte an Chrom,
Molybdän und Nickel machen die
Legierung beständig gegenüber
Chloridionenangriff.
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59
(2.4605) ist einer der wenigen
Werkstoffe, der beständig ist gegen
feuchtes Chlorgas, Hypochlorit und
Chlordioxid-Lösungen, die in der Zellstoffindustrie
auftreten.
Die Legierung weist ausgezeichnete
Beständigkeit gegen konzentrierte
Lösungen oxidierender Salze
wie Eisen III- und Kupfer II-Chlorid
auf.
Prüfung in der Testlösung
„Grüner Tod“
Für die Ermittlung der Beständigkeit
gegenüber Loch- und Spaltkorrosion
sind andere Prüfmedien als
die 10 % FeCl 3-Lösung verwendet
worden, weil zum einen Nickel-
Chrom-Molybdän Legierungen im
FeCl 3-Test durchweg beständig sind
und eine Differenzierung daher
nicht möglich ist, zum anderen der
Praxisbezug (Chemische Prozeßindustrie,
Papier- und Zellstoffindustrie,
Rauchgas-Reinigung) mit
stark sauren, hochchloridhaltigen
Medien besser gegeben ist.
Das Ergebnis von Prüfungen in
Critical pitting temperature (CPT) and crevice corrosion temperature (CCT)
Alloy CPT CPT
Nicrofer 5923 hMo – alloy 59 > 120 o C > 110 o C
Nicrofer 5716 hMoW – alloy C-276 115-120 o C 105 o C
Nicrofer 6020 hMo – alloy 625 100 o C 85-95 o C
Critical pitting temperature (CPT) and crevice corrosion temperature (CCT) in
'Green Death' solution: 7% H 2SO 4 + 3% HCI + 1% CuCl 2 + 1% FeCl 3 x 6 H 2O
after 24 h ageing time per 5 o C temperature increase.

einer nicht genormten Testlösung, die
extreme, durch Taupunkt unterschreitende
saure und hochchloridhaltige
sowie oxidierende Bedingungen in
einer Rauchgas-Reinigungsanlage
simuliert, dem sogenannten „Grünen
Tod“, stellt die Tabelle auf Seite 28
dar.
Deutlich verbesserte
thermische Stabilität
Infolge des extrem niedrigen
Kohlenstoff- und Siliziumgehaltes
neigt Nicrofer 5923 hMo - alloy 59
(2.4605) nicht zu Korngrenzenausscheidungen
bei der Warmformgebung
oder beim Schweißen, weist
also eine deutlich verbesserte thermische
Stabilität auf.
Als Kriterium thermischer Stabilität
wird oft das Zeit-Temperatur-Sensibilisierungsdiagrammherangezogen.
In dem nachstehenden Diagramm
sind die Ergebnisse von
Untersuchungen zur Ermittlung der
Time-temperature sensitisation diagram
Temperature, o C
1100
1000
900
800
700
600
500
Nicrofer 5923 hMo – alloy 59
Nicrofer 5621 hMoW –
alloy 22
Nicrofer 5716 hMoW –
alloy C-276
Nicrofer 6616 hMo –
alloy C-4
0.03 0.1 0.3 1 3 10 30
Time, h
Beständigkeitsbereiche gegenüber
interkristalliner Korrosion wichtiger
Nickel-Chrom-Molybdän Legierungen
zusammenfassend dargestellt.
Zu erkennen ist, daß die Nickellegierung
Alloy C-276 (2.4819)
unter derartigen Kriterien sehr anfällig
ist gegenüber interkristalliner Kor-
Nicrofer 6020 hMo –
alloy 625
Time-temperature sensitisation diagram of different nickel-chromium-molybdenum alloys.
Montage eines
Rohgaseintrittsstutzens.
Im Wäscher ist der
mit Nicrofer 5923
hMo - alloy 59walzplattierten
Blechen ausgekleideteRohgaseintrittsbereich
zu
erkennen.
rosion. Das Schweißen zumindest
dickerer Abmessungen dieses Werkstoffes
ist demnach problematisch.
Die von Krupp VDM GmbH entwickelte
Nickellegierung Nicrofer
5923 hMo - alloy 59 (2.4605) hingegen
verhält sich wesentlich günstiger,
auch im Vergleich zu den
Nickellegierungen Alloy C-4 (2.4610)
und Alloy 22 (2.4602).
Eine Sensibilisierung im Sinne
des 50 µm IK-Kriteriums beginnt erst
nach frühestens zwei Stunden.
Dies ist eine für die Praxis ausreichende
Zeit, um interkristalline
Korrosion nach Warmformgebung,
Wärmebehandlung und Schweißen
selbst dicker Abmessungen zu vermeiden.
29

30
Rauchgas-Reinigungsanlage:
Das Werkstoffkonzept
900 MW-Braunkohlenkraftwerk Schkopau
Rauchgasprinzipfließbild Block A – Materialauslegung
Legende
1 Umschaltklappe REA 1
2 Umschaltklappe REA 2
3 Bypassklappe REA 1
4 Bypassklappe REA 2
5 Klappe h. Wärmetauscher
REA 1
6 Klappe h. Wärmetauscher
REA 2
7 Schornsteinklappe Block A
8 Schornsteinklappe Block B
9 Schornsteinklappe Hilfsdampferzeuger
12 Emissionsmessungen
1
vom Saugzug
Block A
2
Normalstahl
Stahl gummiert
Stahl beschichtet
Nickelbasislegierung
3 + 4m
3 + 4m
REA 1 Block A
Belüftungsstutzen
REA 2 Block A
Der sichere und störungsfreie
Betrieb einer Rauchgas-Reinigungsanlage
und damit die Verfügbarkeit
des gesamten Kraftwerkes
hängen entscheidend von der Entwicklung
und Umsetzung eines sämtliche
durch Korrosion gefährdete
Komponenten einschließenden Werkstoffkonzeptes
ab.
Im Braunkohlenkraftwerk Schkopau
gilt dies für den besonders stark
belasteten Eintrittsbereich des Rohgases
in die Wäscher, für Segmente
Dagavo
Dagavo
3
4
6
5
12
8
von Block B
der Roh- und Reingaskanäle vor den
Wäschern, vor und nach den Reingas-Wiederaufheizanlagen
sowie
vor dem Schornstein, für Absperrund
Regelsysteme sowie für die Wärmeaustauscher,
mit denen das
während des Waschvorganges
abgekühlte Reingas wieder aufgeheizt
wird.
Die das Werkstoffkonzept der
Anlage bestimmenden Faktoren sind
deren verfahrens- und anlagentechnische
Parameter wie Temperatur, SO 2-
Frachten, pH-Wert, Chloridkonzentration
der Waschsuspension und der
Gehalt an Feststoffen wie Flugasche,
Kalk und den bei der Rauchgaswäsche
anfallenden Reaktionsprodukten.
12
7
Schornstein
9
vom Hilfsdampferzeuger
12

Bautechnische Maßnahmen zur
Vermeidung von Spaltkorrosion
Einen maßgeblichen Anteil an
der Korrosionsbeständigkeit der
Rauchgas-Reinigungsanlage hat auch
deren sorgfältige Bauausführung.
Hier gilt es, die eine Korrosionsreaktion
zwischen metallischem Werkstoff
und korrosivem Medium besonders
begünstigenden Spalten bereits
im Entwurfsstadium bzw. während
der Fertigung der einzelnen Komponenten
der Anlage auszuschließen.
Ein Unterschätzen des Korrosionsangriffes
oder der Einsatz eines ihm
nicht gewachsenen Werkstoffes kann
zu erheblichen Schäden führen, die
die Funktion eines Bauteiles beeinträchtigen
oder gänzlich außer Kraft
setzen.
Bei konstruktionsbedingten Spalten
wie den Dichtsystemen der Regelund
Absperrsysteme, dargestellt in
der nebenstehenden Skizze, oder
dem Spiel (Spalt) zwischen Bolzen
und Mutter von Schraubverbindungen
muß der Korrosionsgefahr durch
Einsatz eines ausreichend spaltkorrosionsbeständigen
Werkstoffes begegnet
werden. Optimalen Schutz
bietet hier ein Hochleistungswerkstoff
auf Nickelbasis, wie der in Rauchgas-Reinigungsanlagen
von über 20
Stein- und Braunkohlenkraftwerken
bewährte Nicrofer 5923 hMo - alloy
59 (2.4605), eine Entwicklung der
Krupp VDM GmbH.
Spalten entstehen auch durch
Feststoffablagerungen, unter denen
Spaltkorrosion auslösende Bedingungen
herrschen.
Wird in einem Spalt bei zunehmender
Chloridkonzentration die
Repassivierungsfähigkeit eines Werkstoffes
aufgehoben, entstehen Korro-
Duplex-Dichtsystem
mit dem sich zwischen den
Dichtelementen ergebenden Spalt
sionsprodukte, die hydrolisieren und
den pH-Wert der Elektrolytlösung
senken. Dies erhöht die Geschwindigkeit
des Korrosionsangriffes. Gleichermaßen
ungünstig wirkt sich eine
Erhöhung der Chloridkonzentration
im Spalt durch Überführung von
Chloridionen aus dem Angriffsmittel
aus. Außerhalb des Spaltes erfolgt
die kathodische Teilreaktion des Korrosionsvorganges
an den meist ausgedehnten,
spaltfreien Oberflächen.
Dieses ungünstige Verhältnis von
anodischem (Spalt) zu kathodischen
Anlieferung eines
Rohgaseintrittsstutzens.
Zu erkennen
ist die Innenauskleidung
aus
Nicrofer 5923
hMo - alloy 59.
31

32
Oberflächenbereichen beschleunigt
die Spaltkorrosion.
Die Gefährdung passivierender
Werkstoffe durch Spaltkorrosion ist
höher als die Gefährdung durch Lochkorrosion
an spaltfreien Oberflächen.
Es bestehen kritische Chloridkonzentrationen
und Grenzpotentiale, die
zum Erzeugen von Spaltkorrosion an
passivierbaren Werkstoffen überschritten
werden müssen. Diese kritischen
Werte liegen für Spaltkorrosion durchweg
niedriger (Konzentration) oder
negativer (Potential) als die entsprechenden
kritischen Werte für Lochkorrosion
an spaltfreien Oberflächen.
Mit zunehmenden Chrom-,
Molybdän- und Stickstoffgehalten weisen
Edelstähle und Nickellegierungen
eine höhere Beständigkeit gegenüber
Spalt- oder Lochkorrosion auf.
Werden in einem Absorber der
pH-Wert durch das Waschverfahren
und die SO 2-Fracht durch den
Schwefelgehalt der Kohle bestimmt,
hängt die Chloridkonzentration der
Waschsuspension nicht nur vom
Chlorgehalt der Kohle und dem eingesetzten
Waschwasser ab, sondern
auch von der Fahrweise der Anlage.
Der Verzicht auf eine Abwasseraufbereitung
und eine nahezu abwasserfreie
Fahrweise der Anlage verursachen
hierbei eine Aufkonzentration
der Waschsuspension mit Chloriden,
die lediglich von der aus dem
Kreislauf ausgeschleusten Abwassermenge
beeinflußt wird.
Das im Roh- und Reingas noch
enthaltene Schwefeldioxid (SO 2)
bzw. Schwefeltrioxid (SO 3) sowie
Feuchtigkeit kann bei Abkühlung
kondensieren und zu korrosionsfördernden
schwefelsauren Kondensatfilmen
führen. Durch den Tropfenund
Sprühnebelmitriß aus dem
Wäscher enthält dieses Kondensat
hohe Chloridanteile, welche die Kor-
rosionsbedingungen weiter verschärfen
und bei niedrig legierten, nichtrostenden
Stählen Lochkorrosion verursachen
und Spaltkorrosion in Spalten
und unter Feststoffablagerungen.
Individuell
abgestimmtes Werkstoffkonzept
Aufgrund der außerordentlich
hohen Korrosionsbelastungen wurde
im Braunkohlenkraftwerk Schkopau
ein auf die individuellen Beanspruchungen
der einzelnen Komponenten
der Rauchgas-Reinigungsanlage
sorgfältig abgestimmtes Werkstoffkonzept
entwickelt. Dieses Konzept,
dargestellt im Fließbild auf Seite 30,
trägt auch der Tatsache Rechnung,
daß beide Kraftwerksblöcke sowohl
in Grund- wie auch in Mittellast
betrieben werden, was die Korrosionsbedingungen
durch häufigeres
An- und Abfahren der Anlagen weiter
verschärft.
Für hochbelastete Komponenten
der Rauchgas-Reinigungsanlage:
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59
Nach intensiven technischen
Beratungen und Konsultation der
Hersteller von Rauchgas-Reinigungsanlagen
und Produzenten von
Nickelbasis-Hochleistungswerkstoffen
entschied VEBA Kraftwerke Ruhr
AG, zum Schutze der von Korrosion
besonders hoch belasteten Komponenten
der Rauchgas-Reinigungsanlage
des 900 MW-Braunkohlenkraftwerkes
Schkopau den Werkstoff
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59
(2.4605) einzusetzen. Dieser von
Krupp VDM GmbH entwickelte

Hochleistungswerkstoff bietet unter
den extremen Bedingungen einer
Rauchgas-Reinigungsanlage höchste
Korrosionsbeständigkeit, die in intensiven
Laboruntersuchungen sowie
praktischen Erfahrungen aus über 20
Stein- und Braunkohlenkraftwerken
sowie Anlagen zur thermischen
Abfallverwertung nachhaltig unter
Beweis gestellt wurde.
Gegenstrom-Sprühturmwäscher
Der extremster Korrosionsbeanspruchung
ausgesetzte Eintrittsbreich
des Rohgases wurde bei allen vier
Rauchgaswäschern aus Nicrofer
5923 hMo - alloy 59 (2.4605)
gefertigt, wobei massive Bleche für
die Eintrittsstutzen und plattiertes
Material für die Wäscherwandungen
im Eintrittsbereich des Rohgases
eingesetzt wurden.
Im Rohgaseintrittsbereich trifft
das ca. 175°C heiße Rauchgas, belastet
mit bis zu 7.400 mg/m 3 i.N.tr.
SO 2, 50 mg/m 3 i.N.tr. HCl und 25
mg/m 3 i.N.tr. HF, bei 6 % O 2 auf die
ca. 67°C warme Waschsuspension
mit einem Chloridgehalt von bis zu
40.000 ppm. Es kommt zu Taupunktunterschreitungen;
bei Temperaturen
von ca. 125°C bildet sich Rauchgaskondensat.
Spaltkorrosion verursachende
Feststoffablagerungen ver-
900 MW-Braunkohlenkraftwerk Schkopau
Lieferungen der Krupp VDM für Komponenten der Rauchgas-Reinigungsanlagen
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59 (2.4605)
Rauchgaswäscher
Rohgaseintritt
Bleche, massiv, 6 mm ca. 30 t
Bleche, plattiert, 15 + 2 mm ca. 38 t, Plattierauflage ca. 6 t
Einbauten
Bleche, massiv, 6 mm ca. 36 t
Stangen für Befestigungselemente und Flansche ca. 25 t
Roh- und Reingaskanäle
Bleche, massiv, 7 mm ca. 200 t
Schweißmaterial ca. 3 t
Regel- und Absperrsysteme
Bleche, massiv, 6 bis 10 mm ca. 95 t
Band, 0,25 mm ca. 1,5 t
Wärmeaustauscher der Reingas-Wiederaufheizanlagen im Block A
Band für Rohre, 25 x 1,0 mm ca. 9,1 t
Bleche, massiv, 6 mm ca. 3,5 t
Bleche, plattiert, 6 + 2 mm ca. 11 t, Plattierauflage ca. 3,5 t
schärfen die Korrosionsbedingungen.
Im Inneren der Wäscher wurden
die erste (unterste) Düsenebene
mit einem Durchsatz von 5.350
m 3/h, die Oxidationsluftlanzen, die
Kalksteinmehllanzen und die Siebkörbe
ebenfalls in Nicrofer 5923
hMo - alloy 59 (2.4605) ausgeführt,
wie auch die Befestigungselemente
Schrauben und Gewindestangen.
Roh- und Reingaskanäle
Auch die besonders starker Korrosionsbeanspruchung
ausgesetzten
Segmente der Rohgaskanäle unmittelbar
vor den Rauchgaswäschern
und der Reingaskanäle vor und nach
den Reingas-Wiederaufheizanlagen
sowie vor dem Schornstein wurden
in Nicrofer 5923 hMo - alloy 59
(2.4605) ausgeführt.
Regel- und Absperrsysteme
Zum Schutz vor der zum Teil
extrem hohen korrosiven Belastung,
der die Jalousie- und Tandemklappen
ausgesetzt sind, wurden auch sie,
wie deren Dichtsysteme, aus dem
Hochleistungswerkstoff Nicrofer
5923 hMo - alloy 59 (2.4605)
gefertigt.
Reingas-Wiederaufheizung
Auch für die längsnahtgeschweißten
Rohre, die Rohrböden
und den Rahmen der Wärmeaustauscher
in den Reingas-Wiederaufheizanlagen
im Block A wurde der Hochleistungswerkstoff
Nicrofer 5923
hMo - alloy 59 (2.4605) gewählt.
33

34
Bewährte Verarbeitungstechniken:
Das Schweißen von Nickel-Chrom-Molybdän Legierungen
WIG-Handschweißung
im
Wäscherkopf
eines Müllheizkraftwerkes.
Der Einsatz von Nickellegierungen
als Konstruktionswerkstoff in der
Energie- und Umwelttechnik berührt
unmittelbar auch die Frage nach
deren Schweißbarkeit, da Sicherheit
und Lebensdauer von Apparaten und
Anlagen ganz wesentlich von der
Güte der Schweißverbindungen
bestimmt werden. Mit optimalen
Ergebnissen kann aber nur gerechnet
werden wenn Konstruktion und Fertigung
auch mit den schweißtechnischen
Gegebenheiten der zu verarbeitenden
Werkstoffe in Einklang
gebracht werden. Die richtige Wahl
geeigneter Schweißzusatzwerkstoffe
und Schweißverfahren spielt hierbei
eine ganz entscheidende Rolle und
muß bereits im Entwurfsstadium eines
Bauteiles berücksichtigt werden.
Eine ideale Schweißkonstruktion
erlaubt einen problemarmen Zusammenbau
in der Werkstatt und auch
auf der Baustelle. Die Wahl der
Schweißnahtanordnung und Schweißnahtgeometrie
muß dem Schweißer
ausreichende Bewegungsfreiheit gewähren,
um auch Schweißnähte mit
flachem Profil ohne Schlackeneinschlüsse
und zu starkem Wurzeldurchhang
bei Einhaltung werkstoffgerech-
ter Streckenenergie zu erstellen.
Bei hohem Schweißnahtanfall
innerhalb eines Bauteils ist es von
Vorteil, auf mechanisierbare Schweißverfahren
zurückzugreifen. So liegen
beispielsweise über den Einsatz des
WIG-Verfahrens unter Verwendung
von Schweißzusatz als Kalt- oder
Heißdraht umfangreiche, in erster
Linie aus kritischen Anwendungsgebieten
stammende Erfahrungen vor.
In Bereichen hoher Korrosionsbelastung
müssen durch Vorversuche
Schweißverfahren und entsprechender
Schweißzusatz festgelegt werden.
Beim manuellen Einsatz muß
unabhängig vom Schweißverfahren
auf die Qualifizierung des Personals
geachtet werden. Es ist unbedingt
erforderlich, gut ausgebildetes und
zuverlässiges Personal einzusetzen,
möglichst mit Prüfungen nach DIN
8561 für NE-Metallschweißer.

Vorbereitende Arbeiten
An vorderster Stelle muß das
rechtzeitige Auseinandersetzen mit
der Konstruktionszeichnung stehen.
Nur so kann früh genug festgestellt
werden, ob der Konstrukteur den
schweißtechnischen Möglichkeiten
in hinreichendem Maße Rechnung
getragen hat. Im Zweifelsfall ist es
sinnvoll, anhand von Verfahrensprüfungen
die einwandfreie Verarbeitbarkeit
eines Werkstoffes mit den in
der Konstruktionszeichnung angegebenen
Werkstoffkombinationen,
Nahtformen und Schweißpositionen
nachzuweisen. Hierbei sei auf DIN
8563, Blatt 1 und 2, Sicherung der
Güte von Schweißarbeiten, verwiesen.
Der Zustand des zu verarbeitenden
Halbzeuges sollte lösungsgeglüht,
metallisch sauber, frei von
Fett und schwefel- sowie bleihaltigen
Substanzen sein.
Sind vor dem Schweißen kaltformende
Arbeitsgänge, wie z.B.
Biegen, Abkanten, Bördeln oder Tiefziehen
erforderlicher, sind die Angaben
der jeweiligen VdTÜV-Werkstoffblätter,
des AD-Merkblattes HP 7/3
und der Werkstoffblätter der Hersteller
unbedingt zu beachten.
Schweißnahtvorbereitung
Die nebenstehende Darstellung
zeigt die in der Praxis für unterschiedliche
Materialdicken üblichen
Schweißkanten. Nickellegierungen
neigen mehr oder weniger zum
Schmieren, daher sollte die Schweißkantenbearbeitung
durch spanabhebende
Verfahren, wie Drehen,
Hobeln oder Fräsen vorgenommen
werden.
Normalerweise werden diese
Arbeiten trocken durchgeführt, wird
jedoch mit Schneid- oder Schmiermitteln
gearbeitet, ist auf deren
Schwefelfreiheit zu achten. In jedem
Fall ist anschließend eine sorgfältige
Reinigung vorzunehmen.
Wichtig ist, das unterschiedliche
physikalische Verhalten der
Nickellegierungen im Vergleich zu
Kohlenstoffstahl zu beachten, insbesondere
deren geringere Wärmeleitfähigkeit
und höhere Wärmeausdehnung.
Diesem Verhalten ist u.a.
durch größere Wurzelspalte bzw.
Stegabstände Rechnung zu tragen,
während aufgrund des zähflüssigen
Verhaltens im schmelzflüssigen Zustand
mit größeren Öffnungswinkeln
gearbeitet werden muß, um dem
ausgeprägten Schrumpfverhalten
entgegenzuwirken.
Nahtvorbereitungen an Nickel
und Nickellegierungen
35

36
WIG-Schweißen
massiver Bleche
in einem Rauchgaskanal.
Schweißverfahren
Nickellegierungen lassen sich
nach allen bekannten und in der Praxis
eingeführten Schmelzschweißverfahren
schweißen.
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Diese sind:
Lichtbogen-Hand (E-Hand), mit
umhüllter Stabelektrode (LBH)
Wolfram-Inertgas (WIG)
Wolfram-Inertgas mit Heißdraht
(WIG-HD)
Wolfram-Plasma (WP)
Metall-Inertgas (MIG)
Unterpulver (UP)
Laser (L)
Lichtbogen-Handschweißen
Das Lichtbogen-Hand (LBH)-
Schweißen mit umhüllten Stabelektroden
deckt aufgrund seiner vielfältigen
Einsatzmöglichkeiten nach
wie vor einen gewissen Anwendungsbereich
ab. Mit einem geringen
apparativen Aufwand ermöglicht
es insbesondere das Schwei-
ßen in schwierig erreichbaren Bauteilbereichen
und Zwangslagen.
Das Lichtbogenhandschweißen
hat den Vorteil, daß ausreichend
erfahrene Schweißer für dieses Verfahren
zur Verfügung stehen, wenn
auch eine besondere Ausbildung für
Sonderlegierungen erforderlich werden
kann.
Bei sachgemäßer Durchführung
bietet dieses Verfahren die geringste
Wärmeeinbringung bzw. Energiezufuhr
von allen Schmelzschweißverfahren,
vor allem bei Mehrlagenschweißungen.
In der Regel wird mit
Gleichstrom und der Elektrode am
Plus-Pol gearbeitet.
Wolfram-Inertgasschweißen
Das Wolfram-Inertgas (WIG)-
Schweißen verlangt vom Schweißer
eine größere Fertigkeit als das Lichtbogenhandschweißen.
Dieses Verfahren
kann zu den besten Schweißnahtgüten
führen.
Es ermöglicht, mit geringer
Wärmeeinbringung zu schweißen,
insbesondere dann, wenn mit
Schweißzusatz gearbeitet wird, da
mit Hilfe des abschmelzenden
Schweißstabes bzw. Kaltdrahtes die
Badtemperatur günstig beeinflußt
werden kann.
Das WIG-Verfahren wird im
Bereich geringer bis mittlerer
Wanddicken angewandt, darüber
hinaus auch bevorzugt zum
Schweißen von Wurzellagen und
Badsicherungen bei größeren Materialdicken.
Die Stromart ist werkstoffabhängig;
bei Nickellegierungen wird mit
Gleichstrom und der Elektrode am
Minus-Pol geschweißt.

Wolfram-Inertgasschweißen
mit Heißdraht
Das Wolfram-Inertgas (WIG-
HD)-Schweißen mit Heißdraht ermöglicht
ebenso wie das WIG-Verfahren
eine hohe Qualität des Schweißgutes
und damit der Verbindung. Das Verfahren
läßt sich so darstellen, daß der
WIG-Lichtbogen zum Aufschmelzen
des Grundwerkstoffes eingesetzt
wird, während über ein Drahtvorschubsystem
kontinuierlich der
Schweißzusatz zum Lichtbogen bzw.
Schmelzbad transportiert wird. Dieser
Schweißzusatz, im Durchmesserbereich
von 0,8 - 1,2 mm, ist über ein
Kontaktrohr an eine eigene Stromquelle
angeschlossen. Der Schweißzusatz
taucht in das Schmelzbad ein
und muß während des Schweißprozesses
diese Lage beibehalten, d.h.,
es besteht ständig ein Kurzschluß zwischen
Schweißzusatz und Werkstück
bzw. Schmelzbad.
Wesentlich für die optimale
Durchführung einer WIG-HD-
Schweißung ist die richtige Anstellung
des Brenners. Der Anstellwinkel des
Kontaktrohres muß in einem Bereich
von 20 - 40° zur Werkstückoberfläche
bzw. Horizontalen liegen. Die Länge
des freien Draht-endes darf z.B. bei
0,8 mm Schweißdrahtdurchmesser
15 mm nicht überschreiten, da der
Draht sonst durch Widerstandserwärmung
vor dem Eintauchen in das
Schmelzbad abbrennt.
Wie üblich wird der WIG-Brenner
am Minus-Pol und das Werkstück
am Plus-Pol angeklemmt. Zum Aufheizen
des Heißdrahtes dient eine
separate Wechselstromquelle mit einstellbarer
Spannung. Hier liegen die
Spannungen zwischen 5 und 12 V.
Um eine Oxidation des aufgeheizten
Drahtes zu vermeiden, kann das
Kontaktrohr mit einer Schutzgasversorgung
ausgerüstet werden.
Sind im Normalfall beim WIG-
Schweißen mit Kaltdrahtzusatz
Schweißgeschwindigkeiten von ca.
10 cm/min. zu erreichen, so liegen
diese beim WIG-HD-Schweißen im
Bereich von 20 - 30 cm/min., teilweise
auch deutlich darüber.
Mit der WIG-HD-Prozeßtechnik
wird das Schweißergebnis äußerst
positiv beeinflußt, im Vergleich zu
anderen Verfahren durch weniger
Verzug, eine schmale wärmebeeinflußte
Zone, eine geringere Gefahr
von Heißrissen und, im Falle plattierter
Blechen, durch weniger Aufmischung
mit dem Grundwerkstoff.
Wolfram-Plasmaschweißen
Bei Anwendung des Wolfram-
Plasma (WP)-Schweißens brennt der
übertragene Lichtbogen zwischen
einer Wolframelektrode und dem
Werkstück durch die wassergekühlte,
einschnürende Kupferdüse hindurch,
wobei die Wolframelektrode als
Verfahrensprinzip der WIG-Heißdraht-Schweißung
Wolfram-Elektrode
Schutzgas
WIG-Brenner
Gaslinse
Heißdraht
Erhitzungseinrichtung
Schweißnaht
Grundwerkstoff
Stromquelle
– +
Kathode und die Düse als Anode
geschaltet sind. Das Plasmagas
(gleichbedeutend mit einem hocherhitzten
Gas) wird in den Ringraum
zwischen Wolfram-elektrode und
Düse eingeblasen. Zusätzlich zum
Plasmagas wird ein zweiter Gasstrom,
das Schutzgas, benötigt, welches
das Schweißbad vor Einflüssen
aus der Atmosphäre schützt.
Das Verfahren liefert eine hohe
Schweißnahtgüte und kann problemlos
im Bereich von 2 - 9 mm Materialdicke
ohne Nahtvorbereitung - also
� in allen Positionen
anwendbar
� höhere
Abschmelzleistung
� Mechanisierung möglich
� gleichmäßige Aufmischung
� spritzfreie Schweißung
� glatte schlackenfreie
Nahtoberfläche
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am I-Stoß - eingesetzt werden, und
zwar ohne und auch mit Schweißzusatz.
Der Schweißvorgang läßt sich
so erklären, daß der Plasmastrahl
den Werkstoff bzw. die zu verbindenden
Werkstücke im I-Stoß durchdringt;
es bildet sich das sogenannte
Stichloch, welches sich entlang der
Stoßkante der zu verbindenden
Werkstücke bewegt. Der aufgeschmolzene
Werkstoff fließt hinter
dem Stichloch gleichmäßig zusammen
und bildet das artgleiche
Schweißgut.
Metall-Inertgasschweißen
Beim Metall-Inertgas (MIG)-
Schweißen ist der zwischen dem
kontinuierlich zugeführten abschmelzenden
Schweißzusatz (Drahtelektrode)
und dem Grundwerkstoff unter
Schutzgas (Argon oder Helium) brennende
Lichtbogen die Wärmequelle.
Eine für das Schweißen von Nickellegierungen
interessante und an
Bedeutung zunehmende Variante ist
die Impulstechnik.
Die Möglichkeit, dem Schweißstrom
(Grundstrom) Stromimpulse mit
einstellbarer Frequenz zu überlagern,
bietet den Vorteil, den Ablauf
des Schweißprozesses dahingehend
zu beeinflussen, daß neben dem
sicheren Schweißen dünner Querschnitte
auch mit relativ geringer
Wärmeeinbringung gearbeitet werden
kann.
Unterpulverschweißen
Beim Unterpulver (UP)-Schweißen
wird die kontinuierlich angeführ-
te Drahtelektrode unter einer Aufschüttung
von Schweißpulver abgeschmolzen.
Das Pulver schmilzt
dabei zu einer Schlackenblase, die
mit ionisierten Gasen gefüllt ist und
in der der Lichtbogen brennt. Da der
Schweißprozeß völlig verdeckt vor
sich geht, ist der thermische Wirkungsgrad
sehr hoch.
Hieraus und aus dem hohen
thermischen Wirkungsgrad ergibt
sich die Möglichkeit eines beispielsweise
siebenmal höheren Wärmeeinbringens
als beim Schweißen mit
Stabelektroden und damit entsprechend
höherer Abschmelzleistungen.
Mit Rücksicht auf eine eventuell
vorhandene Sensibilisierungsneigung
bzw. Neigung zur Ausscheidung
intermetallischer Phasen im
Grundwerkstoff muß die Wärmeeinbringung
gegebenenfalls reduziert
werden.
Das UP-Schweißen von Nickellegierungen
hat dank in den letzten
Jahren entwickelter Schweißpulver
an Bedeutung gewonnen.
Laserschweißen
Das Laser (L)-Schweißen nutzt
die außerordentlich hohe Strahlungsenergie
des Lasers zum Schmelzen
des Werkstoffes. Die Stoßflächen stehen
parallel, mit einem äußerst
geringen Spalt (

gering wie möglich sein, da sie die
Neigung zu Porenbildung fördert.
Kupferunterlagen, die nahe an der
Schweißzone aufliegen, tragen dazu
bei, die Wärme abzuführen und den
Verzug zu vermindern.
Zum Ausrichten der Teile werden
Einspannvorrichtungen empfohlen.
Wenn die Teile nach dem
Schweißen in der Haltevorrichtung
abkühlen, zeigen sie den geringsten
Verzug. Können Spannvorrichtungen
nicht angewandt werden, so empfehlen
sich Heftschweißungen. Für
komplizierte Verbindungen ist eine
Schweißplanung notwendig.
Bei Mehrlagenschweißungen
sind mehrere dünne Lagen besser als
nur eine oder zwei Lagen, die eine
verminderte Korrosionsbeständigkeit
verursachen können. Strichraupen
sind günstiger als Pendelraupen.
Nach jeder Schweißlage ist die
Naht gründlich zu säubern, ehe weitere
Lagen eingebracht werden. An
Mehrlagenschweißungen von Voder
U-Nähten sollte die Wurzellage
möglichst gegengeschweißt werden.
Vermehrter Einsatz von
Schutzgas-Schweißverfahren
In jüngster Zeit hat sich eine
deutliche Verlagerung von dem Lichtbogenhandschweißverfahren
zu
den Schutzgasverfahren vollzogen.
Die Ursache für diesen Wandel ist
u.a. darin zu sehen, daß eine hohe
Schweißnahtgüte mit den Schutzgasverfahren
sicherer zu erreichen ist,
als mit der Lichtbogenhandschweißung.
Die Abbrandverluste
aus dem Schweißzusatz sind bei
Einsatz der Schutzgasschweißverfahren
außerordentlich gering; bei
hochkorrosionsbelasteten Bauteilen
ist dies ein ausschlaggebender
Gesichtspunkt.
Ein weiteres positives Merkmal
ist die Möglichkeit Schweißnähte zu
erstellen, die sich durch gleichmäßig
glatte und feingeschuppte
Oberflächen in Decklage und
Wurzel auszeichnen, die geringere
Möglichkeiten zur Ablagerung
von Anbackungen bieten und damit
der Gefahr von Spaltkorrosion vorbeugen.
Schweißzusatzwerkstoffe
Um im Schweißgut eine dem
Grundwerkstoff gleichwertige Korrosionsbeständigkeit
zu erzielen, müssen
hochlegierte Sonderedelstähle
häufig überlegiert geschweißt werden.
Für das Schweißen von Nickellegierungen
hingegen werden artgleiche
Schweißzusätze oder Nicrofer
S 5923 - FM 59 (2.4607) eingesetzt,
beispielsweise für Nicrofer
5716 hMoW - alloy C-276
(2.4819).
Als Schweißzusatzwerkstoffe
stehen Schweißstäbe, Schweißdraht
und Drahtelektroden für die WIG-,
MIG-, UP- und Plasma-Stichlochschweißung
sowie umhüllte Stabelektroden
für die Lichtbogen-Handschweißung
zur Verfügung.
Für umhüllte Stabelektroden ist
die chemische Zusammensetzung
des niedergeschmolzenen Schweißgutes
maßgebend. Zur Ermittlung
der chemischen Zusammensetzung
und der mechanischen Eigenschaften
des Schweißgutes werden Schweißgutproben
gemäß DIN 32 525, Teil
1, und gemäß AWS niedergeschmolzen.
Nachbehandlung
Etwaiger beim Schweißen oder
bei einer erforderlich gewordenen
Wärmebehandlung entstandener
oxidischer Belag, also Anlauffarben
oder Glühzunder müssen anschließend
entfernt werden, damit
die Oberfläche ein Höchstmaß an
Korrosionsbeständigkeit erreicht.
Um eine zuverlässige Entfernung
der Oxide zu erreichen, empfiehlt
es sich, mit einem geeigneten
Gemisch von Säuren (z.B. auf Basis
Salpeter-/Flußsäure) zu arbeiten. Es
versteht sich, daß vorsichtig und kontrolliert
gebeizt wird. Bei der
Behandlung größerer Objekte oder
Bauteile empfiehlt sich das Hinzuziehen
eines Spezialunternehmens.
In vielen Fällen ist auch das Bürsten
von Schweißnähten möglichst
im noch warmen Zustand mit Edelstahldrahtbürsten
ausreichend. Auch
Beizpasten werden nach wie vor mit
Erfolg eingesetzt.
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Resümee
Die Komponenten einer Rauchgas-
Reinigungsanlage mit Kalksteinwäsche
sind zum Teil extremen Korrosionsbelastungen
ausgesetzt, denen
jedoch mit einem auf die individuelle
Beanspruchung jeder einzelnen
Komponente abgestimmten
Werkstoffkonzept wirkungsvoll begegnet
werden kann.
Das im Kraftwerk Schkopau realisierte
Werkstoffkonzept, mit Einsatz
des von Krupp VDM GmbH entwickelten
Hochleistungswerkstoffes
Nicrofer 5923 hMo - alloy 59
(2.4605), basiert auf intensiven
Laboruntersuchungen und Erfahrungen
mit diesem Werkstoff aus dem
langjährigen Betrieb metallischer
Rauchgaswäscher und anderer Komponenten
in über 20 Stein- und
Braunkohlenkraftwerken sowie Anlagen
zur thermischen Abfallverwertung.
Es berücksichtigt die kostengünstige
Herstellung dieser Komponenten
und deren langfristig dauerhaften
und dadurch wirtschaftlichen Betrieb,
wie beispielsweise im Kraftwerk Altbach/Deizisau,
dessen Rauchgas-
Reinigungsanlage seit 1984 in Betrieb
ist, ohne nennenswerten Korrosionsabtrag
in den Wäschern.
Hochleistungswerkstoffe der
Krupp VDM als Auflagematerial
walzplattierter Bleche
In enger Zusammenarbeit der
Unternehmen VOEST-ALPINE STAHL
LINZ GmbH und Krupp VDM GmbH
können auch walzplattierte Bleche mit
den bei der Rauchgas-Reinigung
eingesetzten korrosionsbeständigen
Hochleistungswerkstoffen der Krupp
VDM GmbH als Plattierauflage gefertigt
und angeboten werden. Neben
wirtschaftlichen Vorteilen bei der Herstellung
der Komponenten von Rauchgas-Reinigungsanlagen
kann der Einsatz
großformatiger, mit einer korrosionsbeständigen
Auflage walzplattierter
Bleche das Qualitätsrisiko gegenüber
gummierten oder beschichteten
Ausführungen erheblich reduzieren.
Schäden an Gummierungen
und Beschichtungen
Metallische Komponenten von
Rauchgas-Reinigungsanlagen stehen
im Wettbewerb mit gummierten und
beschichteten Ausführungen. An
letztgenannten traten insbesondere
in den Jahren 1989/90 erhebliche
Schäden auf (VGB Kraftwerkstechnik
1/90 und 2/90), deren Beseitigung
Milliardenbeträge verursacht haben
dürfte, neben erheblichen Belastungen
der Umwelt für das Entsorgen
der Gummierungen und Kunststoffe.
Vorteile
metallischer Komponenten
Der langfristig dauerhafte und
damit wirtschaftliche Betrieb einer
Rauchgas-Reinigungsanlage hängt
entscheidend von ihrer Verfügbarkeit
und Lebensdauer, Betriebssicherheit,
Instandhaltungs- und Reparaturfreundlichkeit
ab. Bei jedem einzelnen dieser
Kriterien erweist sich eine Anlage
mit hochkorrosionsbeständigen metallischen
Komponenten einer Anlage
mit gummierten oder beschichteten
Komponenten deutlich überlegen.
Diese Überlegenheit läßt sich
wie folgt zusammenfassen:
• prüfbare Werkstoffeigenschaften
und Verarbeitbarkeit
•
•
•
•
höchste Wirtschaftlichkeit durch
wesentlich längere Lebensdauer
gegenüber gummierten bzw.
beschichteten Ausführungen
höchste Verfügbarkeit
Impermeabilität gegenüber Gasen,
Dämpfen und Kalkwaschsuspensionen
relative Unempfindlichkeit gegen
Beschädigungen durch
Gerüste oder herabfallende
Gipsstücke
nicht brennbar
absolut alterungsbeständig
•
•
• verarbeitungsfreundlich
•
• umweltfreundlich
•
•
quellbeständig, porenfrei
hoher Rezyklierwert des Metalles
Gewährleistung bis zu 10 Jahren
Langfristig wirtschaftlichere
metallische Rauchgas-
Reinigungsanlagen
Zitat aus dem VDI-Bericht Nr.
(24) 1996 „Stand der Rauchgas-Entschwefelungstechnik
bei Braunkohlenkraftwerken”
(Dr. B. Heiting, Essen):
„Während wir für den Kompakt-
Absorber eine Investitionseinsparung
bei der gesamten REA von 5 bis
10 % ermittelt haben, standen bei der
Edelstahl-Absorber-Variante um 15
bis 20 % höhere Investitionskosten an.
Eine Wirtschaftlichkeitsuntersuchung
über einen geplanten Betriebszeitraum
von 30 Jahren mit entsprechendem
periodischen Austausch der
Gummierung nach einer bestimmten
Betriebszeit ergab jedoch, daß eine
Edelstahl-Variante die wirtschaftlich
günstigere Lösung ist.”
Diese Ansicht teilen zahlreiche
Engineering-Unternehmen und Energieerzeuger.

Literaturverzeichnis
Bildnachweis
Publikationen der VEBA Kraftwerke
Ruhr AG:
Kraftwerk Schkopau
Ausgabe 1996
Braunkohlenkraftwerk Schkopau
Dr. Ing. Dieter Karweina,
Dipl.-Ing. Gerhard Seibel,
Dipl.-Ing. Volker Gehrke
Perspektiven der Leittechnik am Beispiel
des Kraftwerks Schkopau
Dr. Ing. Dieter Karweina
Schkopau: Ein Kraftwerk der besonderen
Art
Sonderdruck aus Energie und Management,
Heft 19/95
Publikaton der Deutsche Babcock
Anlagen AG:
„REA KW Schkopau - Verfahrenstechnische
Anlagenbeschreibung”,
07/1993, Abt.: 2530
VGB Kraftwerkstechnik 2/90:
„Strukturuntersuchungen an betriebsbelasteten
Beschichtungen und Gummierungen
in Rauchgas-Reinigungsanlagen”
O. Willmes
Vortrag: „Die Bedeutung von Spalten
zwischen Rohren und Rohrboden für
das betriebliche Verhalten von Wärmeaustauschern”
N. Achten, G. Herbsleb, N. Wieling
Publikationen der Mannesmann
Seiffert GmbH, Armaturen- und
Systemtechnik:
„Rauchgase im Griff - Großarmaturen
und Absperrsysteme für die Energie-,
Verfahrens- und Umwelttechnik”
„PROFLEX ® - Jalousieklappen, -Doppelklappen
und -Tandemklappen”
„ROUTEFLEX ® - Schwenkklappen
und -Gasweichen”
Publikationen der Krupp VDM GmbH:
VDM-Report Nr. 18, Oktober 1991:
„Korrosionsbeständige VDM-Werkstoffe
für Rauchgasentschwefelungsanlagen”
„Nickelwerkstoffe und hochlegierte
Sonderstähle”
Ulrich Heubner u.a.
VDM Case History 2:
„Boxberg III - die erfolgreiche
Nachrüstung eines ostdeutschen
Braunkohlekraftwerkes mit Nicrofer
5923 hMo - alloy 59”
Bildnachweis:
VEBA Kraftwerke Ruhr AG:
Seiten 5, 6, 9, 11, 30
MIBRAG mbH, Öffentlichkeitsarbeit:
Seite 10
Deutsche Babcock Anlagen GmbH:
Seiten 12, 13, 15, 31, 32
Mannesmann Seiffert GmbH:
Seiten 16, 17, 18, 19, 31
Paul Langrock/ZENIT:
Titelbild, Seite 3
Dietmar Gust:
Seiten 4, 7
Wir danken den an der Zusammenstellung
dieser Veröffentlichung beteiligten
Unternehmen für deren freundliche
Unterstützung bei den Verfahrens-
und Anlagenbeschreibungen
sowie für die großzügige Bereitstellung
von Fotos und Bildmaterial.
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D-58778 Werdohl
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Telefax (0 23 92) 55-22 17
Ein Unternehmen der Gruppe
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