VDM CASE HISTOR Y - ThyssenKrupp VDM

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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

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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.








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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Krupp VDM GmbH

Postfach 18 20

D-58778 Werdohl

Telefon (0 23 92) 55-0

Telefax (0 23 92) 55-22 17

Ein Unternehmen der Gruppe

Krupp Hoesch Industries

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