Dynamischen Verhaltens von 700 °C Kraftwerken

Ziel des Projektes

An die Dynamik von Hochtemperaturdampfkraftwerken sind ähnlich hohe Anforderungen wie an die von konventionellen Kraftwerken zu stellen. Hochtemperaturanlagen weisen jedoch eine deutlich höhere Erschöpfung von Bauteilen auf, so dass den Auswirkungen von dynamischen Vorgängen besondere Beachtung geschenkt werden muss. Im Rahmen des KW 21 Phase II – Forschungsvorhabens (BY5DE) soll ein Programm zur Simulation der Dynamik eines 700°C – Steinkohleblocks erstellt werden, um leittechnische Vorgaben entwickeln, den Lebensdauerverbrauch von Störfällen berechnen und die Auslegung überprüfen zu können. Bisher erfolgt die Optimierung der Kraftwerke weitgehend im Hinblick auf vorgegebene stationäre Betriebspunkte mit Blickrichtung auf ein technisch – wirtschaftliches Optimum. Für den Lastwechselbetrieb der gegenwärtig existierenden Kraftwerke bewegen sich die leittechnischen Vorgaben auf der sicheren Seite, so dass zulässige Temperaturtransienten und damit Spannungen in kritischen Bauteilen nicht überschritten werden. Das Teilprojekt soll Ergebnisse liefern, anhand derer die Betriebskosten eines 700°C – Kraftwerks ermittelt und optimiert werden können. An-, Abfahrphasen Leistungsbetrieb und der Betrieb bei Störungen sollen Bestandteile der Simulation sein. Dabei soll die Erschöpfung ausgewählter dickwandiger Komponenten laufend berücksichtigt werden. Auswirkungen von Rauchgasschieflagen auf die Überhitzerstränge soll ebenso wie ein Modell zur Heizflächenverschmutzung integriert werden. Die Randbedingungen für diese beiden Einflussfaktoren sollen in einem dreidimensionalen CFD-Modell eines Dampferzeugers simuliert werden.

Methoden

Die Grundlage für die eindimensionale dynamische Simulation liefert ein hausintern vorhandenes dynamisches Modell eines Steinkohleblocks. Dieses in APROS erstellte Modell wird entsprechend abgeändert, um das Verhalten des 700°C – Kraftwerks abbilden zu können. Weiter soll mittels CFD der Dampferzeuger des 700°C – Kraftwerkkonzeptes modelliert werden, um die Randbedingungen für Heizflächenverschmutzung und Rauchgasschieflagen bestimmen zu können. Anschließend folgt die Kopplung dieser beider Modelle zur Simulation der Auswirkungen von Beheizungsschieflagen, dampfseitiger Mehrsträngigkeit und Heizflächenverschmutzung auf die Dynamik und somit auf den Lebensdauerverbrauch. Um bei den entsprechenden Frischdampfparametern (700°C und > 350 bar) die benötigten Zeitstandfestigkeiten zu erreichen, werden vor allem im Bereich der konvektiven Heizflächen neue Werkstoffe – allen voran Nickelbasislegierungen – eingesetzt. Hierfür müssen die am Markt erhältlichen Nickelbasislegierungen bezüglich deren Eignung als Werkstoff näher untersucht werden. Ferner müssen Materialkosten, Zeitstandfestigkeit und Wöhlerlinien bestimmt werden, um für die kritischen Bauteile die Erschöpfungsberechnung nach dem relevanten Regelwerk, sowie die wirtschaftliche Betrachtung durchführen zu können. Um schließlich den Anlagenbetrieb in Abhängigkeit der entsprechenden Rahmenbedingungen (Marktpreise für Grundlast, Primär-, Sekundärregelenergie,…) wirtschaftlich zu optimieren, soll die dynamische Simulation an einen generischen Algorithmus gekoppelt werden.

Weitere Informationen

KW21-Website: Link