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Das Brennereinsatzdiagramm zeigt, wie sich die Frischdampfmenge bei Mischfeuer und reinem RBK-Betrieb verändert. Beim Boosterfeuer werden die TBK-Brenner zusätzlich angeschaltet, um kurzfristig mehr Leistung erzielen zu können.
© Vattenfall Europe Generation AG

Zu sehen ist der Temperaturunterschied im Zwischenüberhitzer beim Betrieb von zwei RBK-Mühlen und vier TBK-Brennern in verschiedener Konstellation. Der Betrieb mit den TBK-Brennern 51,54,61 und 64 ermöglicht demnach eine gleichmäßigere Temperaturverteilung (links).
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Im Mischfeuerbetrieb sinkt die Mindestlast

Ein weiterer Vorteil der TBK-Brenner ist die erweiterte Regelbarkeit. Sie können zwischen 25 und 100 Prozent ihrer Nennleistung eingesetzt werden. Im Forschungsprojekt hat Vattenfall den Stützfeuer-Betrieb der TBKFeuerung in Kombination mit zwei und drei Rohbraunkohle-Mühlen (RBK-Mühlen) untersucht. Sogar unter Volllast gibt es sinnvolle Einsatzzwecke für die Brenner. Die erste Abbildung auf der linken Seite zeigt die untersuchten Szenarien mit der erzeugten Dampfmenge, abgetragen auf der Feuerungswärmeleistung. Der Mischfeuerbetrieb deckt die Teillast, der RBK-Betrieb mit und ohne Boosterfeuer den Betrieb bei Volllast ab. Während des Anfahrprozesses sind die RBK-Mühlen abgeschaltet und die Feuerung findet ausschließlich mit den TBK-Brennern statt. Das ist ganz links auf der Grafik abgebildet.

Beim Abschalten einer oder mehrerer RBK-Mühlen sinkt – wie gewünscht – die Feuerungs- und damit die Dampf-, Turbinen- und Generatorleistung. Die unsymmetrisch angeordneten Feuer verursachen dann aber Temperaturgefälle im Zwischenüberhitzer. Das ist schädlich für die Bauteile. Die Stützbrenner minimieren die Temperaturunterschiede. Im Mischfeuerbetrieb ermöglichen die TBK-Brenner beim gleichzeitigen Einsatz von zwei oder drei RBK-Mühlen die gewünschte, gleichmäßige Temperaturverteilung. Je nachdem, welche Mühlen eingeschaltet sind, können unterschiedliche Brenner-Kombinationen Temperaturunterschiede ausgleichen. Neben dem automatischen Betrieb erlaubt ein manueller Eingriff der Techniker vom Leitstand aus, Temperaturschieflagen zu korrigieren. Aus Kostengründen galt es zu berücksichtigen, möglichst wenig Trockenbraunkohle einzusetzen.

Höhere Lastgradienten im Boosterbetrieb

Wichtig für die Stabilität im Stromnetz: Mit dem Boosterbetrieb steigt der Lastgradient: Der Kraftwerksbetreiber kann kurzfristig die Leistung erhöhen und besser auf die schwankende Residuallast reagieren. Das macht das Kraftwerk neben der abgesenkten Mindestlast flexibler. Da Rohbraunkohle unterschiedliche Qualitäten besitzt, kann die Feuerungsleistung variieren. Diesen Unterschied können die TBK-Brenner ausgleichen. Außerdem können sie kurzfristig einspringen, wenn eine Mühle ausfällt. Damit steigt die Zuverlässigkeit der Anlage.

Zündsysteme praxistauglich angepasst

Der Einbau im großtechnischen Maßstab in Jänschwalde unterteilte sich in zwei Phasen: Zunächst mussten die Ingenieure die TBK-Brenner und die Plasmazündungen so auslegen, dass sie eine vergleichbar hohe Zuverlässigkeit wie die Ölbrenner boten. Dazu gab es noch keine praktischen Erfahrungen und die Rahmenbedingungen im Kraftwerk sind mit denen des Labors nicht zu vergleichen. Schwankende Temperaturen, Vibrationen und Staub stellen andere Herausforderungen an das System. Es zeigte sich, dass die Belastung für die Brenner und die Plasmalanze dann am höchsten ist, wenn der Block im Nennbetrieb fährt. Wärmestrahlung und Partikel beziehungsweise Rauchgasströmungen beanspruchen die Lanze dann besonders. Die Lösung: ein Schutzrohr für das Zündsystem, das die Brenner vor Störeinflüssen abschirmt. Außerdem sorgen die Entwickler für eine trockenere Spülluft. Zusätzlich zu konstruktiven Verbesserungen optimierten sie die Verfahrenstechnik. Etwa indem sie die Förderluftmenge variierten. Ergebnis: Die Zündzuverlässigkeit stieg auf einen Wert von mehr als 90 Prozent. Als das erreicht war, konnte die Brennersteuerung in das automatische Feuerleitprogramm, das die Regelung der RBKMühlen übernimmt, eingebettet werden.

Pilotanlage für Regelbetrieb und Forschung

Die Pilotanlage ist für den Regelbetrieb ausgelegt. Sie dient aber auch der weiteren Forschung. Zum Beispiel, um weitere Kenntnisse über unterschiedliche Kohlen zu liefern. In einem 1.430 m³ großen Silo lagert die TBK und gelangt über einen Zwischenbehälter zusammen mit der Förderluft in die Brenner. Separate Dosiersysteme ermöglichen die genaue Dosierung jedes einzelnen Brenners. Um Erkenntnisse über andere Trockenbraunkohlen erhalten zu können, haben die Ingenieure den Zwischenbehälter so konstruiert, dass er direkt von einem LKW beladen werden kann. So kann zum Beispiel auf lange Sicht das Ziel erreicht werden, die Brenner mit verschiedenen Trockenbraunkohlequalitäten aus der energieeffizienten, druckaufgeladenen Dampfwirbelschichttrocknung (DDWT) zu betreiben. Erste Versuche dazu liefen bereits erfolgreich und werden in einem Folgeprojekt weiter untersucht.

Projektinfo 07/2016:
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