Effiziente Entfernung der Leckluft aus dem Kondensator

Seoul, Korea Mit dem Kohlekraftwerk Shin Boryeong TPP hat der staatlich-koreanische Energiekonzern KOMIPO 2017 das größte und modernste ultra-superkritische bituminöse Kohlekraftwerk in Korea in Betrieb genommen. Das mit zwei Einheiten mit jeweils 1.000 Megawatt Leistung ausgestattete Kraftwerk ist eine Erweiterung der Boryeong Thermal Power Site Division, dem größten Kohlekraftwerkkomplexes in Korea. Für die Evakuierung der Leckluft aus den Kondensatoren verlässt sich KOMIPO auf Vakuumsysteme von Busch, die mit Dolphin Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen der neuesten Generation ausgestattet.

Mit Shin-Boryeong TPP ist nicht nur das größte und modernste Kohlekraftwerk in Korea in Betrieb gegangen, sondern auch eine Anlage, die ausschließlich mit inländischen Partnern und deren Technologien gebaut wurde. Mit den bereits bestehenden Kraftwerken der Boryeong Thermal Power Site Division ist ein nationaler Industriekomplex entstanden. Insgesamt generieren alle Kohlekraftwerke mit 10 Einheiten 7.800 Megawatt Energie. KOMIPO (Korea Midland Power Co. Ltd.) unterhält in ganz Korea insgesamt sechs verschiedene Energienlagenkomplexe und erzeugt etwa 13 Prozent des im Land verbrauchten Stroms. Um dem steigenden Stromverbrauch im Land Rechnung zu tragen sind momentan weitere zwei Kohlekraftwerke und zwei kombinierte Gas-/Dampfkraftwerke (CCPP) in Bau.

Durch die Verwendung von modernster ultra-superkritischer Energie-Technologien ist beim neuen Kohlekraftwerk Shin Boryeong eine deutlich höhere Anlageneffizienz zu erzielen, was den Kohleverbrauch drastisch reduziert. Dies ist durch die Erhöhung des Dampfdruckes auf 265 kg/cm2 (bar) und durch die hohen Temperaturen von 610°C und 621°C beim Haupt- und Aufwärmdampf möglich.  Neben der hohen Effizienz bei der Energiegewinnung ist für KOMIPO auch die Verringerung der Umwelteinflüsse wichtig. Im Vergleich zu älteren Kraftwerksblöcken konnten die CO2-,  SOx- und NOx-Emissionen erheblich reduziert werden. Im Juni 2016 ging die erste 1.000 Megawatt-Einheit in Betrieb und seit November 2016 produziert auch die zweite Einheit 1.000 Megawatt Strom. 

Durch die Verwendung von mechanischen Vakuumsystemen von Busch zur Evakuierung der beiden Kondensatoren wird der optimale Wirkungsgrad der Dampfturbinen sichergestellt und somit ein Beitrag zur Steigerung der Effizienz und zur Senkung der Energiekosten geleistet. Die beiden identischen wassergekühlten Kompressoren, die den Turbinen nachgeschaltet sind, haben jeweils ein Volumen von 3.650 Kubikmetern.


Fig 2: One of three vacuum systems with Dolphin liquid ring vacuum pumps for the constant evacuation of leaked air from the condensers (holding), each of them are equipped with two-stage Dolphin liquid ring vacuum pumps

Für die permanente Absaugung (Holding) der anfallenden Leckluft aus dem Kondensator werden drei identische Vakuumsysteme verwendet (Fig. 2), deren Herzstück jeweils eine zweistufige Dolphin Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe mit je einem Saugvermögen von 3.100 Kubikmetern pro Stunde (50 Hz) und einem erreichbaren Enddruck von 33 Millibar ist. Drei Vakuumsysteme sind deshalb notwendig, weil das Kraftwerk in den Modi „Winterbetrieb" und „Sommerbetrieb" gefahren wird. Da das Kühlwasser aus dem Meer entnommen wird, unterliegt es also, ebenso wie die Umgebungstemperatur, jahreszeitlichen Schwankungen.

Bei „Winterbetrieb" muss durch die niedrigere Umgebungs- und Kühlwassertemperatur weniger Leckluft abgesaugt werden, da der Kondensator unter optimalen Bedingungen läuft. Deshalb ist bei „Winterbetrieb" nur eines der Vakuumsysteme in Betrieb. Bei höheren Temperaturen wird ein zweites Vakuumsystem dazu geschaltet, damit die mehr anfallende Leckluft sicher abgesaugt werden kann. Dies ist üblicherweise in den Sommermonaten der Fall. Das dritte Vakuumsystem mit Dolphin Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen hat eine reine Stand-By-Funktion. Durch die Implementierung aller drei Vakuumsysteme in die Gesamtsteuerung der Dampfturbine, wird deren Zu- und Abschaltung vollautomatisch geregelt. Da im Kondensator permanent Luft abgesaugt werden muss, ist zumindest eines der drei Vakuumsysteme immer in Betrieb, wobei die Steuerung so programmiert ist, dass alle drei Vakuumsysteme in¬ter¬mit¬tie¬rend betrieben werden. Dadurch erreichen alle drei Vakuumsysteme die gleiche Anzahl von Betriebsstunden. Das Aufrechterhalten eines permanenten Vakuumniveaus im Kondensator hilft auch mit, dass der Dampf aus der Turbine gesaugt wird und diese nicht gegen einen Gegendruck anlaufen muss, was deren Wirkungsgrad begünstigt.

Für den Anfahrbetrieb werden zur Erstevakuierung zwei weitere Vakuumsysteme mit einstufigen Dolphin Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen eingesetzt (Fig. 3). Diese Systeme sind vom Aufbau her ähnlich aber mit kleineren Dolphin-Baugrößen ausgestattet. Diese arbeiten mit einem Saugvermögen von je 1.150 Kubikmeter pro Stunde (50 Hz) und einem Enddruck von 130 Millibar. Auch sie sind in die Gesamtsteuerung integriert. Bei einer Erstevakuierung gehen beide Vakuumsysteme gleichzeitig in Betrieb und setzen den Kondensator unter Vakuum und Beaufschlagen ihn mit Dampf. Erst dann wird die Turbine eingeschaltet. Durch das Vakuum im Kondensator wird der Wasserdampf, nach dem Passieren der Turbine in den Kondensator gesaugt. In der täglichen Praxis geht eines dieser beiden Vakuumsysteme zwei- bis dreimal täglich für kurze Zeit in Betrieb.

Die Gründe, warum sich immer mehr Kraftwerkbetreiber und Energieanlagenbauer für die Flüssigkeitsring-Vakuumtechnik entscheiden liegen auf der Hand. Mehrstufige Dampfstrahler benötigen wesentlich mehr Platz und sind aufwändig zu installieren. Außerdem benötigen sie Wasserdampf, der mehrmals zwischenkondensiert werden muss. Ein weiterer Aspekt fügt Jong-Deok Park, General Manager der Shin Thermal Power Plant Construction Site Division hinzu: „Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen können an die Gesamtsteuerung der Turbine angeschlossen werden, somit läuft der komplette Prozess vollautomatisch. Dampfstrahler können hingegen nur manuell an die wechselnden Anforderungen angepasst werden. Eine vollständige Automatisierung ist deshalb nicht möglich." Für Jong-Deok Park ist der Einsatz von Dolphin Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen die richtige Entscheidung gewesen, weil dadurch die Prozesse sicherer, einfacher und nachvollziehbar gefahren werden können und er die Vorteile der verwendeten Vakuumsysteme voll und ganz ausschöpfen kann.


Fig. 3: These two vacuum systems with single-stage Dolphin liquid ring vacuum pumps are used for the initial evacuation during the start-up process (hogging)

Als Betriebsmittel für die Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen Dolphin wird Seewasser verwendet. Deshalb werden sowohl die Vakuumpumpen selbst, als auch die kompletten Vakuumsysteme aus korrosionsbeständigen Materialien gefertigt. Das Betriebsmittel wird im Kreislauf gefördert und über einen Wärmetauscher gekühlt. Ein Flüssigkeitsabscheider verhindert, dass Kondensat aus mitangesaugtem Wasserdampf in der Pumpe verbleibt. Die Vakuumsysteme arbeiten annähernd wartungsfrei. Eine Überholung findet einmal jährlich statt, wenn das Kraftwerk für allgemeine Wartungsarbeiten zwei bis drei Wochen vom Netz genommen wird.

Da ausschließlich koreanische Firmen an diesem Projekt beteiligt werden sollten, hat sich KOMIPO für die Zusammenarbeit mit Busch Korea Ltd. entschieden und damit einen Partner gefunden, der zur internationalen Busch Gruppe gehört, die sich weltweit einen Namen in der Vakuumtechnologie in vielen verschiedenen industriellen Anwendungen gemacht hat. Dolphin Vakuumsysteme werden jeweils individuell auf die Anforderungen der jeweiligen Anwendung zugeschnitten. Das Engineering, die Auslegung und die Montage der Vakuumsysteme erfolgt komplett bei Busch Korea. Auch die Beratung und Betreuung der Kunden wird persönlich vor Ort durchgeführt. Somit hat KOMIPO einen lokalen Partner für die Generierung von Vakuum, der auch weltweit aktiv ist. Außerdem setzt man auf die europäische Qualität er in Großbritannien hergestellten Dolphin Vakuumpumpen.


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