Werkstoffe in der Kraftwerkstechnik - Seminare

Werkstoffe_4_4_Dario_Bajurin-Fotolia-com_Fotolia_13049336_L_AP_0

 

von Prof. Dr. H.-G. Oehmigen, Bochum

Bei dem Neubau fossilbefeuerter Großkraftwerke sowie GuD-Anlagen stellt die Anhebung des Wirkungsgrades das entscheidende Kriterium dar.

Damit werden wirkungsvolle Maßnahme wie Ressourcenschonung, Reduzierung von Schadstoffemissionen sowie Verbesserung der Wirtschaftlichkeit realisiert.

Erreicht werden diese anspruchsvollen Ziele u.a. durch Anhebung der Dampfparameter, insbesondere der Temperatur, Nutzung von Abwärme sowie weiterer verfahrens- und maschinentechnischen Verbesserungen.

Damit verbunden ist die Qualifizierung neuer Werkstoffe, für den Dampferzeuger incl. der Heißdampfsysteme sowie für die nachfolgenden Hochdruck- und Mitteldruck-dampfturbinen, die den thermischen, mechanischen und korrosiven Beanspruchungen im Langzeitbetrieb standhalten müssen.

  von Prof. Dr. H.-G. Oehmigen, Bochum Bei dem Neubau fossilbefeuerter Großkraftwerke sowie GuD-Anlagen stellt die Anhebung des Wirkungsgrades das entscheidende Kriterium... mehr erfahren »
Fenster schließen
Werkstoffe in der Kraftwerkstechnik - Seminare

Werkstoffe_4_4_Dario_Bajurin-Fotolia-com_Fotolia_13049336_L_AP_0

 

von Prof. Dr. H.-G. Oehmigen, Bochum

Bei dem Neubau fossilbefeuerter Großkraftwerke sowie GuD-Anlagen stellt die Anhebung des Wirkungsgrades das entscheidende Kriterium dar.

Damit werden wirkungsvolle Maßnahme wie Ressourcenschonung, Reduzierung von Schadstoffemissionen sowie Verbesserung der Wirtschaftlichkeit realisiert.

Erreicht werden diese anspruchsvollen Ziele u.a. durch Anhebung der Dampfparameter, insbesondere der Temperatur, Nutzung von Abwärme sowie weiterer verfahrens- und maschinentechnischen Verbesserungen.

Damit verbunden ist die Qualifizierung neuer Werkstoffe, für den Dampferzeuger incl. der Heißdampfsysteme sowie für die nachfolgenden Hochdruck- und Mitteldruck-dampfturbinen, die den thermischen, mechanischen und korrosiven Beanspruchungen im Langzeitbetrieb standhalten müssen.

Filter schließen
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
Werkstoffe Kraftwerkstechnik hdt.de Werk­stof­f­e­in­satz in mo­der­nen fos­sil­be­feu­er­ten Kraft­wer­ken
In diesem Seminar wird praxisnah vermittelt, welche Werkstoffe, die den erhöhten Druck- und Temperaturbeanspruchungen im Langzeitbetrieb standhalten, zur Wirkungsgraderhöhung von Kraftwerken zum Einsatz kommen können.

Obwohl bei Einsatz von austenitischen Stählen die genannten Ziele durch Steigerung der Dampftemperatur bis 650 °C möglich ist, weisen diese Materialien Nachteile im Vergleich mit ferritischen Chromstählen, wie geringere Wärmeleitfähigkeit und höhere Wärmeausdehnung auf. Dies bewirkt eine erhöhte Anfälligkeit gegen thermische Ermüdung.

Somit sind also verbesserte ferritische Stähle erforderlich, damit die Kosten auf ein Minimum gesenkt und eine hohe betriebliche Flexibilität erreicht werden kann.

Der hochlegierte 12 % Cr-Stahl als Basiswerkstoff mit der DIN-Werkstoffbezeichnung X20(22)CrMoV12-1 wurde seit den 50iger Jahren erfolgreich in der Kraftwerkstechnik bis zu Dampftemperaturen von 560 °C eingesetzt. Daneben kommt seit Ende der 80-iger Jahre der ursprünglich für die petrochemische Industrie in den USA entwickelte 9Cr1Mo-Stahl mit V und Nb modifiziert, als P91 zum Einsatz. Da dieser Stahl gegenüber dem bekannten DIN-Stahl X20(22)CrMoV12-1 höhere Werte für die Zeitstandfestigkeit aufweist, war damit eine Anhebung der Dampfparameter für Kraftwerksneubauten bis 580 °C möglich. Verwendung fand dieser Stahl für unbeheizte Heissdampfsysteme im Dampferzeuger. Ähnlich legierte Stähle wurden für thermisch hochbeanspruchte Turbinenbaugruppen entwickelt und eingesetzt.

Der Einsatz des P91 für Kraftwerksneubauten löste zeitgleich in Europa, Japan und den USA große Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der hochlegierten Chromstähle mit dem Ziel einer weiteren Verbesserung der Langzeiteigenschaften aus.
Neben den angestrebten höheren Zeitstandfestigkeiten sollten weiterentwickelte hochlegierte Chromstähle auch verbesserte Duktilität und Bruchzähigkeit sowie günstigere Verarbeitungseigenschaften, wie Schmied-, Gieß- und Schweißbarkeit besitzen.

Damit sollten diese Legierungsmodifikationen auch die Lücke zwischen dem konventionellen DIN-Stahl X20(22)CrMoV12-1 auf der einen Seite und den austenitischen Stählen auf der anderen Seite schließen.

Für beheizte Bauteile im Dampferzeuger, wie Membranwände, stehen auch weiterentwickelte niedriglegierte warmfeste Chromstähle zur Verfügung. Hierzu wird auf die aktuelle Diskussion verwiesen. Bei dünnwandigen Überhitzerrohren lassen sich jedoch höher mit Chrom legierte austenitische Stähle nicht vermeiden.

Der Einsatz neu entwickelter hochlegierter Chromstähle für unbeheizte Heißdampfsysteme, wie der Stahl E911 sowie bei den derzeitigen Kraftwerks-projekten der auf einer japanischen Entwicklung basierende Stahl P92 sind die Voraussetzung, dass die Dampfparameter auf 600 °C angehoben werden konnten.

Bei Gasturbinen werden die ersten Laufschaufelreihen mit Gastemperaturen von ca. 1.300 °C beansprucht. Dafür stehen insbesondere aushärtbare Nickel- bzw. Cobaltlegierungen zur Verfügung. Bei thermisch hochbeanspruchte Laufschaufeln erfolgt zum Schutz gegen thermische Überbeanspruchung eine innere Kühlung mit Dampf und auf der Außenseite werden keramische Schutzschichten aufgetragen.

Für künftige Kraftwerksprojekte wurde in den letzten Jahren eine Anhebung der Dampfparameter auf 700 °C diskutiert. Dadurch wurden vielfältige Forschungs-aktivitäten (COMTES 700) an Nickellegierungen (z. B. Alloy 617) ausgelöst. Inwieweit dieses Projekt aus technischer und wirtschaftlicher Sicht realisierbar ist, scheint derzeit aber offen zu sein!

Obwohl bei Einsatz von austenitischen Stählen die genannten Ziele durch Steigerung der Dampftemperatur bis 650 °C möglich ist, weisen diese Materialien Nachteile im Vergleich mit ferritischen... mehr erfahren »
Fenster schließen

Obwohl bei Einsatz von austenitischen Stählen die genannten Ziele durch Steigerung der Dampftemperatur bis 650 °C möglich ist, weisen diese Materialien Nachteile im Vergleich mit ferritischen Chromstählen, wie geringere Wärmeleitfähigkeit und höhere Wärmeausdehnung auf. Dies bewirkt eine erhöhte Anfälligkeit gegen thermische Ermüdung.

Somit sind also verbesserte ferritische Stähle erforderlich, damit die Kosten auf ein Minimum gesenkt und eine hohe betriebliche Flexibilität erreicht werden kann.

Der hochlegierte 12 % Cr-Stahl als Basiswerkstoff mit der DIN-Werkstoffbezeichnung X20(22)CrMoV12-1 wurde seit den 50iger Jahren erfolgreich in der Kraftwerkstechnik bis zu Dampftemperaturen von 560 °C eingesetzt. Daneben kommt seit Ende der 80-iger Jahre der ursprünglich für die petrochemische Industrie in den USA entwickelte 9Cr1Mo-Stahl mit V und Nb modifiziert, als P91 zum Einsatz. Da dieser Stahl gegenüber dem bekannten DIN-Stahl X20(22)CrMoV12-1 höhere Werte für die Zeitstandfestigkeit aufweist, war damit eine Anhebung der Dampfparameter für Kraftwerksneubauten bis 580 °C möglich. Verwendung fand dieser Stahl für unbeheizte Heissdampfsysteme im Dampferzeuger. Ähnlich legierte Stähle wurden für thermisch hochbeanspruchte Turbinenbaugruppen entwickelt und eingesetzt.

Der Einsatz des P91 für Kraftwerksneubauten löste zeitgleich in Europa, Japan und den USA große Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der hochlegierten Chromstähle mit dem Ziel einer weiteren Verbesserung der Langzeiteigenschaften aus.
Neben den angestrebten höheren Zeitstandfestigkeiten sollten weiterentwickelte hochlegierte Chromstähle auch verbesserte Duktilität und Bruchzähigkeit sowie günstigere Verarbeitungseigenschaften, wie Schmied-, Gieß- und Schweißbarkeit besitzen.

Damit sollten diese Legierungsmodifikationen auch die Lücke zwischen dem konventionellen DIN-Stahl X20(22)CrMoV12-1 auf der einen Seite und den austenitischen Stählen auf der anderen Seite schließen.

Für beheizte Bauteile im Dampferzeuger, wie Membranwände, stehen auch weiterentwickelte niedriglegierte warmfeste Chromstähle zur Verfügung. Hierzu wird auf die aktuelle Diskussion verwiesen. Bei dünnwandigen Überhitzerrohren lassen sich jedoch höher mit Chrom legierte austenitische Stähle nicht vermeiden.

Der Einsatz neu entwickelter hochlegierter Chromstähle für unbeheizte Heißdampfsysteme, wie der Stahl E911 sowie bei den derzeitigen Kraftwerks-projekten der auf einer japanischen Entwicklung basierende Stahl P92 sind die Voraussetzung, dass die Dampfparameter auf 600 °C angehoben werden konnten.

Bei Gasturbinen werden die ersten Laufschaufelreihen mit Gastemperaturen von ca. 1.300 °C beansprucht. Dafür stehen insbesondere aushärtbare Nickel- bzw. Cobaltlegierungen zur Verfügung. Bei thermisch hochbeanspruchte Laufschaufeln erfolgt zum Schutz gegen thermische Überbeanspruchung eine innere Kühlung mit Dampf und auf der Außenseite werden keramische Schutzschichten aufgetragen.

Für künftige Kraftwerksprojekte wurde in den letzten Jahren eine Anhebung der Dampfparameter auf 700 °C diskutiert. Dadurch wurden vielfältige Forschungs-aktivitäten (COMTES 700) an Nickellegierungen (z. B. Alloy 617) ausgelöst. Inwieweit dieses Projekt aus technischer und wirtschaftlicher Sicht realisierbar ist, scheint derzeit aber offen zu sein!

Zuletzt angesehen