Viele Gas- und Dampfturbinenkraftwerke (GuD-Kraftwerke) und Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Kraftwerke) verwenden Zusatzfeuerungssysteme oder Kanalbrenner in den Kesseln der Abhitzedampferzeuger (WRG-Kessel). Kanalbrenner können bei Bedarf aktiviert werden, um die HRSG-Dampfleistung für den Dampfturbinengenerator schnell und effizient zu erhöhen und so zusätzliche Megawatt in GuD-Kraftwerken zu erzeugen, wobei die Megawattleistung nach Bedarf oder im Voraus geplant werden kann, um die Stromnachfrage zu decken. Kanalbrenner können auch die Dampfleistung für den Kunden erhöhen, was letztlich zu höheren Umsätzen für den KWK-Hersteller führt.
Auf dem heimischen Markt wurden viele Kanalbrenner in neuen, zwischen 1995 und 2005 gebauten GuD- und KWK-Anlagen installiert. Die Installation von Duct Brenner in neuen GuD- und KWK-Anlagen auf der grünen Wiese ging zwischen 2005 und 2015 zurück. Seit 2015 ist der Bau neuer GuD- und KWK-Anlagen aufgrund der Wirtschaftslage und des jüngsten Drucks von Regierungsbehörden, in grüne Brennstofftechnologien zu forschen und zu investieren, fast zum Stillstand gekommen. Infolgedessen ist die Kraftwerksinfrastruktur auf dem heimischen Markt in die Jahre gekommen und bedarf der Aufmerksamkeit.
Aufgrund der Überalterung der bestehenden Anlageninfrastruktur haben leider viele der heute eingesetzten Brenner Systeme das Ende ihres Lebenszyklus erreicht oder nähern sich diesem rasch an und stellen den Hersteller vor eine Reihe von Problemen, wie z. B:
Häufige dokumentierte Inspektionen und die Überwachung alternder Anlagen sind entscheidend, um den aktuellen Zustand der Kanalbrenner einer Anlage zu verstehen und zu wissen, wann Investitionskosten für Reparaturen oder den Austausch eingeplant werden sollten. Die Inspektionen können bei laufender Anlage durchgeführt werden, sind aber am besten während der Stillstandszeiten, in der Regel im Frühjahr und Herbst, und sollten von einem renommierten Verbrennungsunternehmen durchgeführt werden. Bei diesen Inspektionen können Probleme festgestellt werden, die sich auf bestehende Anlagen auswirken können, es kann diagnostiziert werden, warum es bereits zu Ausfällen gekommen ist, und es kann ermittelt werden, ob ein Austausch wirtschaftlicher ist als eine weitere Wartung. Die Inspektionen können in nur einem Tag abgeschlossen werden, wenn sie entsprechend koordiniert werden, um die Wiederinbetriebnahme der Anlage nicht zu verzögern.
Der Austausch von Kanalsystemen Brenner ist oft einfacher, als die meisten Erzeuger denken. Dies kann der beste Ansatz sein, um den Lebenszyklus der Stromerzeugungskapazitäten zu erhalten, da der Austausch den Alterungsprozess stoppt und die Uhr für den Erzeuger zurücksetzt, wodurch eine der vielen Sorgen des Managementteams beseitigt wird. Diese Fallstudie eines solchen schlüsselfertigen Austauschs des Kanalsystems Brenner (Abbildung 1), der von Zeeco durchgeführt wurde, hilft Anlagenbesitzern, den Weg von der Diagnose bis zur Inbetriebnahme zu verstehen, und zeigt die Vorteile der Beseitigung veralteter Ausrüstungen in der Infrastruktur eines Kraftwerks auf.
Im Jahr 2022 wandte sich ein großes Elektrizitätsversorgungsunternehmen im Südosten der USA an Zeeco und äußerte Bedenken bezüglich seines bestehenden Kanalsystems Brenner . Zeeco führte eine Ausfallinspektion durch und protokollierte die Ergebnisse, darunter:
Verzogene und verzerrte Flammenstabilisatoren können die Folge davon sein, dass die Flammenform aufgrund einer schlechten Turbinenabgasströmung (TEG) nicht kontrolliert werden kann. Dies wird im Allgemeinen durch ältere Konstruktionen verursacht, die schon immer unzureichend waren, aber bis zur Einführung neuerer Technologien unbekannt waren. Der einfache Alterungsprozess von Verbrennungsanlagen, die jahrelang ein- und ausgeschaltet werden, verschleißt auch die Flammenhalter und Bluffkörper. In diesem Fall wurde festgestellt, dass beides zum Verfall der Geräte beiträgt.
Die Unfähigkeit der Zündflamme, die Hauptbrennstoffflamme zu entzünden, kann auf durchhängende Brenner Elemente zurückzuführen sein. Weitere Ursachen für dieses Versagen sind einfach die Zerstörung der Zündvorrichtung(en), die sich Tag für Tag bei extremen Temperaturen in der Umgebung des HRSG-Ofens befinden. Die allgemeine elektrische Schaltung von Hochenergie-Zündsystemen wird leicht durch Wasserdampf aus dem TEG und offenen Leitungssystemen gestört, die oft mit Regenwasser durchtränkt sind. In diesem Fall war das Durchhängen des Elements Brenner die Hauptursache dafür, dass der Pilot den Hauptbrennstoff nicht zünden konnte. Die Zündspitzen befanden sich nicht mehr in der Bahn des Hauptbrennstoffs und hatten keine Chance zu zünden.
Eine schlechte Erkennung der Hauptbrennstoffflamme durch den Flammenfühler kann ebenfalls auf mehrere Ursachen zurückzuführen sein:
In diesem Fall handelte es sich um eine alte Technologie, und die Scanner waren auf den verschiedenen Ebenen von Brenner in verschiedenen Stadien verschlissen.
Die Flammeneinwirkung auf den nachgeschalteten HRSG-Rohrabschnitt ist die Hauptursache für die Zerstörung von HRSG-Kesseln und verursacht Millionen von Kosten für die Reparatur dieser langen Kesselrohre. Lange, träge Flammen erzeugen eine Flammenbeaufschlagung, wenn das Brenner System Rohbrennstoff in den HRSG-Ofen einführt (unter vollständiger Kontrolle des Brenner Managementsystems [BMS]) und durch den Pilotzünder gezündet wird. Sobald die Flamme des Hauptbrennstoffs brennt und vom Flammenfühler erkannt wird, ermöglicht das dezentrale HRSG-Steuerungssystem (DCS) die Erhöhung der Brennstoffzufuhr, um den Dampfbedarf zu decken.
Da jedoch die Brenner Spitzen im Laufe der Zeit unter dem Brennstoffdruck erodieren oder sich die Flammenstabilisatoren aufgrund der Rezirkulation des TEG-Stroms und der Brenner Flamme verformen oder die Brenner Elemente durchhängen (Abbildung 2), kann der Brennstoff weiter stromabwärts von der Brenner Spitze fließen, bevor eine tatsächliche oder vollständige Verbrennung stattfindet. Diese Faktoren können dazu führen, dass die Flammen länger wachsen, bis sie auf die Rohre auftreffen. Mit der Zeit werden die Rohre durch das Auftreffen der Flammen zerstört. Dieses Problem muss behoben werden, sonst droht ein zukünftiger Ausfall. In diesem Fall trugen längere Flammen, die durch erodierte Brenner Spitzen verursacht wurden, zum Flammenaufprall bei.
Dieses Projekt beinhaltete sowohl allgemeine als auch situationsspezifische Herausforderungen. Der im Voraus geplante Stillstand war für 18 Tage im Frühjahr angesetzt und wurde als nicht wesentlicher Stillstand eingestuft, was bedeutet, dass während dieses Stillstands keine Änderungen an der Verbrennungs- oder Dampfturbine vorgenommen werden sollten. An vielen Standorten werden Stillstände in der Regel weit im Voraus geplant, so dass es sehr wichtig ist, den vorhandenen Zustand der Kanalanlagen Brenner zu kennen, damit der Austausch ohne Unterbrechung oder Änderung bestehender, im Voraus geplanter Stillstandszeitpläne durchgeführt werden kann.
Der Kunde erklärte weiter, dass diese Anlage für das Netz von entscheidender Bedeutung sei, da die Nachfrage nach Dampfproduktion und Megawattleistung aufgrund des großen Kundenstamms von höchster Wichtigkeit sei. Ein Verpassen des Ausfalltermins war keine Option, und die Anlage musste am letzten Tag des Ausfalls betriebsbereit sein. Der nächste geplante Stillstand für diesen Standort war erst in einigen Jahren, was eine weitere wichtige Überlegung für die Ausrüstung und die Installation darstellte. Um diese zeitliche Herausforderung zu meistern, war eine umfassende schlüsselfertige Planung erforderlich, und die ständige Kommunikation mit der Anlage war entscheidend.
In der Regel müssen die Konstruktion und die Installation in das vorab genehmigte Kapitalbudget für die Kosten des Ausfalls passen. In diesem Fall hatte der Kunde etwa zwei Jahre vor dem Kauf der neuen Brenner ein Kapitalbudget genehmigt. Die Inflation in der Wirtschaft und die Re-Zent-Pandemie führten jedoch dazu, dass die Materialpreise zu einem unvorhergesehenen Problem wurden.
Der Schlüssel zum Erfolg war die zeitliche Abstimmung der Angebotsanfrage mit den Terminen für den Installationsstillstand. Konstruktion, Fertigung, Lieferung und Installation nehmen jeweils einige Wochen des Gesamtzeitplans in Anspruch, um erfolgreich durchgeführt werden zu können. Daher war es von entscheidender Bedeutung, die Ausrüstung lange vor dem geplanten Ausfalltermin zu bestellen. Auch hier ermöglichte die Kenntnis des bestehenden Zustands der Brenner Ausrüstung dem Eigentümer der Anlage, den Austausch richtig zu planen.
Der Entwurf für die Nachrüstung wurde von einem sehr erfahrenen Team durchgeführt, das bereits zahlreiche erfolgreiche Brenner schlüsselfertige Austauschprojekte durchgeführt hat, sowie Entwürfe und Fertigung von neuen Kanälen Brenner für eine umfangreiche Liste von Erstausrüstern weltweit. Ein einziges Team von Ingenieuren und Managern für das Projekt zu haben, stärkt die Beziehungen zum Kundenteam und eliminiert Informationslücken im gesamten Projekt.
Die Materialeinkäufe wurden von Mitarbeitern getätigt, die umfassend darin geschult wurden, die besten Preise und Lieferbedingungen zu finden. Zeeco nutzt eine umfangreiche Liste zugelassener Hersteller, die von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) überwacht wird, was den beteiligten Einkäufern eine enorme Kaufkraft verleiht und die Notwendigkeit beseitigt, sich über neue oder ungeprüfte Lieferanten Gedanken zu machen.
Die Herstellung der Ausrüstung in einer der sieben weltweiten Produktionsstätten von Zeecowurde vom Team für Qualitätssicherung/Qualitätskontrolle (QA/QC) und dem technischen Team für die Projektausführung streng überwacht. Die Lieferung wurde von einem Logistikteam aus Transportexperten geplant und durchgeführt. Vor der Ausführungsphase des Projekts erstellte Zeeco einen hochspezifischen, schlüsselfertigen Aufgabenplan für alle mechanischen und elektrischen Arbeiten, die vor Ort auszuführen waren. Der umgesetzte Plan wurde von erfahrenen Bautrupps befolgt.
Fast alle schlüsselfertigen Installationsprojekte führen zu einer Entdeckung, die unbekannte Probleme aufzeigt, bevor mit dem Abriss der vorhandenen Ausrüstung begonnen wird. Im Fall dieses Projekts handelte es sich um eine ernsthafte innere Korrosion der HRSG-Gehäusewände aus Kohlenstoffstahl (Abbildung 3). Diese Art von Entdeckung tritt immer häufiger bei älteren HRSG- und Kanalverbrennungsanlagen auf, insbesondere dann, wenn die HRSG-Einheiten ursprünglich in der Nähe von Meeresumgebungen oder an Orten installiert wurden, an denen Temperaturextreme dazu führen können, dass das freiliegende Gehäuse, die eingeschlossene HRSG-Wandisolierung und das HRSG-interne schwimmende Auskleidungssystem außerordentlich hart arbeiten.
Weitere häufige Probleme bei diesen Arten von Abhitzekesseln und Kanalbrennern sind intern korrodierte Brennstoffleitungen, reduzierte Wandstärken der Druckleitungen und Korrosion oder Zerstörung der Ventilsitze. Diese Probleme entwickeln sich im Laufe der Zeit aufgrund von Schwankungen der Brennstofftemperatur in der gesamten Brennstoffleitungsinfrastruktur der Anlage, die durch wechselnde Wetterbedingungen und saisonale Schwankungen verursacht werden. Der Austausch der externen Rohrleitungen durch neue korrosionsfreie Rohre, Armaturen und Ventile war für dieses Projekt bereits vorgesehen.
Dieses schlüsselfertige Brenner Austauschprojekt wurde so geplant, dass diese üblichen Arten von Entdeckungen berücksichtigt werden. Jede mögliche Entdeckung wird mit dem Kunden besprochen, bevor der Kauf der Ausrüstung und die schlüsselfertige Installation abgeschlossen werden. Durch eine detaillierte Planung im Vorfeld wird ein Zeitplan erstellt, der den tatsächlichen Gegebenheiten so genau wie möglich entspricht und Überraschungen ausschließt.
Während eines geplanten Stillstands sind oft andere Auftragnehmer vor Ort, die Arbeiten an anderen Anlagen durchführen, z. B. an den Kühltürmen oder den Kesselbehältern und Überdruckventilen. Auf der Baustelle kann es zu Engpässen kommen, und Werkzeuganhänger und Konstruktionsbüros können die Materialbereitstellungszonen verringern. Die Beauftragung eines seriösen Installationsunternehmens und die tägliche Teilnahme an Ausfallbesprechungen bietet allen Auftragnehmern die Möglichkeit, ihre Bedenken zu äußern und auszutauschen sowie Pläne für die Zukunft aufzustellen. Durch die Koordinierung zwischen den Auftragnehmern können Probleme wie die Konkurrenz um Kran- oder Hebebühnenplätze und Freiräume für die zerstörungsfreie Prüfung durch Röntgenstrahlen sowie Straßenüberlastungen aufgrund von Material- und Verbrauchsmateriallieferungen vermieden werden. Ein gut kommuniziertes Projekt ist ein sichereres Projekt, das Unfälle vermeidet und möglicherweise Leben rettet.
Nach dem Start dieses Projekts und der Demobilisierung des Installationsteams waren die Vorteile für diesen Kunden sehr deutlich. Jeder der folgenden Punkte erfüllte die Bedürfnisse des Kunden und brachte dem Kanalsystem Brenner für viele Jahre das dringend benötigte Leben zurück.
Schlüsselfertiger Erfolg
Der Austausch des Kanals Brenner wurde in 16 statt der vorgesehenen 18 Tage abgeschlossen, so dass das Kraftwerk am letzten Tag des Ausfalls erfolgreich wieder in Betrieb genommen werden konnte.
Kosten
In diesem Fall ermöglichte die globale Einkaufsmacht von Zeecodem Team die Beschaffung von Materialien und sparte den ursprünglichen Wert des Investitionsbudgets ein, der weit vor dem Kauf der Ausrüstung erstellt wurde.
Neue Ausrüstung
Der Kunde verfügt nun über ein neues Kanalsystem Brenner , das keine der früheren Probleme mehr aufweist. Finanzielle Einsparungen durch geringere Wartungs- und Betriebskosten werden im Laufe der Zeit zu Einsparungen führen.
Korrekte Ausrüstung
Der Entwurf und die Installation entsprachen zu 100 % der Spezifikation, d. h. der Kunde erhielt alles, was er wollte, innerhalb eines Ausfalls und im Rahmen des Budgets.
Wärmeabgabe
Die neue Anlage liefert die richtige Wärmemenge an den Abhitzekessel für eine optimale Dampfproduktion.
Fabrikation
Zeeco nutzte eine von sieben firmeneigenen globalen Produktionsstätten, um die Ausrüstung rechtzeitig und in voller Übereinstimmung mit den unternehmensinternen und kundenseitigen QA/QC-Anforderungen fertigzustellen.
Lieferung
Die Gewissheit, dass die gekaufte Ausrüstung über das Logistiksystem des Lieferanten an den Standort geliefert werden würde, ersparte dem Kundenmanagement viele Stunden an Aufsicht und Sorge.
Einrichtung
Bei dieser schlüsselfertigen Installation wurde eines der vielen mechanischen und elektrischen Installationsteams eingesetzt, die Zeeco einsetzt und verwaltet. Die schlüsselfertige Installation ersparte dem Kunden auch viele Stunden an Management-Aufsicht und Sorge.
Pünktliche Leistung
Das Projekt wurde früher als erwartet und zu den veranschlagten Kosten abgeschlossen, was dem Hersteller zugute kam und sicherstellte, dass der geplante Ausfall korrekt war und keine Verlängerung erforderlich war.
Null Sicherheitsvorfälle oder Unfälle
Jeder ging am Ende eines jeden Tages ohne Verletzungen nach Hause. Langfristig bleiben die Versicherungsprämien niedrig, die Sicherheitskennzahlen der Anlage bleiben makellos, und die Sicherheitsbilanz des Unternehmens bleibt ohne Makel.
Verbesserter Zugang
Weniger überfüllte Zugangsbereiche an der Vorderseite von Brenner ermöglichen eine bessere Wartung und Bedienung und schaffen gleichzeitig eine sicherere Arbeitsumgebung.
Ausbildung
Die Schulung des Betriebsteams an den neuen Geräten des Lieferanten ist entscheidend für einen reibungslosen Betrieb und die Reduzierung unnötiger Fahrten.
Emissionen
Neue Anlagentechnik reduziert die Emissionen in vielen Fällen erheblich und ermöglicht es den Betreibern, ihre Emissionstoleranzen besser einzuhalten.
Schutz der Ausrüstung
Eine gut verankerte Flammenform und Flammenlängen, die gut in den HRSG-Ofen passen, verhindern Schäden an den nachgeschalteten Rohrabschnitten, den Auskleidungswänden, den Decken und dem Boden.
Übereinstimmung mit der National Fire Protection Association (NFPA)
NFPA 85, das Regelwerk für Kanalbrenner, und insbesondere Kapitel 8, wird häufig aktualisiert. Eine neue Anlage bedeutet, dass die maßgeblichen Sicherheitsvorkehrungen bereits vorhanden sind.
Garantie
Für neue Geräte gilt eine begrenzte Garantie für die Eigentümer der Einrichtung.