IUTILITEITSBOUW IALGEMEENONTWERP I INIEUWE PRODUKTIE-EENHEIDBIJ AMERCENTRALEir.M. van de Gevel en ing.M. van Riel, NV Elektriciteits-Produktiemaatschappij Zuid-Nederland EPZ, Eindhovening.G.de Haas en ing.J.Moerrnan, Koninklijk Architecten- en Ingenieursbureau Haskoning, NijmegenHet bouwen van een nieuwe produktie-eenheid voor een elektriciteitscentrale isbepaald geen alledaags werk. Medio dit jaar wordt eenheid 9 van de Atnercentrale teGeertruidenberg bedrijfsgereed opgeleverd. Een aantal onderdelen van hetotnvangrijke cotnplex worden uit het oogpunt van betontoepassing nader bekeken.In aansluiting op dit artikel wordt in het volgende nununer van Cement aandachtgeschonken aan de otnbouw van de koeltoren van de Atnercentrale. Deze koeltorenis geschikt getnaakt voor het koelen van het koelwater van zowel eenheid 8 als denieuwe eenheid 9. Dit betekende een totale vernieuwing en uitbreiding van detoevoerschachten, verdeelkanalen, koelpakketten en ondersteuningsconstructie.De NV Elektriciteits-Produk-. tiemaatschappij Zuid-Neder-land EPZ heeft op het terreinvan de Amercentrale te Geertruiden-berg een poederkoolgestookte elektri-citeitscentrale gerealiseerd van 600MWe elektrisch vermogen en 350MWth thermisch vermogen (foto 1j.Deze nieuwe produktie-eenheid, een-heid 9 Amercentrale genoemd, zal naeen beproevingsperiode van circa ??njaar op 1 juli 1993 bedrijfsgereed wor-den opgeleverd.Een vergelijkbare produktie-eenheid,Hemweg8,wordtmomenteel gebouwddoor DNA in Amsterdam.Voorafgaand aan de beschrijving van decivieltechnische werken waarbij het ac-cent op de betontoepassing ligt, wordtkort ingegaan op de werking van eenmoderne poederkoolgestookte elektri-citeitscentrale.EPZEPZverzorgtde opwekking van elektri-citeit en warmte in de provincies Lim-burg, Noord-Brabant en zeeland.De onderneming is de grootste van devier elektriciteits-produktiebedrijvenin Nederland. Met ruim 4700 MWe aanelektrisch vermogen beheert zij meerdan 30% van het totaal in Nederland op-gestelde produktievermogen.EPZ werkt samen met de andere drieelektriciteits-produktiebedrijven inNederland (DNA, EPON enEZH) in deNV Samenwerkende elektriciteits-pro-duktiebedrijven, Sep. Sep co?rdineertde inzet, alsmede de vervanging en uit-breidingvande elektriciteitscentralesinNederland.36 Cement 1993 nr. 2BodetnasproduktieBehalve vliegas wordt in de ketel ookbodemas geproduceerd, die onderin deketel wordt verzameld om te wordengebroken en getransporteerd naar debodemasontwateringsinstallatie. Nabezinking in de filterbekkens van dezeinstallatie kan de bodemas worden be~nut in de wegenbouw ofde betonindus-trie.De in het wasvat uit kalksteen en S02gevormde gips is, na droging in centri~fuges en hydrocyclonen, geschikt alsgrondstofvoor bouwmaterialen.Indien na lozing in de rivier de gemid~delde opwarming, berekend over dedwarsdoorsnede en eenperiode van cir~ca 12 uur, ten opzichte van de natuurlij~ke temperatuur meer zou bedragen dan3 oe danwel de temperatuur van 30 Gezou worden overschreden. wordt over-gegaan op koeltorenbedrijf.KoelwaterTeneinde de warmtebelasting van hetoppervlaktewater te beperken wordthet koelwater in de condensor maxi~maal 7 oe in temperatuur verhoogd.LUcht~VOorwarmers (LUVO's), devliegasvangers, de Rookgas Ontzwave~lings Installatie (ROl) en de schoorsteengevoerd. In de LUVO's wordt de voor deverbranding benodigde lucht met be-hulp van de restwarmte van de rookgas~sen voorverwarmd.Na afkoeling van de rookgassen in deLUVO's tot circa 120 oe wordt met be-hulp van elektrostatischevliegasvangershetstofgehaltein de rookgassen geredu-ceerd tot maximaal 50 mg/Nm3? Dekwaliteit van de vrijkomende vliegas iszodanig dat deze kan worden benutvoor de produktie van cement, beton-vulstof, asfaltvulstof ofkunstgrind.GipsproduktieDe rookgassen worden vervolgens metbehulp van de zuig/trekventilatoren,die achter de vliegasvangers zijn opge~steld, naar het wasvat van de RookgasOntzwavelings Installatie (ROl) geleid.In dit wasvat met een diameter van 18,7m en een hoogte van 46 m, worden derookgassen met behulp van een kalk~steen~watermengsel gereinigd. HetS02~gehalte van de rookgassen wordthierbij gereduceerd tot maximaal 400mg/Nm3? Tevens wordt het stofgehaltevan de rookgassen verminderd totmaximaal 20 mg/Nm3?De rookgassen worden vervolgens meteen temperatuur van circa 50 oe via hetrookgasafvoerkanaal naar de 175 m ho-ge schoorsteen gevoerd.VliegasproduktieDe bij de verbranding vrijkomenderookgassen worden met behulp vantwee zuig/trekventilatoren vanuit deketel achtereenvolgens naar de tweeElektriciteits-/wartnteproduktieDe stoomturbine drijft de elektrischegenerator aan waarbij wisselspanningwordt opgewekt van 21 kv en 50 Hz.De opgewekte elektrische stroom van23000 Amp?re wordt vervolgens via degeneratorligger naar de machinetrans-formator geleidwaar de spanningwordtomgezet in 150 kv wisselspanning tenbehoeve van de openbare elektriciteits~voorziening.De turbine~installatievan eenheid 9 is,behalve voor elektriciteits~produktie,ontworpen voor het leveren van aftap~stoom voor het stadsverwarmingssys~teem. Met dit systeem wordt warmtegeleverd aan de stadsverwarming, in~dustrie en glastuinbouw in de driehoekGeertruidenberg - Breda ~ Tilburg.via transportbanden naar zes stalen ko-lenbunkers, van elk 1500 m3inhoud, ge~transporteerd. Vanaf de bunkers wordtde steenkool naar zes poederkoolmo-lens gevoerd om tewordenvermalen totfynkorrelige poederkool. Met behulpvan lucht wordt de poederkoolvanafdemolens in de ketel geblazen. In de ketel,met afmetingen lengte x breedte xhoogte = 17x 17x70m3, wordt de poe-derkoolverbrand doormiddelvaninzeSlagen in de hoeken geplaatste NOx-ar-me branders. De hierbij vrijkomendewarmte verwarmt het inspiraalvormigepijpen rondom de vuurhaard, aanwe~zige water zodanig, dat stoom van zoge~naamde superkritische druk wordt ge~vormd: circa 255 bar bij 535 oe. Dezestoom wordt via hogedruk stoomlei-dingen naar de turbine gevoerd.KetelinstallatieHet hart van de elektriciteitscentralewordt gevormd door de ketelinstallatie.De primaire brandstof van de ketel,steenkool, wordt vanaf het kolenparkEenheid 9 AmercentraleHoofdbrandstofvan eenheid 9 is steen-kool (maximaal 230 ton/uur) die wordtvermalen totpoederkool. Ook kan 100%aardgas worden verstookt (maximaal185 000 m3per uur). Het totale rende~ment van de centrale, bij gecombineer~de opwekking van elektriciteit enwarmte, bedraagt circa 60%. Het nettoelektrisch rendement is circa 41%.Eenheid 9 zal perjaar circa 1,5 miljoenton steenkool en circa 30 000 ton kalk~steen verbruiken. Hierbij ontstaan perjaar de volgende secundaire grondstof~fen: circa 150 000 ton vliegas, circa50 000 ton gipsen circa 15 000 ton bo~demas.Turbine-installatieDe in de ketel geproduceerde versestoom draagt in de stoomturbine zijnenergie afaan het hoge drukdeel van deturbine. Dein druk en temperatuurver~_ _..1- --------j laagde stoom wordt vervolgens naar deketel teruggevoerd om met behulp vande rookgassen opnieuw in temperatuurte worden verhoogd. Deze herverhittestoom wordt naar het middendrukdeelen lagedrukdeel van de turbine gevoerd.De afgewerkte stoom wordt vervolgensin de condensor met rivierwater afge~koeld (gecondenseerd) en met behulpvan condensaatpompen naar de voe~dingswatertankJontgasser getranspor-teerd. Vanuit deze tank wordt het voe~dingswater metbehulp van de ketelvoe~dingpompen opnieuw naar de ketel ge-voerd.Cement 1993 fit. 2 37IUTILITEITSBOUW IALGEMEENONTWERPCiviele werkenIn figuur 2 is een overzicht opgenomenvan de gerealiseerde bouwwerken be-horende tot eenheid 9 Amercentrale.Het belangrijkste gedeelte van eenheid. 9 is ondergebracht in het zogenaamdecentralegebouwdatbestaatuitde turbi~nehal, het ketelhuis, de LUVO-ruimte,het bunkerhuis en de pompenhal.In de turbinehal bevinden zich naast deturbine, de condensor en de generator,een groot aantal cornponenten zoals dehoge- en lagedruk voorwarmers, dewarmtewisselaars van het systeern voorde stadsverwarming en de condensaat-pompen.In het ketelhuis en de LUVO-ruimtebevinden zich naast de ketel en de LU-VO's ondermeerdeverbrandingslucht-,molenlucht~ en recirculatieventilato-ren. In het bunkerhuis bevinden zich dekolenbunkers en de poederkoolmolens.In de pompenhal zijn de ketelvoe-dingpompen, de voedingwatertank!ontgasser en het gasregelstation opge-steld.Aan de rivier de Amer is het koelwater-pompengebouw (filtergebouw) gesitu-eerd, waarin zich de hoofdkoelwater-pompen en de hulpkoelwaterpompenbevinden. De hoofdkoelwaterpompentransporteren het benodigde koelwatervia koelwaterkanalennaarde condensorin de turbinehal en vervolgens naar hetkoelwateruitlaatwerk dat uitmondt inde Amer.Bij koeltorenbedrijfwordt het koelwa-ter via de koeltoren in een gesloten cir-cuit teruggevoerd naarhet filtergebouwom vervolgens opnieuw naar de con-densor te worden gepompt.De bestaande koeltoren is, voor het ge-lijktijdig gebruik door de bestaandeeenheid 8 en de nieuwe eenheid 9, om~gebouwd. Daarbij is de koelcapaciteitvan de toren met een factor twee ver-groot.ArchitectuurDe vormgeving en het ontwerp van degebouwenwerd doorEPZvastgelegd opbasis van de opstelling van de belang~rijkste installaties. De speelruimte vande architect, K.Tieleman van Hasko~ning,werd hiermeebepaalddoordelay-out van de installaties en de gestelde ei-sen met betrekking tot bedrijfsvoering,onderhoud, bediening en veiligheid vande installaties.Als basis van het bouwkundige ontwerpwerd uitgegaan van een 1200 rnrn mo-duul. Wisselende kleurenbanen in di-verse tinten grijsaccentueren hetveran-38bodemosverwetkingsgebouwrecirculatiekanaalderen van bouwvolumes. De belang-rijkste verkeersstroken, dat wil zeggende centrale niveaus op 6 rn + NAP en19 m +NAP, alsmede de liften en trap-pehuizen hebben een rode kleur.De buitenwandenvan de gebouwen be-staan in het algerneen uit metselwerktussen 6 m + NAP en 10,8 m + NAP.Daarbovenbestaandegevels uitdubbel-wandigestalen beplating.PlanningIn oktober 1988 werd, na een vergun-ningverlenings~periode van circa eenjaar en een voorbereidingsperiode vanDE AMERvlie~as-I51105 ..oftoptonklROlcirca zes maanden, gestart met de hei-werkzaamheden voor het centrale ge-bouw.Voorzienwerd injuli 1992 aan tevangenrnet de inbedrijfstelling en het proefbe-drijfvan de diverse installaties.Op 1juli1993 dient eenheid 9 bedrijfsvaardig tezijn opgeleverd voor de levering vanelektriciteit.BouworganisatieHet basisontwerp van de installaties engebouwen, alsmede de leiding van hetproject, was in handen vanEPZ. Hasko-ning werd belast met de architecto-Cement 1993 nr. 2De opbouw van de ondergrond terplaatse wordt gekenmerkt door:-een wisselend beeld van de sondeer-haven weerstanden over het terrein (fig. 3),~ - eensamendrukbarelaagvanwisselen~de dikte tussen circa NAP en 3 m-NAP;- een bestaand palenveld van veelal on-gewapende Franki-palen met ver-zwaarde punt en een paalpuntniveauop circa 3 m - NAP ter plaatse van devoormalige fundering van de reedsgesloopte produktie-eenheden 1 toten met 3.Voor de fundering van het centrale ge~bouw werd gekozen voor voorgespan-nen prefab betonpalen met afmetingenvan 400 x 400 mm2en een toelaatbarebelasting van circa 1000 kN. In de palenvan sterkteklasse B 55 werd in verbandmet de verwachte heiweerstanden aankop en voet een spiraalvormige wape-ning toegepast.civieltechnische werken bedroegen cir-ca f 180 miljoen (prijspeil 1988), inclu-siefde ombouwvande koeltoren en bij-komende kosten zoals advies- en leges-kosten.Bodeltlgesteldheid en funderingHet Amercentrale-complex is gelegenaan de rivierde Maas, die ter hoogte vande centrale overgaat in de Amer, tenwesten van de uitmonding van de Don-ge. Het terrein is opgehoogd met zand,van circa 0,5 m +NAP tot circa 5,8 m+ NAP, voor een deel na verwijderingvan de aanwezige bovenlaag, bestaandeuit klei.FASE 2FASE 1chemicolienpork/ ,/ ,I \I IIIIIII kolenporkIIIII\ I\ I\ /, /, ,\\IIIIIIIIIIIIIII/\,,IIIIAouw:9 AC 800Iksteensilo'snische vormgeving, het bouwkundig encivieltechnisch ontwerp, de enginee-ring, alsmede de directievoering. HetWaterloopkundig Laboratorium teDelft werd ingeschakeld voor het hy-draulisch ontwerp van het koelwater-systeem.In verbandmet de beperkte beschikbaretijd tussen het initiatieftot de bouw vaneenheid 9 en de inbedrijfstelling, wer-den de bouwkundige en civiele werkenin fasen gerealiseerd.In totaal werden circa 35 deelbestekkenopgesteld.De ombouw van de koeltoren werd2 Overzicht terrein en gebouwendoorEPZ als een turnkeylevering opge~dragen aan de combinatie Hamond'Hondt (Delft/Brussel) en Visser enSmit Bouw (papendrecht).De bouwvan devliegassilo's werd opge-dragen aan de combinatie Fl?kt/Visseren Stuit Bouw.BouwkostenDe begrotingvermeldde een bedrag vanf 1,2 miljard (prijspeil 1988), exclusiefprijsstijgingen, bouwrente en aanslui-ting op het Nederlandse elektriciteits-net.De bouwkostenvan de bouwkundigeenGezien de sterk wisselende grondge-steldheid ter plaatse van het turbine-fundament en de hoge kolombelastin-gen onder dit fundament (circa7600 kN) werd hier uitgegaan van eenpaalpuntniveau van 14 m - NAP en eentoelaatbare paalbelasting van circa700 kN.Het paalpuntniveau onder het ketelsta-tief, met maximale kolombelastingenvan 46 000 kN, varieert van circa 11 mtot circa 13 m - NAP. Naar het oostenloopt het paalpuntniveau vervolgenslangzaam op tot circa 3,5 m - NAP.Delaagstgelegen delenvan eenheid 9, teweten de betonfundering van het koel-waterpompengebouw op 7 m - NAP,het koelwateruitlaatwerk op 4,6 m -NAP en het bodemasontwateringsge-bouw op 2,8 m - NAP, zijn gefundeerdop staal. Voor ZOver mogelijk werdenvoor deze bouwwerken open bouwput-ten met plaatselijk stalen damwandentoegepast.Ter voorkoming van schade door verla-Cement 1993 nr. 2 39IUTILiTEiTSBOUW IALGEMEENONTWERP=konusweerstond inNlmm2o 10 20 30=konusweerstond in N/mm2o 10 20 305 5NAP NAP5 5cL cL< 10 < 10:i. :i.,,: ,,:~ ~E 15 E 15.s .:.. ..1:>. 1:>... ..?J '?2 202 2534Betonfundering centrale gebouw (op de voorgrond de turbinehal)foto: KLM Luchtfotografiemm;- zware betonfundatiesvoor deportaal-kolommen;- kolommen450 x 450 mm2, h.o.h. circa3,6 m die de begane grondvloer dra-gen;- zware betonfundaties en kolommenter ondersteuning van de condensoren de turbinefundatieplaat (aanleg-diepte circa 1,9 m - NAP);- fundaties van diverse pompen encomponenten waaronder de conden-saatpompen (aanlegdiepte circa 2,3 m-NAP);De fundering van het turbinegebouw isuitgevoerd in betonB 25, milieuklasse 2metgebruikvanpordandvliegascementen bestaat in hoofdzaak uit:- de keldervloer op 1,5 m + NAP meteenvloerdiktevari?rend tussen 200 en650mm;- kelderwanden met een dikte van 300ging van de grondwaterstand in de aan-grenzende landbouwgebieden en in degemeente Geertruidenberg zijn, inoverleg met hetbureau Grondwatervande Provincie Noord-Brabant, voor dezebouwputten bronbemalingen met re-tourbemaling toegepast. De maximaleonttrekking, tijdens de bouw van hetkoelwaterpompengebouw, bedroegcirca 1000 m3Jh. De minimale retourin-jectie be4roeg circa 250 m3/h.De op 19 m +NAPgelegen bedienings- 3I h I ?d S(mdedng 56 (turbine6.tndan1ent) en sondedng 50 (ketelstatief)voer is, uit et oogpunt van ge lil we-ring, volledig gesloten en bestaat uit eengewapend-betonvloer, opgebouwd uitbreedplaatelementen met in het werkgestorte druklaag. De aangehouden ge-lijkmatig verdeelde vloerbelastingenzijn 30 kN/m2voor de betonvloer en 20kN/m2voor de staalconstructie.De breedplaatvloeren met een con-structieve vloerdikte van 200 mm wor-den ondersteund door stalen liggers,h.o.h. 3,6 m. Deze stalen liggers verho-gen de stijfheid van de vloer, dieis voor-zien van Nelsondeuvels.TurbinehalDeafmetingenvan de turbinehal zijn82x 38 x 30 m3? De draagconstructie vanhet gebouw bestaat uit een gewapend-betonconstructie tussen het kelderni-veau op 1,5 m + NAP en het beganegrondniveau op 6 m +NAP (foto 4). Debovenbouw bestaat uit stalen portalen,h.o.h. 14,4 m. Indwarsrichting wordt destabiliteit ondeend aan de in het werkgelaste buigstijve verbindingen tussende dakliggers en portaalkolommen, als-mede de inklemming van deze kolom-men in de fundering. In langsrichtingwordt de stabiliteit eveneens ondeendaan portaalwetking.40 Cement 1993 nr. 2De betonfundering van het ketelhuis isgeheel analoog aan de turbinehal opge-bouwd uit een keldervloer, kelderwan-den, betonfundaties voor de ketelsta-tief-kolommen, kolommen en een be-gane grondvloer.Rondom het ketelstatiefbevinden zichop e~n groot aantal niveaus stalen on-derhoudsbordessen. Deze bordessensluiten aan op twee diametraal gelegentrappehuizen met liftschacht. De trap~pehuizen en liftschachten zijn uitge-voerdin staal en uit brandveiligheids-overwegingen rondom bekleed metPromatekt H beplating. De trappehui-zen rijzen vanafhet maaiveld op 6 m +NAP tot 98 m + NAP omhoog.blokken die horizontaal gekoppeldworden door voorgespannen beton-trekstaven.5 TurhinefundamentLUVO-ruitnteIn de LUVa-ruimte (30 x 4S x 42 m3)bevinden zich de twee luchtvoor-warmers en een belangrijk deel van deverbrandingslucht- en rookgaskanalenmet bijbehorende ventilatoren.De betonfundering van het LUVa-ge-bouw is analoog aan die van de turbine-hal en het ketelhuis. Rekening is gehou-den met een eventueel later te bouwenI---~---~~~---~~---~---~~---------iDeNox-installatie op het dak van hetgebouw. Op de begane grondvloer be-vinden zich de zware betonfundaties'-------"-~----~--------~~--------------'voor de verschillende ventilatoren.- de begane grondvloer op 6 m + NAPmet een vloerdikte van 400 mmoDe keldervloer is ontworpen voor eengelijkmatig verdeelde belasting van 10kN/m2? De beganegrondvloer is in ver-band met montagebelastingen bere-kend op een gelijkmatig verdeelde be-lasting van 30 kN/m2, in combinatiemet een puntlast van 400 kN per veldvan 3,6 x 3,6 m2?TurbinefundatieplaatDe stoomturbine en generator wordenondersteund door een zware gewa-pend-betonfundatieplaat met afmetin~genvan circa 52 x 16 m2(foto 5). De diktevan deze plaat varieert tussen 3,2 en 3,5m. In deplaatbevindenzichgrote recht-hoekige doorvoeringenvoor de genera-tor en turbinedelen, waardoor een bal-kenframe ontstaat.De fundatieplaat wordt ondersteunddoor groepen veerpakketten die dragenop 14 stuks gewapend-betonkolommenmet afmetingen van circa 1000 x 2000mm2? De maximale kolombelastingenuit de turbinefundatieplaat bedragencirca 7600 ? 9200 kN.De kolommen zijn voorzien van conso-lesvoorde opleggingvan devloerliggersonderde op 11,8 en 19 m + NAP gelegenvloeren.De turbinefundatieplaat is uitgevoerdin betonsterkteklasse B 35. De 1500 m3beton van de plaat werd in een continuproces gestort. Ter beperking van dewarmteproduktie als gevolg van de hy-dratatiewarmte is hoogovencementtoegepast.KetelhuisHet ketelhuis is 60 m lang, 45 m breeden 89 m hoog. Het centrale gedeelte er-van bestaat uit het stalen ketelstatiefwaarin de ketel is opgehangen zodat de-ze naar beneden vrij kan uitzetten.De stabiliteitvan het ketelhuis, inclusiefde aangrenzende bouwdelen van depompenhal en het bunkerhuis, wordtvolledig aan het ketelstatief ontleend.Windbelastingen op de gevels van hetketelhuis, de pompenhalen hetbunker-huis worden via horizontale windver-banden, die zich op verschillende hoog-teniveaus bevinden, naarhet ketelstatiefgevoerd.De horizontale en verticale belastingenworden overgedragen aan fundatie-BunkerhuisInhetbunkerhuis (60x lOx62m3+60x9x 18 m3) bevindenzich dezesstalenko-lenbunkers en de zes poederkoolmo-lens. Boven in het gebouw op 58,5 m +NAP zijn de kolentransportband die debunkers voedt en vier bedrijfswater-tanks gesitueerd. De draagconstructievan het gebouw bestaat uit stalen porta-len.De vloeren op 21 m + NAP en 58,5 m+ NAP zijn uitgevoerd als in het werkgestorte betonvloeren, respectievelijkbreedplaatvloeren met in het werk ge-stortedruklaag.Als gelijkmatigverdeel-de vloerbelastingen zijn aangehouden15 kN/m2voor de betonvloer en10 kN/m2voor de staalconstructies.Tussen de keldervloer op 1,5 m + NAPen de begane grondvloer op 6,0 m +NAP bevinden zich de massieve funda-tieblokken voor de poederkoolmolens.Deze fundatieblokken. met afmetingenvan 8 x 6 x 3,6 m3, worden ondersteunddoor veerpakketten en dempers.PompenhalIn de pompenhal (58 x 10 x 35 m3) staanCement 1993 nr. 2 41g.ij. ofdekringI_U_T._IL-I-TE-I-TS-B-O-UW-------I ALGEMEEN ONTWERP8 Bodell1asontwateringsgebouwf1 7750zuur-en vuurvaste steen50 mm foamQlos10 mm schuimplostik10 mm schuimplastik50 mm foomglosN.A.P.+181.000~,I,I..I?.--"Z..:;.Uu::..;r_-....:e....:n_v:..;u:;:u:.:..rv....:o:;:s.::.te::-.;:.s.:..;tec;:e....:n~,Ioo