Wasser/Dampf-Kreislauf Anforderungen, Fahrweisen und Konditionierung. Kesselspeisewasser und der W/D-Kreislauf Gelsenkirchen,

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Berthold Kästner
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1 Wasser/Dampf-Kreislauf Anforderungen, Fahrweisen und Konditionierung Kesselspeisewasser und der W/D-Kreislauf Gelsenkirchen, Dirk Schneidereit E.ON Technologies GmbH

2 Inhalt Wasser/Dampf-Kreislauf Was ist das? Dampferzeuger Unterscheidungen im Design und im Betrieb Chemische Fahrweisen Womit und worin liegt der Unterschied? Schutzschichten Welche gibt es und wie entstehen sie? 2

3 1. Wasser/Dampfkreislauf - Komponenten Dampferzeuger Speisepumpe Turbine Kondensator 3

4 2. Dampferzeuger Umlaufkessel (teilweise auch Wasserrohrkessel oder Abhitzekessel genannt) mit oder ohne Pumpe Durchlaufkessel (Prinzip Benson oder Sulzer) Großwasserraumkessel (nachfolgend nicht weitergehend behandelt) 4

5 2. Dampferzeuger - Umlaufkessel 1. Speisewasser- bzw. Kondensateintritt 2. Economiser 3. Umlaufkessel (Trommel) 4. Verdampfer 5. Verteiler 6. Asche (bei Feststofffeuerung) 7. Kohle und Verbrennungsluft 8. Überhitzer 9. Frischdampfaustritt 10. Abgas Abhitzedampferzeuger oder Heat Recovery Steam Generator (HRSG) 5 Quelle: Universität Duisburg-Essen; Fakultät für Ingenieurwissenschaften - Energietechnik

6 2. Dampferzeuger - Durchlaufkessel 1. Speisewasser- bzw. Kondensateintritt 2. Economiser 3. Umlaufkessel (Trommel) 4. Verdampfer 5. Verteiler 6. Asche (bei Feststofffeuerung) 7. Kohle und Verbrennungsluft 8. Überhitzer 9. Frischdampfaustritt 10. Abgas 6 Quelle: Universität Duisburg-Essen; Fakultät für Ingenieurwissenschaften - Energietechnik

7 3. Chemische Fahrweise Flüchtige Alkalisierung (AVT) Ammoniak (NH 3 /NH 4 OH) (primär) Hydrazin (selten) Amine (selten, mit steigender Tendenz) Fahrweise AVT OT (gehört zu AVT) Beschreibung AVT in Kombination mit Sauerstoffdosierung Dampferzeuger Umlaufkessel Durchlaufkessel AVT-(O) AVT ohne Sauerstoffbindemittel Umlaufkessel Durchlaufkessel AVT-(R) AVT in Kombination mit Sauerstoffbindemittel Umlaufkessel Durchlaufkessel 7

8 3. Chemische Fahrweise - Feststoffalkalisierung Fahrweise Feststoffalkalisierung PT Beschreibung Dosierung von Phosphatsalzen (z.b. Na 3 PO 4 ) Dampferzeuger Umlaufkessel CT Dosierung von Natronlauge (NaOH) Umlaufkessel sonstige Feststoffalkalisierung Dosierung von z.b. Lithiumhydroxid (LiOH) Umlaufkessel 8

9 3. Chemische Fahrweise NH 3 direkte Leitfähigkeit [µs/cm] ph-wert 9 Temperatur bei 25 C konst. NH 3 -Konzentration [mg/kg]

10 3. Chemische Fahrweise Phosphat (PT) ph PO 4 -Konzentration [mg/kg] 10 Temperatur bei 25 C konst.

11 3. Chemische Fahrweise Phosphat (PT) direkte Leitfähigkeit [µs/cm] PO 4 -Konzentration [mg/kg] 11 Temperatur bei 25 C konst.

12 3. Chemische Fahrweise Natronlauge (CT) ph NaOH [mg/kg] 12 Temperatur bei 25 C konst.

13 3. Chemische Fahrweise Natronlauge (CT) direkte Leitfähigkeit [µs/cm] NaOH [mg/kg] 13 Temperatur bei 25 C konst.

14 3. Chemische Fahrweise Grundlagen AVT (Teil 1) nur in das Kesselspeisewasser AVT (O) NH 3 ohne O 2 -Binder (Hydrazin) AVT (R) NH 3 mit O 2 -Binder 14

15 3. Chemische Fahrweise Grundlagen AVT (Teil 2) Sauerstoffkonzentration mittels - Kondensator auf < 50 ppb Entgaser auf < 5 ppb 0 2 WDK mit kupferhaltigen Werkstoffen - Sauerstoffkonzentration von < 5 ppb - dementsprechend häufig Hydrazin WDK mit ausschließlich Eisenwerkstoffen - AVT (O) Sauerstoffkonzentration < 10 ppb 15

16 3. Chemische Fahrweise Grundlagen AVT (Teil 3) NH 3 (AVT oder OT) hohe Stabilität, auch bei hoher Temperatur leicht zu dosieren und einfache Überwachung hohe Dampfflüchtigkeit; insbesondere bei niedrigem Druck reduzierte Alkalisierung bei hoher Temperatur hohe Konzentration führt zur Korrosion von Kupferwerkstoffen 16

17 3. Chemische Fahrweise Grundlagen AVT (Teil 4) Dosierung Sauerstoff vor ND-Vorwärmer oder alternativ vor HD-Vorwärmer reduziert das Risiko der Riffelrauigkeit OT fordert - Speisewasserqualität (LF PAT < 0,15 µs/cm und Fe ~ 5 ppb) - 8,0 8,5 ph-wert bei Trommelkesseln - 9,0 9,4 ph-wert bei Durchlaufkesseln anzustrebende Sauerstoffkonzentration ppb bei Trommelkesseln ppb bei Durchlaufkesseln 17

18 3. Chemische Fahrweise Grundlagen AVT (Teil 5) Hydrazin ist das am häufigsten verwendete Mittel zur Reduzierung von Sauerstoff im Kesselspeisewasser und kann die FAC-Rate reduzieren Hydrazin wird als krebserregend eingestuft und kann durch andere organische Sauerstoffbinder ersetzt werden Alternative organische Sauerstoffbinder können bei höheren Temperaturen gecrackt werden, diese Abbauprodukte erhöhen das Korrosionsrisiko AVT(R) fordert - eine Speisewasserqualität LF PAT < 0,2 µs/cm - ph-wert zwischen 9,2 9,6 - wenn Fe > 5 ppb dann O 2 < 5 ppb im Kesselspeisewasser 18

19 3. Chemische Fahrweise Grundlagen AVT (Teil 6) Amine häufig müssen Amine eine Zulassung gemäß der FDA haben (U.S. Food and Drug Administration) Filmbildende Amine beeinflussen auch den ph-wert 19

20 3. Chemische Fahrweise Grundlagen AVT (Teil 7) 50 Deg C 150 Deg C 300 Deg C Verteilungskoeffizient Distribution Coefficient (KD) K D Ammonia Ethanolamine Morpholine Methoxypropylamine Diethylaminoethanol Cyclohexylamine K D = Konzentration im Kesselwasser Konzentration im Dampf

21 3. Chemische Fahrweise Grundlagen AVT (Teil 8) Amine können zur Mobilisierung von Deposits führen Amine Begleitchemikalien können bei höheren Drücken/Temp. gecrackt werden 21 keine Amine online Messung Amine noch keine Aussage ob Amine Austauscherharze negativ beeinflussen oder langfristig schädigen Amine Crack-Produkte erhöhen die Leitfähigkeit im System und das Korrosionspotential Amine

22 3. Chemische Fahrweise Grundlagen PT geringere Stabilität bei hohen Temperaturen (Hochdrucktrommel) wird oft im Niederdruckbereich zur Vermeidung von FAC eingesetzt kombinierte Dosierung von PT und CT (EPRI phosphate continuum = PC) 22

23 3. Chemische Fahrweise Grundlagen CT nicht bei Durchlaufkesseln direkt in die Trommel dosieren CT Natronlauge CT erhöht das Risiko von Spannungsrisskorrosion 23

24 3. Chemische Fahrweise Überblick (1) Höhe der zulässigen Verunreinigungen Fähigkeit/Puffervermögen Verunreinigungen zu neutralisieren keine KRA, Seewasserkühlung oder Kreislaufkühlung mit hoher Eindickung KRA und/oder dichter/guter Kondensator PT (L) PT CT PT (H) AVT (O) AVT (R) OT 24 nur Eisenwerkstoffe Werkstoffmix oder nur Eisenwerkstoffe

25 3. Chemische Fahrweise Überblick (2) Verdampfertemperatur [ C] ND Kreislauf MD Kreislauf HD Kreislauf Betriebsdruck Verdampfer [bar a ] 25

26 3. Chemische Fahrweise PO 4 hide out oft nur bei Lastwechsel sichtbar ph PO 4 -Konzentration [mg/kg] Bestimmung Gleichgewichtskonzentration und jährliche Überprüfung 26

27 4. Schutzschichten Werkstoffe im W/D-Kreislauf Eisenwerkstoffe Kohlenstoffstähle Niedrig legierte Stähle Ferritische Edelstähle Austenitische Edelstähle Kupferwerkstoffe Messing Kupfer-Nickel Bronze Titan Basis 27

28 4. Schutzschichten Korrosion Eisenwerkstoffe

29 4. Schutzschichten Korrosion Kupferwerkstoffe 8,8 9,2 Niedrigste Korrosionsrate liegt bei einem ph-wert zwischen 8,8 und 9,2 29

30 4. Schutzschichten Unterschiede Magnetit Fe 3 O 4, (schwarz, ferromagnetisch, primär stabil in reduzierenden Bedingungen) Hämatit Fe 2 O 3, (rot/braun, nicht magnetisch, primär stabil in oxidierenden Bedingungen) 30

31 4. Schutzschichten Aufbau Rohrleitungswerkstoff Verworfene, porös erscheinende, epitaktische Teiloxidschicht kompakte topotaktische Teiloxidschicht dünne Hämatitschicht Hämatit weist eine viel feinere kristalline Struktur als das Magnetit auf und ist weniger löslich als dieses. 31 Quelle: VGB - Lüdenbach

32 4. Schutzschichten optischer Eindruck (1) Blick auf die Einläufe eines LuKo: Durchgängige rot/braune Deckschicht => Hämatit, Fe 2 O 3 32

33 4. Schutzschichten optischer Eindruck (2) Blick auf die Steigrohre einer Niederdrucktrommel: unterbrochene rot/braune Deckschicht => FAC 33

34 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Ende! Sauerstoff und Kaffee! Etwas unklar? 34

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