Techniken zur Vermeidung von Dampferzeugerkorrosion an rostgefeuerten Dampferzeugern

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1 Techniken zur Vermeidung von Dampferzeugerkorrosion an rostgefeuerten Dampferzeugern Referent: Dipl.-Ing. Thomas Maghon Autor: Dr.-Ing. Ingo Zorbach Berlin, 26. Januar 2016

2 Inhaltsübersicht Firmenwurzeln Steinmüller Babcock Typische Korrosionsschäden an Dampferzeugern Schutz von Verdampferheizflächen Schutz von Überhitzerheizflächen Schutz vor Korrosion durch Anlagenkombination mit anderen Techniken 2

3 Firmenwurzeln von Steinmüller Babcock Environment (Energy from Waste & Flue Gas Cleaning) 11 / / / / /2016 (Energy from Waste & Flue Gas Cleaning) (Energy from Waste & Flue Gas Cleaning) Noell- KRC Energie- und Umwelttechnik GmbH 3

4 Inhaltsübersicht Firmenwurzeln Steinmüller Babcock Typische Korrosionsschäden an Dampferzeugern Schutz von Verdampferheizflächen Schutz von Überhitzerheizflächen Schutz vor Korrosion durch Anlagenkombination mit anderen Techniken 4

5 Schadensbeispiel: Riss in Verdampferrohr ca. 260 mm 5

6 Typische Schäden an Ausmauerung und Cladding Bildquelle: Lüdenbach/Körner, VGB Werkstofflabor.: Biomasseverbrennung in ehemaligen Steinkohlekesseln - Untersuchung der Reaktionsgrenzschicht thermisch hoch beanspruchter Überhitzerrohre 6

7 Inhaltsübersicht Firmenwurzeln Steinmüller Babcock Typische Korrosionsschäden an Dampferzeugern Schutz von Verdampferheizflächen Schutz von Überhitzerheizflächen Schutz vor Korrosion durch Anlagenkombination mit anderen Techniken 7

8 Unterschiedliche Temperaturen bedingen unterschiedliche Schutzkonzepte T / C 1500 ~900 C ~180 C ~1300 C ~650 C ~850 C Beeinflussende Faktoren: Abfallzusammensetzung Gehalt Volatile Ascheschmelztemperaturen Ansatzneigung Rauchgasgeschwindigkeit Wärmeübertragungsmechanismus (Strahlung oder Konvektion) 8

9 Protection concepts for first duct Cladding auf Membranwand Ausmauerung 9

10 Typisches Schutzkonzept für einen Verdampfer Haupteinflüsse auf die Wahl des Schutzkonzeptes Temperaturen Verweilzeiten / 850 C Ebene Wärmeleitfähigkeit des Materials Teillastfähigkeit des Kessels Kesselgröße Wartungsmöglichkeiten bei Schäden Cladding (ca. 3 m) SBENG Standard Refractory system upper section (1st pass) Refractory system lower section (furnace) Shaped tiles castables Cladding SBENG Standard Al2O3 - castable SBENG Standard 10

11 Übersicht Entwicklung der Cladding Technologie Clading Integration Die Wahl des richtigen Cladding Prozesses hängt stark vom Werkstück ab SBENG EVO Prozess Integrierte Herstellung: Maschinencladding Handcladding Platten Cladding mit Kurzslichtbogen Geringere Fe Diffusion in das Cladding Material Wenig Schrinkung und Verzug Cladding mit Impulslichtbogen Hohe Fe Diffusion in das Cladding Material, Gleichmäßigkeit nicht optimal Hoher Verzug nach dem Schweissen Entwicklungshöhe 11

12 Cladding Technologie Das Cladding System wird immer an die Rauchgastemperatur und die zu erwartende Korrosionsgefahr angepasst - SBENG nutzt drei Werkstoffe zum Cladding (andere Werkstoffe auf Anfrage ebenfalls möglich) -> Inconel 625 (NiCrMoNb alloy) Inconel 686 (NiCrMoW alloy) Inconel 690 (NiCrFe alloy) Alle Caldding Varianten sind abhängig vom Grundwerkstoff! - SBENG empfiehlt folgendes: -> Bereiche mit Automatencladding so groß wie möglich Manuelles Cladding sollte vermieden werden Verwendung von Nickelplatten Vermeidung von Schwarzmaterial 12

13 Beispiele für Ausführung von Cladding Scharz/Weiß Übergangsnaht Automaten Cladding (rund) Nickel Platten: kein Cladding nötig Automaten Cladding (längs) 13

14 Membrane wall Cladding in Operation rund gecladded längs gecladded Nach Betriebsstunden: - Struktur sehr gut erhalten: Fast keine Korrosion - Schichtdicken immer noch innerhalb der Herstellungstoleranz 14

15 Inhaltsübersicht Firmenwurzeln Steinmüller Babcock Typische Korrosionsschäden an Dampferzeugern Schutz von Verdampferheizflächen Schutz von Überhitzerheizflächen Schutz vor Korrosion durch Anlagenkombination mit anderen Techniken 15

16 Das Schutzkonzept des Überhitzers hängt von den Dampfparametern ab Dampfparameter Besonderheit 40 bar / 400 C Standard Paramter, kein besonderer Schutz nötig 60 bar / C Erhöhte Dampftemperatur; Rauchgastemperatur ca C vor ungeschütztem Endüberhitzer oder 700 C und Cladding 70 bar / 480 C 100 bar / 500 C Alle Überhitzer in Horizontalzug wg. Demontage/Remontage; -> höhere Verfügbarkeit wg. kürzerer Wartungszeit Konzept ähnlich Neapel: Schottüberhitzer in 2. Zug oder externe Überhitzung mit Erdgas oder Biogas 16

17 Schutzkonzepte für Überhitzer Begrenzung der Temperatur vor den Überhitzern Einbau einer Kältefalle / Schutzverdampfer Optimierte Reihenfolge der Heizflächen Scutz durch Auftragsschweißen von Inconel Bei hoher Korrosionsbelastung: Vorsehen eines Austauschkonzeptes 17

18 Schutz der Überhitzer durch optimierte Anordnung der Heizflächen Standard Anordnung bei moderaten Dampfparametern Live steam Steam from drum Evap. SH 3 SH 2.2 SH 2.1 SH 1 SH 1.2 SH 1.1 Flue gas flow Steam from drum Evap. Anordnung bei hohen Dampfparametern Live steam SH 1.1 SH 3 SH 2.2 SH 2.1 SH 1 SH 1.2 Flue gas flow Live steam Steam from drum Evap. SH 2.1 SH 3 SH 2.2 SH 1 SH 1.2 SH 1.1 Flue gas flow 18

19 Beispiel für den Einsatz von Rundcladding Rundcladding 2,0 mm Inconel 686 CPT 19

20 Ausführungsbeispiele Cladding an Überhitzern Nach Betriebsstunden: - Struktur sehr gut erhalten: Fast keine Korrosion - Schichtdicken immer noch innerhalb der Herstellungstoleranz - Kein Verzug der Rohrbündel feststellbar 20

21 Inhaltsübersicht Firmenwurzeln Steinmüller Babcock Typische Korrosionsschäden an Dampferzeugern Schutz von Verdampferheizflächen Schutz von Überhitzerheizflächen Schutz vor Korrosion durch Anlagenkombination mit anderen Techniken 21

22 Schutz durch Anlagenkombination externer Überhitzer Eco Inlet Feedwater SH1 Inlet Steam Outlet Steam SH2 58 MW, 400 / 520 C 22

23 Einbindung externer Überhitzer: vereinfachtes Wärmeschaltbild Biogas Erdgas 23

24 Natural Gas substitution by Biogas Anaerobe Vergärung zur Behandlung orgnaischer Bestandteile im Müll Produktion von schwefelarmen Biogas Nutzungsmöglichkeiten von Biogas Direkt: Substitution von Erdgas am externen ÜH Indirekt: Nutzung in Gasturbine oder Motor externe Überhitzung von Dampf mit Abwärme der Turbine; zusätzlich Kondensat- und Speisewasservorwärmung durch Abwärme auf niedrigem Temeperaturniveau Vorteil: Fast kein Korrosionsrisiko! SBE: eight Referenzen im Bereich Trockenvergärung von t/y bis zu t/y; Vergärung von Biomüll und Hausmüll; Biogasausbeute ca. 150 Nm³/t 24

25 Die SBE Kombianlage: mehr Effizienz weniger Korrosion RDF zur Verbrennung 400 C 520 C G Waste pretreatment Aufbereitung Entwässerter Gärrest ECO Pre ~150 Nm³/t waste SH Abwärmenutzung Biofraktion zur Vergärung Abwasser Gas turbine & generator OR Gasmotor G 25

26 Let s work it out together.