DE10116034A1 - Verfahren zur Verhinderung von Ablagerungen in Dampfsystemen - Google Patents
Verfahren zur Verhinderung von Ablagerungen in DampfsystemenInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Verhinderung der Ablagerung von Verunreinigungen in Dampfsystemen, in welchen der darin strömende Dampf gegebener Dampfqualität Temperatur- und/oder Druckänderungen unterworfen ist, wird eine einfache Verhinderung von Ablagerungen dadurch erreicht, dass durch entsprechende konstruktive Gestaltung und Auslegung der Dampfsysteme verhindert wird, dass infolge von Änderungen der Temperatur- und/oder Druckverhältnisse innerhalb des Dampfsystems die Dampflöslichkeit der in bestimmten Konzentrationen im Dampf vorhandenen Verunreinigungen überschritten wird.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung der Ablagerung von Verun
reinigungen in Dampfsystemen, in welchen der darin strömende Dampf gegebener Dampf
qualität Temperatur- und/oder Druckänderungen unterworfen ist. Ausserdem betrifft die Erfin
dung ein Dampfsystem zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Kühlung thermisch hoch belasteter Bauteile von Energiemaschinen beispielsweise einer
Gasturbinenanlage, beabsichtigt man aus Effizienzgründen in zunehmendem Masse Dampf
als Kühlmittel einzusetzen. Dieser Dampf kann als Dampf aber auch als Dampf-Luft-
Gemisch, die zu kühlenden Bauteile in einem offenen, halboffenen oder geschlossenen Sys
tem durchströmen.
In einem offenen Dampfsystem wird der Dampf von einer Vorrichtung zur Dampfbereitstel
lung (Abhitzekessel, Dampfturbinenanlage, Hilfsdampferzeuger, . . .) zur Vorrichtung zur
Dampfverwendung beispielsweise einer Gasturbinenanlage geführt, um deren Bauteile unter
Erwärmung zu kühlen. Der Kühldampf gelangt nach dem Durchströmen des Kühlsystems der
beispielsweisen Gasturbinenanlage in das Arbeitsmittel der Gasturbinenanlage und mit die
sem letztlich in die Atmosphäre.
In einem halboffenen Dampfsystem wird der Dampf von einer Vorrichtung zur Dampfbereit
stellung (Abhitzekessel, Dampfturbinenanlage, Hilfsdampferzeuger, . . .) zur Vorrichtung zur
Dampfverwendung beispielsweise einer Gasturbinenanlage geführt, um deren Bauteile unter
Erwärmung zu kühlen. Der Kühldampf wird nach dem Durchströmen des Kühlsystems der
Gasturbinenanlage einer Vorrichtung zur Dampfabnahme (Abhitzekessel, Dampfturbinenan
lage, technologischer Prozess, . . .) zugeführt.
In einem geschlossenen Dampfsystem ist die Vorrichtung zur Dampfbereitstellung (Dampf
kühler, Dampfgebläse, Dampffilter, . . .) mit der Vorrichtung zur Dampfabnahme identisch.
Durch die Vorrichtung zur Dampfbereitstellung wird der Vorrichtung zur Dampfverwendung, in
unserem Fall der Gasturbinenanlage, Dampf mit den entsprechenden Parametern zur Verfü
gung gestellt. Nach dem Durchströmen des Kühlsystems der Gasturbinenanlage wird der
Dampf zur Vorrichtung zur Dampfbereitstellung zurückgeführt, um die zur Aufrechterhaltung
des Kreislaufes notwendige Druckerhöhung, Kühlung, Reinigung u. dgl. vorzunehmen.
Bei der Dampfeinspritzung (steam injection) zur Leistungssteigerung wird Dampf als zusätzli
ches Arbeitsmittel zur Erhöhung des Massenstromes des Arbeitsmittels in die Gasturbinen
anlage eingespritzt. Dies kann wiederum in Form der direkten Einspritzung von Dampf in das
Arbeitsmittel oder indirekt nach der Durchströmung von zu kühlenden Gasturbinenbauteilen
erfolgen. Der Dampf kann aber auch in Form eines Dampf-Luft-Gemisches, d. h. in Kombina
tion mit Kühlluft über ein offenes Luftkühlsystem wiederum indirekt, d. h. nach der Durchströ
mung von zu kühlenden Gasturbinenbauteilen, in das Arbeitsmittel eingespritzt werden.
Man verwendet das Verfahren der Dampfeinspritzung, d. h. der Dampfeinführung, in das Ar
beitsmittel der Gasturbinenanlage auch beim Cheng-Cycle. Beim Cheng-Cycle wird zur Ver
meidung einer Dampfturbinenanlage sowie der zum Betrieb der Dampfturbinenanlage erfor
derlichen Systeme der im Abhitzekessel erzeugte Dampf vollständig in die Gasturbinenanla
ge eingespritzt.
Verunreinigungen im Dampf zeichnen sich durch eine gewisse Dampflöslichkeit aus. In Be
zug auf mögliche Ablagerungen ist dabei Siliziumdioxid (SiO2) wegen der Probleme bei der
Reinigung von Zusatzwasser und Kondensat sowie der Schwierigkeiten bei der messtechnischen
Erfassung von besonderer Bedeutung. Stellvertretend für die Vielzahl möglicher Ver
unreinigungen wird daher im folgenden SiO2 beispielhaft herangezogen.
Die hochpräzisen Bauteile einer Gasturbinenanlage, die kleinen Abmessungen der Kühlka
näle, die hohen Anforderungen an die Strömungsbedingungen und dergleichen resultieren in
der Notwendigkeit, eine hohe Dampfqualität zu garantieren. Ohne diese Reinheit kommt es
zu Ablagerungen innerhalb der Dampfsysteme, die Leistungsfähigkeit der Anlagen wird her
abgesetzt und Revisionen mit entsprechenden Standzeiten der Anlagen werden erforderlich.
Dies ist insbesondere für die offenen und halboffenen Dampfsysteme von Bedeutung, weil
bei diesen Systemen der Kühldampf ständig aufs neue bereitgestellt werden muss, und somit
immer neue Verunreinigungen ins System gelangen können.
Daraus ergeben sich nicht zuletzt für die zum Einsatz gelangende Dampferzeugertechnologie
zahlreiche Zwänge, beispielsweise hinsichtlich der Komponentenauslegung (Dampftrocknung
in Trommeln und Separatoren), der Dampftemperaturregelung durch Wassereinspritzung
oder Dampfmischung, der chemischen Fahrweisen usw.
Man versucht derzeit, durch entsprechende Konzepte der Dampfbereitstellung und der
Dampfreinigung eine mit grosser Zuverlässigkeit Ablagerungen vermeidende Dampfqualität
sicherzustellen. So sind zahlreiche Verfahren der Dampfmischung bekannt, um die Dampf
temperatur ohne Wassereinspritzung regeln zu können. Ferner werden spezielle Dampffilter,
insbesondere für geschlossene Dampfsysteme, empfohlen.
Alle diese Ansätze beruhen darauf, für derartige Dampfanwendungen mit nachteilig hohem
technischen und damit auch finanziellem Aufwand die Erzeugung sehr reinen Wassers zu
garantieren, durch Kondensatreinigungsanlagen dieses Wasser qualitativ weiter zu verbes
sern, eine Verunreinigung des Dampfes durch entsprechende Verfahren der Dampferzeu
gung und Dampfparameterregelung zu vermeiden, den Dampf durch geeignete Filter von
Verunreinigungen zu befreien sowie in den betreffenden Systemen chemischen Wechselwir
kungen z. B. Korrosion durch geeignete Materialwahl vorzubeugen.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verhinderung der Ab
lagerung von Verunreinigungen in Dampfsystemen zur Verfügung zu stellen, bei welchem die
Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
Die erfindungsgemässe Lösung der obigen Aufgabe besteht darin, bei derartigen Dampfsystemen,
in welchen der darin strömende Dampf gegebener Dampfqualität Temperatur-
und/oder Druckänderungen unterworfen ist, durch eine entsprechende konstruktive Gestal
tung und Auslegung der Dampfsysteme zu verhindern, dass infolge von Änderungen der
Temperatur- und/oder Druckverhältnisse innerhalb des Dampfsystems die Dampflöslichkeit
der in bestimmten Konzentrationen im Dampf vorhandenen Verunreinigungen überschritten
wird.
Der Kern der Erfindung besteht somit darin, nicht wie bisher nach dem Stand der Technik die
Qualität d. h. die Reinheit des Dampfes auf einen bestimmten, sehr niedrigen und Ablagerun
gen mit einer hohen Wahrscheinlichkeit verhindernden Wert zu bringen, sondern vielmehr
unter den in der Praxis gegebenen Bedingungen für die Dampfqualität sowie entsprechend
dem Löslichkeitsverhalten der Verunreinigungen zu verhindern, dass eine Abscheidung der
Verunreinigungen im Dampfsystem überhaupt auftreten kann. Überraschenderweise zeigt es
sich nämlich, dass die totale "Vorreinigung" des Wassers bzw. des Dampfes eigentlich gar
nicht nötig ist, sondern dass es ausreichend ist, ein Erreichen von kritischen Parametern im
Dampfsystem zu vermeiden, das heisst, eine Abscheidung von Verunreinigungen nach sich
ziehende Parameter des Dampfes zu vermeiden.
Dies geschieht dadurch, dass die Parameter Temperatur und Druck durch eine geeignete
Wahl der Auslegungsparameter und/oder durch eine entsprechende Führung des Dampfes
im System, respektive durch gegebenenfalls eine entsprechende Sicherstellung der Tempe
ratur, nie Werte annehmen, welche eine Abscheidung von Verunreinigungen ermöglichen. Mit
anderen Worten geht es darum, ein übermässiges Absinken von Temperatur und/oder Druck
auf einen kritisch tiefen Wert zu verhindern. Dies kann auf verschiedenste Weise geschehen,
sei es dadurch, dass ein kritisches Absinken der Temperatur durch eine Erhöhung des
Dampfmassenstromes, und/oder eine Verringerung von kühlenden externen Einflüssen ver
hindert wird, und/oder aber auch, indem der Dampf, insbesondere in kritischen Bereichen des
Dampfsystems, eine entsprechende Temperaturerhöhung erfährt. In Bezug auf den Druck
kann eine Beeinflussung dadurch erfolgen, dass die Strömungsverhältnisse durch die Art und
Gestaltung der Dampfführung im Dampfsystem derart ausgebildet werden, dass Druckverlu
ste, insbesondere in kritischen Bereichen, vermieden werden.
Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus,
dass es sich bei den Verunreinigungen um Siliziumdioxid (SiO2) handelt.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Verfahren bei einer Dampfküh
lung oder einer Dampfeinspritzung einer Gasturbinenanlage angewendet. Dies sind zwei be
sonders bedeutende Anwendungen von Dampf bei Gasturbinenanlagen.
Als zusätzliche Massnahme zur Verhinderung von Ablagerungen kann ausserdem vorgese
hen werden, dass Temperatur und/oder Druck des in dem Dampfsystem strömenden Damp
fes derart eingestellt werden, dass im Dampfsystem die Dampflöslichkeit der in einer be
stimmten Konzentration im Dampf vorhandenen Verunreinigungen nicht überschritten wird.
Meist ist der Spielraum für die Parameter Temperatur und/oder Druck des in Dampfsystemen
strömenden Dampfes ausreichend gross, um durch eine gezielte Wahl bzw. Optimierung von
wenigstens einem dieser Parameter die Gefahr von Ablagerungen noch weiter zu vermin
dern.
Ganz besonders vorteilhaft kann das Verfahren dadurch gestaltet werden, indem beide Werte
gleichzeitig überwacht werden, und das Wertepaar Druck und Temperatur des Dampfes im
Dampfsystem nie einen kritischen Wert annimmt, und dass insbesondere kritische Bereiche
des Dampfsystems mit signifikanten Druckabfällen vermieden werden. Insbesondere kann
dies auch dadurch geschehen, dass ein Absinken des Druckes derart, dass die
Dampflöslichkeit der in bestimmten Konzentrationen im Dampf vorhandenen Verunreinigun
gen überschritten würde, durch einen entsprechenden Anstieg der Temperatur kompensiert
wird.
Bei Dampf-Luft-Gemischen ist zu beachten, dass für den Dampfdruck nunmehr der Par
tialdruck des Dampfes im Gemisch als Druckgrösse anzusetzen ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der einzige
kritische Druckabfall im Dampfsystem an die Austrittsstelle des Dampfes aus der Vorrichtung
zur Dampfverwendung gelegt wird. So werden höchstens in der leicht zu reinigenden Aus
trittsregion Ablagerungen erfolgen. Sind ausserdem an der Austrittstelle die Strömungsge
schwindigkeiten des Dampfes hoch, so kann sich ein selbstreinigender Effekt einstellen.
Die Erfindung umfasst ausserdem ein Dampfsystem zur Durchführung eines der oben be
schriebenen Verfahren.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit
den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Löslichkeitsdiagramm für SiO2 in Wasser und Dampf,
Fig. 2 ein schematisches h-s-Diagramm mit Linien konstanter Dampflöslichkeit von SiO2
und
Fig. 3 ein schematisches h-s-Diagramm nach Fig. 2 mit dem Parameterverlauf in einem
halboffenen Dampfsystem.
Die Dampflöslichkeit von Verunreinigungen ist im wesentlichen von den Parametern Druck
und Temperatur abhängig. Mit steigender Temperatur und steigendem Druck steigt im allge
meinen deren Dampflöslichkeit und umgekehrt, wobei der Druckeinfluss dominant ist. Fig. 1
zeigt beispielhaft für alle Verunreinigungen ein Diagramm für die Löslichkeit von SiO2 in Was
ser bzw. Dampf in Abhängigkeit von der Temperatur bei Drücken von 1 bar, 6 bar, 19 bar und
50 bar. Es zeigt sich, dass für einen Druck von 6 bar und eine Temperatur von 400°C SiO2
bis zu einer Konzentration von ca. 1 mg/kg (1000 ppb) in Dampf löslich ist.
Trotz dieses an sich bekannten Verhaltens wurde für die Verhinderung von Ablagerungen in
Dampfsystemen bisher immer der Schluss gezogen, dass nur durch die Sicherstellung der
dem ungünstigsten Fall entsprechenden Bedingungen und damit durch die niedrigste Kon
zentration an SiO2 oder einer anderen Verunreinigung, eine Ablagerung derselben wirksam
verhindert werden kann. So werden zur Vermeidung von SiO2-Ablagerungen in Dampfsyste
men Konzentrationen von weniger als 0.02 mg/kg (SiO2 < 20 ppb) als Richtwerte vorgege
ben.
Da die Bereitstellung von derart reinem Dampf, insbesondere bei offenen und halboffenen
Dampfsystemen, teuer ist, stützt sich der erfindungsgemässe Ansatz darauf, im System kriti
sche Werte von Druck und Temperatur zu vermeiden, bei welchen es zu Ablagerungen von
Verunreinigungen kommen könnte.
In Dampfsystemen von Gasturbinenanlagen (Dampfkühlung, Dampfeinspritzung etc.) herr
schen typischerweise Temperaturen im Bereich von 250 bis 580°C und Drücke im Bereich
von 20 bis 40 bar.
Unter einer Gasturbinenanlage wird nachfolgend eine Anlage bestehend aus mindestens
einem Verdichter, mindestens einer Brennkammer und mindestens einer Gasturbine verstan
den. Durch den Verdichter wird Luft angesaugt und verdichtet, dann als Verbrennungsluft
einer Brennkammer zugeführt, und das dort entstehende Heissgas arbeitsleistend in einer
Gasturbine entspannt. Die mindestens eine Gasturbine und der mindestens eine Verdichter
befinden sich auf einer Welle.
Durch die Vielzahl der sich aus der Kombination der Dampfsysteme, der Aufgabe des
Dampfsystems, der mit Dampf durchströmten Bauteile u. dgl. bei einer Gasturbinenanlage
ergebenden Möglichkeiten, kann es sich bei der Vorrichtung zur Dampfverwendung bei einer
Gasturbinenanlage um die Gesamtanlage aber auch beispielsweise nur um ein Bauteil des
Gehäuses oder eine Schaufelreihe handeln.
Das Problem der Verhinderung von Ablagerungen ist aber nicht nur für Dampfsysteme inter
essant, bei welchen sich der Dampf erwärmt, wie beispielhaft am Dampfkühlsystem von Ga
sturbinenanlagen erläutert, sondern auch beim Einsatz von Dampf zu Heizzwecken, bei wel
chen der Dampf eine Temperaturabsenkung erfährt. Unter dem Begriff des Dampfsystems
werden daher allgemein Dampfkühlsysteme aber auch Dampfheizsysteme verstanden.
In der Fig. 1 sind nun weiterhin verschiedene Parameteränderungen mit den resultierenden
Wirkungen auf die Dampflöslichkeit wiederum am Beispiel von Siliziumdioxid (SiO2) darge
stellt.
Zunächst ist mit dem Pfeil I ein isobarer Übergang aus einem Zustand A mit p = 6 bar und T =
400°C in einen Zustand B mit p = 6 bar und T = 300°C dargestellt. Man erkennt leicht, dass
eine derartige Druckreduzierung bereits dazu führen kann, dass SiO2 abgeschieden wird.
Betrug die maximal im Dampf lösliche SiO2-Konzentration im Punkt A 1.0 mg/kg (1000 ppb),
so ging diese auf einen Wert von 0.14 mg/kg (140 ppb) im Punkt B zurück.
Mit dem Pfeil II ist ein isothermer Übergang vom Zustand B in den Zustand C mit p = 1 bar
und T = 300°C dargestellt. Man erkennt wiederum, dass eine derartige Temperaturabsen
kung ebenfalls dazu führen kann, dass SiO2 abgeschieden wird. Beträgt die maximal im
Dampf lösliche SiO2-Konzentration im Punkt B 0.14 mg/kg (140 ppb), so geht diese auf einen
Wert von 0.11 mg/kg (110 ppb) im Punkt C zurück.
Mit dem Pfeil III ist ein isobarer Übergang vom Zustand C in den Zustand D mit p = 1 bar und
T = 500°C dargestellt. Man erkennt wiederum, dass eine derartige Temperaturerhöhung nun
im Gegensatz zu den vorherigen Zustandsänderungen zu einer Erhöhung der Dampflöslich
keit von SiO2 führt. Beträgt die maximal im Dampf lösliche SiO2-Konzentration im Punkt C
0.11 mg/kg (110 ppb), so erhöht sich diese auf einen Wert von 0.18 mg/kg (180 ppb) im
Punkt D. Eine Temperaturerhöhung ist daher geeignet, um einer Verminderung der Dampflöslichkeit
von Verunreinigungen durch Druckabfall gegenzusteuern bzw. diese zu kompen
sieren.
Das Löslichkeitsverhalten von Verunreinigungen ausnutzend, kann man nun Ablagerungen in
Dampfsystemen dadurch vermeiden, indem
- - man die Auslegungsparameter für Druck und/oder Temperatur ausreichend hoch wählt,
- - dafür gesorgt wird, dass durch Druck- und/oder Temperaturabfall die Dampflöslichkeit von Verunreinigungen nie erreicht bzw. überschritten wird oder
- - indem die sinkende Dampflöslichkeit infolge Druckabfall durch einen Temperaturanstieg teilweise oder vollständig kompensiert wird.
Bezüglich möglicher Abscheidungen von Verunreinigungen kritische Parameterkonstellatio
nen in Dampfsystemen werden nun erfindungsgemäss dadurch vermieden, indem prozess
technisch und strömungstechnisch dafür gesorgt wird, dass die Grenze für mögliche Ab
scheidungen nie erreicht bzw. überschritten wird. Dies wird dadurch erreicht, dass durch die
Systemauslegung
- - im Falle der Notwendigkeit der Beherrschung grösserer Druck- und/oder Temperaturab fälle die Auslegungsparameter für Druck und/oder Temperatur ausreichend hoch gewählt werden,
- - eine kritische Kombination von Druck- und Temperaturabfall vermieden wird,
- - ein kritisches Absinken der Dampflöslichkeit infolge grösserer Druckabfälle durch eine entsprechende Erwärmung des Dampfes und damit einen Temperaturanstieg kompen siert wird.
Gasturbinenanlagen kommen vielfach, in der Stromerzeugung nahezu ausnahmslos, im Zu
sammenhang mit Abhitzekesseln zum Einsatz. Abhitzekessel verfügen über bis zu drei
Druckstufen und möglicherweise über eine Zwischenüberhitzung. Somit gibt es eine Vielzahl
von Möglichkeiten, die Parameter eines entsprechenden Dampfsystems zu beeinflussen.
Grössere Druck- und/oder Temperaturabfälle in Dampfsystemen lassen sich durch eine ent
sprechende Auslegung der Strömungsquerschnitte, Wahl der Dampfmassenströme u. dgl.
vermeiden.
Dient der Dampf, wie am Beispiel der Gasturbinenanlage dargestellt, der Kühlung von Bau
teilen, so erfährt der Dampf durch Wärmeaufnahme eine Erwärmung. Konstruktiv ist nun
Sorge dafür zu tragen, dass vor und/oder in Bereichen mit signifikantem Druckabfall eine ent
sprechende Erwärmung des Kühldampfes erfolgt.
Fig. 2 zeigt ein h-s-Diagramm mit Linien konstanter SiO2-Löslichkeit in Dampf. Man sieht
wiederum die mit sinkendem Druck und sinkender Temperatur abnehmende Dampflöslich
keit. Die Linien konstanter SiO2-Dampflöslichkeit entsprechen interessanterweise in etwa der
Winkelhalbierenden zwischen den Linien konstanten Druckes und den Linien konstanter
Temperatur. Ausserdem ist der Grenzwert (GW) für Dampfturbinen dargestellt.
In der Fig. 3 sind ergänzend zur Fig. 2 die Zustandsänderungen des Dampfes innerhalb
eines Dampfsystems, im vorliegenden Fall eines halboffenen Dampfkühlsystems einer Ga
sturbinenanlage, in Form eines h-s-Diagrammes (x-Achse: Entropie, y-Achse: Enthalpie) dar
gestellt. Der Kühldampf besitzt im Punkt E (Austritt aus der Vorrichtung zur Dampfbereitstel
lung) einen Druck von 30 bar und eine Temperatur von 360°C. Bis zur Gasturbinenanlage
oder dem zu kühlenden Bauteil (Vorrichtung zur Dampfverwendung), beispielsweise einer
Schaufel, treten Druckverluste von ca. 8 bar und Temperaturverluste von ca. 5 K auf. Der
Dampf hat daher im Punkt F (Eintritt in die Vorrichtung zur Dampfverwendung) einen Druck
von ca. 22 bar und eine Temperatur von 355°C. Mit diesem Druckverlust geht eine starke
Abnahme der Dampflöslichkeit einher. Bei der Durchströmung des zu kühlenden Bauteils
(Vorrichtung zur Dampfverwendung) treten weitere Druckverluste in der Grössenordnung von
4 bar auf. Allerdings erwärmt sich der Dampf um ca. 200 K. Der Dampf hat damit am Austritt
des zu kühlenden Bauteils im Punkt G (Austritt aus der Vorrichtung zur Dampfverwendung)
einen Druck von 18 bar und eine Temperatur von 560°C. Mit diesen Parametern wird der
Dampf nun einer Vorrichtung zur Dampfabnahme zugeführt. Infolge des Temperaturanstieges
kommt es zu einer deutlichen Zunahme der Dampflöslichkeit von SiO2 innerhalb der Vorrich
tung zur Dampfverwendung. Für den dargestellten Prozess wäre zur Verhinderung von SiO2-
Ablagerungen die Einhaltung eines Grenzwertes für die SiO2-Konzentration von 3000 ppb (3 mg/kg)
ausreichend. Man erkennt ferner, dass der für Ablagerungen kritische Bereich der
Eintrittsbereich des Dampfes in das zu kühlende Bauteil (Vorrichtung zur Dampfverwendung)
ist. Der üblicherweise für Dampfsysteme verwendete und für Dampfturbinenanlagen spezifi
zierte Grenzwert GW beträgt jedoch lediglich 20 ppb.
Etwas andere Verhältnisse ergeben sich bei Dampf-Luft-Gemischen. Für den Dampfdruck ist
jetzt der von der Dampfkonzentration abhängige Partialdruck des Dampfes in Ansatz zu brin
gen. Damit liegen insbesondere bei geringen Dampfkonzentrationen geringe Partialdrücke
des Dampfes vor, was wiederum zu sehr geringen Dampflöslichkeiten der jeweiligen Verunreinigung
führen kann. Abhilfe kann hier die Einhaltung einer Mindestdampfkonzentration
bringen.
Unter den genannten Bedingungen ist es vorteilhaft, einen signifikanten Druckabfall im
Dampfsystem an der Stelle des Austrittes des Dampfes aus dem zu kühlenden Bauteil bzw.
der Vorrichtung zur Dampfverwendung vorzusehen und dabei eine möglichst hohe Austritts
geschwindigkeit des Dampfes zu realisieren. Dadurch würde sich die Ablagerung von Verun
reinigungen, beispielsweise infolge aussergewöhnlicher Betriebsbedingungen, zunächst auf
leicht zugängliche Stellen und damit leicht zu reinigende Stellen konzentrieren. Durch den
sich mit wachsender Dampfgeschwindigkeit ausbildenden Selbstreinigungseffekt kann die
Ablagerung von Verunreinigungen begrenzt im besten Fall verhindert werden.
Claims (10)
1. Verfahren zur Verhinderung der Ablagerung von Verunreinigungen in Dampfsystemen, in
welchen der darin strömende Dampf gegebener Dampfqualität Temperatur- und/oder
Druckänderungen unterworfen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
durch entsprechende konstruktive Gestaltung und Auslegung der Dampfsysteme verhin
dert wird, dass infolge von Änderungen der Temperatur- und/oder Druckverhältnisse in
nerhalb des Dampfsystems die Dampflöslichkeit der in bestimmten Konzentrationen im
Dampf vorhandenen Verunreinigungen überschritten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den
Verunreinigungen um Siliziumdioxid (SiO2) handelt.
3. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim
Dampfsystem um eine Dampfkühlung oder eine Dampfeinspritzung einer Gasturbinenan
lage handelt.
4. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich
über die Einstellung von Temperatur und/oder Druck des in dem Dampfsystem strömen
den Dampfes verhindert wird, dass im Dampfsystem die Dampflöslichkeit der in be
stimmten Konzentrationen im Dampf vorhandenen Verunreinigungen überschritten wird.
5. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kon
struktive Gestaltung und Auslegung der Dampfsysteme derart wirkt, dass das Wertepaar
Druck und Temperatur des Dampfes im Dampfsystem nie einen Wert annimmt, bei wel
chem die Dampflöslichkeit der in bestimmten Konzentrationen im Dampf vorhandenen
Verunreinigungen überschritten wird, und dass insbesondere kritische Bereiche mit signi
fikanten Druckabfällen ohne gleichzeitige äquivalente Temperaturerhöhung des Dampf
vermieden werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Absinken des Druckes
derart, dass die Dampflöslichkeit der in bestimmten Konzentrationen im Dampf vorhandenen
Verunreinigungen überschritten würde, durch einen entsprechenden Anstieg der
Temperatur kompensiert wird.
7. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Dampf-
Luft-Gemischen der Partialdruck des Dampfes im Gemisch als Druckgrösse zu berück
sichtigen ist.
8. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der einzige
kritische Druckabfall im Dampfsystem an die Stelle des Austrittes des Dampfes aus der
Vorrichtung zur Dampfverwendung gelegt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Austrittstelle des
Dampfes aus der Vorrichtung zur Dampfverwendung die Strömungsgeschwindigkeit des
Dampfes so hoch ist, dass sich ein selbstreinigender Effekt an der Austrittsstelle einstellt.
10. Dampfsystem zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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