DE102014200119A1

DE102014200119A1 - Method for cleaning surfaces of a burner

Info

Publication number: DE102014200119A1
Application number: DE102014200119.6A
Authority: DE
Inventors: Andrea Bolz; Andreas Böttcher; Sabine Grendel; Vincentius Hartanto; Daniel Vogtmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-01-08
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2015-07-09
Also published as: WO2015104150A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von alitierten Oberflächen eines Brenners, insbesondere eines Gasturbinenbrenners, das die Schritte aufweist: a) Bereitstellen zumindest einer zu reinigenden alitierten Oberfläche; b) Thermische Behandlung der Oberfläche zur Entfernung von Verunreinigungen mit anschließender Abkühlung der Oberfläche; c) Behandeln der Oberfläche mit einer im Wesentlichen basischen Flüssigkeit zum Entfernen loser Partikel; d) Behandeln der Oberfläche mit einem Passivierungsmittel; und e) Trocknen der Oberfläche.The invention relates to a method for cleaning alitierten surfaces of a burner, in particular a gas turbine combustor, comprising the steps of: a) providing at least one alitierten surface to be cleaned; b) thermal treatment of the surface to remove impurities with subsequent cooling of the surface; c) treating the surface with a substantially basic liquid to remove loose particles; d) treating the surface with a passivating agent; and e) drying the surface.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Oberflächen eines Brenners, insbesondere eines Gasturbinenbrenners. The invention relates to a method for cleaning surfaces of a burner, in particular a gas turbine burner.

Durch verschiedene Einflüsse können die Oberflächen von Gasturbinenbrennern verunreinigen, beispielsweise durch Elemente des Brennstoffes oder der angesaugten Luft. Hier spielen Faktoren wie Brennstoffzusammensetzung, Umgebungsbedingungen und dergleichen eine entscheidende Rolle. So kann die angesaugte Luft durch umliegende Industrie mit verschiedensten Elementen verunreinigt sein, die im Ansaugtrakt nicht komplett herausgefiltert werden und sich bei der Durchströmung des Brenners an dessen Oberflächen als Verunreinigungen ablagern können. Typische Verunreinigungen bilden Ablagerungen aus Staub, Kalk, Rost, Eisenoxyden, Eisensulfiden, elementarem Schwefel oder sonstigen organischen Stoffen. Diese können die Brennstoffdüsen des Brenners verstopfen und damit die Verbrennung negativ beeinflussen, was zu einer verschlechterten Leistung bis hin zu Maschinenschäden führen kann. Through various influences, the surfaces of gas turbine burners can contaminate, for example by elements of the fuel or the intake air. Here factors such as fuel composition, environmental conditions and the like play a crucial role. So the sucked air can be contaminated by surrounding industry with various elements that are not completely filtered out in the intake and can be deposited as impurities in the flow through the burner on the surfaces. Typical impurities form deposits of dust, lime, rust, iron oxides, iron sulfides, elemental sulfur or other organic matter. These can clog the fuel nozzles of the burner and thus adversely affect the combustion, which can lead to a deteriorated performance up to machine damage.

Um derartige Ablagerungen von den Oberflächen eines Brenners zu entfernen, sollten die Oberflächen in regelmäßigen Zeitabständen gereinigt werden. Bei bekannten Reinigungsverfahren werden in der Regel säurehaltige Reinigungsmittel eingesetzt, insbesondere in Form von Zitronensäure, womit grundsätzlich sehr gute Reinigungsergebnisse erzielt werden. To remove such deposits from the surfaces of a burner, the surfaces should be cleaned at regular intervals. Acid-containing cleaning agents are generally used in known purification processes, in particular in the form of citric acid, which in principle results in very good cleaning results.

Von den Erfindern durchgeführte Versuchsreihen haben allerdings gezeigt, dass die Reinigung alitierter, als Korrosionsschutz dienender Oberflächen eines Brenners unter Verwendung herkömmlicher Reinigungsverfahren nicht empfehlenswert ist, da die Alitierung angegriffen wird. So wurden Alitierungsaufbauschichten in der Größenordnung von 70 µm bereits nach Reinigungsdauern zwischen 240 und 480 Minuten vollständig abgetragen. Darüber hinaus wurde im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen festgestellt, dass die Behandlung alitierter Oberflächen mit herkömmlichen Reinigungsverfahren auch Geometriveränderungen an den behandelten Bauteilen zur Folge hat, wie beispielsweise die Vergrößerung von Bohrungen, Lochkorrosion oder dergleichen. Entsprechend können alitierte Oberflächen eines Brenners beim Einsatz herkömmlicher Reinigungsverfahren nur einer geringen Anzahl von Reinigungszyklen unterzogen werden, bevor diese repariert oder ganz ausgetauscht werden müssen, was nicht wünschenswert ist. Tests carried out by the inventors have shown, however, that it is not recommended to clean alitized anticorrosive surfaces of a burner using conventional cleaning methods, as alitiation is attacked. Thus, Alitierungsaufbichtsichten in the order of 70 microns were completely removed already after cleaning periods between 240 and 480 minutes. In addition, it was found in the investigations carried out that the treatment of alitierter surfaces with conventional cleaning method also geometry changes to the treated components result, such as the enlargement of holes, pitting or the like. Accordingly, using conventional cleaning methods, painted surfaces of a burner can undergo only a small number of cleaning cycles before they need repairing or replacement, which is undesirable.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Reinigen von alitierten Oberflächen eines Brenners zu schaffen, das weder mit einer Beschädigung der Alitierung noch mit Geometrieveränderungen einhergeht und entsprechend beschädigungsfrei durchführbar ist. Starting from this prior art, it is an object of the present invention to provide a method for cleaning alitierten surfaces of a burner, which is associated with neither damage to the Alitierung still with geometry changes and is correspondingly damage-free feasible.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Reinigen von alitierten Oberflächen eines Brenners, insbesondere eines Gasturbinenbrenners, das die Schritte aufweist:

a) Bereitstellen zumindest einer zu reinigenden alitierten Oberfläche;
b) Thermische Behandlung der Oberfläche zur Entfernung von Verunreinigungen mit anschließender Abkühlung der Oberfläche;
c) Behandeln der Oberfläche mit einer im Wesentlichen basischen Flüssigkeit zum Entfernen loser Partikel;
d) Behandeln der Oberfläche mit einem Passivierungsmittel; und
e) Trocknen der Oberfläche.

To achieve this object, the present invention provides a method for cleaning alitierten surfaces of a burner, in particular a gas turbine combustor, comprising the steps:

a) providing at least one alitierten surface to be cleaned;
b) thermal treatment of the surface to remove impurities with subsequent cooling of the surface;
c) treating the surface with a substantially basic liquid to remove loose particles;
d) treating the surface with a passivating agent; and
e) drying the surface.

Die thermische Behandlung dient der Entfernung von hauptsächlich festbackenden organischen Rückständen, insbesondere im Inneren der zu reinigenden Bauteile, wie beispielsweise zur Beseitigung von Verharzungen, Verbrennungsrückständen, elementarem Schwefel oder dergleichen. Bei der sich anschließenden Behandlung der Oberflächen mit einer im Wesentlichen basischen Flüssigkeit werden die losen Partikel entfernt. Die daraufhin durchgeführte Behandlung der Oberfläche mit einem Passivierungsmittel dient zur Vermeidung von Anrostungen an nicht korrosionsbeständigen Bereichen. Als Passivierungsmittel dient hierbei vorteilhaft ein Entfettungsmittel mit Korrosionsinhibitor, wie beispielsweise P3Grato12. The thermal treatment is used to remove mainly caking organic residues, especially in the interior of the components to be cleaned, such as for the removal of Verharzungen, combustion residues, elemental sulfur or the like. Subsequent treatment of the surfaces with a substantially basic liquid removes the loose particles. The subsequent treatment of the surface with a passivating agent serves to prevent rusting on non-corrosion-resistant areas. As passivating agent, a degreasing agent with corrosion inhibitor, for example P3Grato12, is advantageously used.

Ein wesentlicher Vorteil, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einhergeht, besteht darin, dass die Alitierung einer behandelten Oberfläche ebenso wie die Bauteilgeometrie nicht beeinträchtigt wird, weshalb das Verfahren keinerlei Bauteilbeschädigungen nach sich zieht und entsprechend beliebig oft wiederholt werden kann. An essential advantage associated with the method according to the invention is that the alitization of a treated surface as well as the component geometry is not impaired, which is why the method does not entail any component damage and can be repeated as often as desired.

Die thermische Behandlung umfasst bevorzugt eine Haltephase, bei der die Oberfläche für eine vorbestimmte Haltezeitdauer mit einer vorbestimmten Haltetemperatur behandelt wird, wobei die vorbestimmte Haltetemperatur oberhalb vom 400°C gewählt wird, insbesondere innerhalb eines Temperaturbereiches von 440 bis 460°C. Mit diesen Parametern wurden im Rahmen von Versuchen besonders gute und nahezu rückstandslose Reinigungsergebnisse erzielt. The thermal treatment preferably comprises a holding phase in which the surface is treated for a predetermined holding period with a predetermined holding temperature, wherein the predetermined holding temperature is selected above 400 ° C, in particular within a temperature range of 440 to 460 ° C. With these parameters, particularly good and virtually residue-free cleaning results were achieved in the course of experiments.

Die vorbestimmte Haltezeitdauer liegt vorteilhaft im Bereich von 50 bis 70 Minuten. Dieser Haltezeitdauerbereich liefert gute Reinigungsergebnisse und ist wirtschaftlich vertretbar. The predetermined hold time period is advantageously in the range of 50 to 70 minutes. This hold time range provides good cleaning results and is economically viable.

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen ein Aufheizen auf die vorbestimmte Haltetemperatur und ein Abkühlen von der vorbestimmten Haltetemperatur mit einer Aufheiz-/Abkühlgeschwindigkeit im Bereich von 100 bis 200 K/h, um insbesondere einen Bauteilverzug zu vermeiden. According to one embodiment of the method according to the invention, heating takes place to the predetermined holding temperature and cooling from the predetermined holding temperature with a heating / cooling rate in the range of 100 to 200 K / h, in particular to avoid a component distortion.

Bevorzugt wird die thermische Behandlung in einem elektrisch beheizbaren Ofen durchgeführt. The thermal treatment is preferably carried out in an electrically heatable furnace.

Als im Wesentlichen basische Flüssigkeit wird vorteilhaft Leitungswasser ohne Zusätze verwendet, was mit geringen Kosten einhergeht. As a substantially basic liquid advantageously tap water is used without additives, which is associated with low costs.

Bevorzugt wird die zu reinigenden Oberfläche in die Flüssigkeit eingetaucht und oder mit dieser abgespritzt. Preferably, the surface to be cleaned is immersed in the liquid and or sprayed with it.

Zum Trocknen und/oder Abblasen wird vorteilhaft Druckluft eingesetzt. For drying and / or blowing compressed air is advantageously used.

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vor und nach der Reinigung zur Kontrolle des Reinigungsergebnisses Durchflussmengenmessungen durchgeführt und die Messergebnisse miteinander verglichen. According to one embodiment of the method according to the invention, flow rate measurements are carried out before and after the cleaning to control the cleaning result and the measurement results are compared with one another.

Alternativ oder zusätzlich kann nach der Reinigung eine visuelle Kontrolle der gereinigten Oberfläche auf verbliebene Verunreinigungen durchgeführt werden. Von außen nicht einsehbare Innenräume können dabei beispielsweise mit einem Endoskop überprüft werden. Alternatively or additionally, after cleaning, a visual inspection of the cleaned surface for remaining contaminants may be performed. Interiors not visible from the outside can be checked, for example, with an endoscope.

Wird nach der Durchführung des Verfahrens festgestellt, dass das Reinigungsergebnis nicht zufriedenstellend ist, so kann die Reinigung bei Bedarf wiederholt werden. If it is determined after the procedure has been carried out that the cleaning result is unsatisfactory, the cleaning can be repeated if necessary.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich, die schematisch einzelne Verfahrensschritte in Form eines Ablaufdiagramms zeigt. Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of a method according to an embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawing, which schematically shows individual process steps in the form of a flow chart.

Das nachfolgend beschriebene Verfahren dient zum Reinigen von Oberflächen eines Brenners, insbesondere eines Gasturbinenbrenners, die mit einer Alitierung versehen sind, also mit einer aluminiumreichen Oberflächenschicht, die in erster Linie einen Schutz gegen Korrosion bildet. The method described below is used to clean surfaces of a burner, in particular a gas turbine burner, which are provided with an Alitierung, ie with an aluminum-rich surface layer, which forms a protection against corrosion in the first place.

In einem ersten Schritt S0 wird das zu reinigende Bauteil bereitgestellt. In a first step S0, the component to be cleaned is provided.

Anschließend wird in einem Schritt S1 eine Durchflussmengenmessung an dem zu reinigenden Brenner durchgeführt, um festzustellen, inwieweit die ordnungsgemäße Funktionsweise des Brenners durch Verunreinigungen beeinträchtig ist, die sich auf dessen Oberflächen abgelagert haben. Typische Verunreinigungen bilden Ablagerungen aus Staub, Kalk, Rost, Eisenoxiden, Eisensulfiden, elementarem Schwefel oder sonstigen organischen Stoffen, die im Ansaugtrakt nicht komplett herausgefiltert werden konnten und sich bei der Durchströmung des Brenners an dessen Oberflächen als Verunreinigungen abgelagert haben. Durch einen Vergleich der gemessenen Ist-Durchflussmenge mit einer Soll-Durchflussmenge kann der Grad der Verunreinigung des Bauteils vor der Durchführung des Reinigungsverfahrens ermittelt werden. Subsequently, in a step S1, a flow rate measurement is carried out on the burner to be cleaned in order to determine the extent to which the proper functioning of the burner is impaired by impurities deposited on its surfaces. Typical impurities form deposits of dust, lime, rust, iron oxides, iron sulfides, elemental sulfur or other organic substances that could not be completely filtered out in the intake tract and have deposited as impurities in the flow through the burner on its surfaces. By comparing the measured actual flow rate with a target flow rate, the degree of contamination of the component can be determined prior to performing the cleaning process.

In einem weiteren Schritt S2 wird das zu reinigende Bauteil einer thermischen Behandlung unterzogen, um Verunreinigungen von dessen Oberfläche zu entfernen, hauptsächlich in Form von festbackenden organischen Rückständen, insbesondere im Innern des zu reinigenden Bauteils, wie beispielsweise zur Beseitigung von Verharzungen, Verbrennungsrückständen, elementarem Schwefel oder dergleichen. Die thermische Behandlung umfasst vorliegend eine Haltephase von 60 Minuten bei einer Haltetemperatur von 450°C, wobei das Aufheizen auf die Haltetemperatur ebenso wie das sich an die thermische Behandlung anschließende Abkühlen des Bauteils von der Haltetemperatur mit einer Aufheiz-/Abkühlgeschwindigkeit im Bereich von 100 bis 200 K/h durchgeführt wird, um insbesondere einen Bauteilverzug zu vermeiden. Es sollte klar sein, dass für die vorbestimmte Haltetemperatur alternativ auch eine andere Gradzahl gewählt werden kann. Bevorzugt liegt die vorbestimmte Haltetemperatur jedoch innerhalb eines Temperaturbereichs von 440°C bis 460°C. Auch die vorbestimmte Haltzeitdauer kann von 60 Minuten abweichen. Bevorzugt liegt diese im Bereich von 50 bis 70 Minuten. Die thermische Behandlung wird vorteilhaft in einem elektrisch beheizbaren Ofen durchgeführt, wobei auch andere Öfen verwendet werden können. In a further step S2, the component to be cleaned is subjected to a thermal treatment in order to remove impurities from its surface, mainly in the form of caking organic residues, in particular in the interior of the component to be cleaned, such as for the removal of gums, combustion residues, elemental sulfur or similar. The thermal treatment here comprises a holding phase of 60 minutes at a holding temperature of 450 ° C, wherein the heating to the holding temperature as well as subsequent to the thermal treatment cooling of the component of the holding temperature with a heating / cooling rate in the range of 100 to 200 K / h is performed to avoid in particular a component delay. It should be clear that for the predetermined holding temperature, alternatively, a different number of degrees can be selected. However, the predetermined holding temperature is preferably within a temperature range of 440 ° C to 460 ° C. Also, the predetermined hold period may differ from 60 minutes. Preferably, this is in the range of 50 to 70 minutes. The thermal treatment is advantageously carried out in an electrically heated oven, although other ovens can be used.

Nach dem Abkühlen des in Schritt S2 thermisch behandelten Bauteils wird dieses im darauffolgenden Schritt S3 mit einer im Wesentlichen basischen Flüssigkeit behandelt, um im Rahmen der thermischen Behandlung gelöste Partikel vom Bauteil zu entfernen. Als Flüssigkeit wird vorliegend Leitungswasser ohne Zusätze verwendet, wobei das Bauteil in das Wasser eingetaucht oder mit diesem abgespritzt werden kann. After the component thermally treated in step S2 has cooled, it is treated in the subsequent step S3 with a substantially basic liquid in order to remove particles dissolved during the thermal treatment from the component. In the present case, tap water without additives is used as the liquid, it being possible for the component to be immersed in the water or sprayed with it.

Im Schritt S4 wird die Bauteiloberfläche anschließend mit einem Passivierungsmittel behandelt. Hierbei wird das Bauteil in ein Passivierungsmittel für eine vorbestimmte Zeitdauer eingetaucht, die beispielsweise 15 Minuten betragen kann. Als Passivierungsmittel dient vorteilhaft ein Entfettungsmittel mit Korrosionsinhibitor, wie beispielsweise 10%iger P-3 GRATO 12-Reiniger oder ein ähnliches Passivierungsmittel. Die Behandlung der Bauteiloberfläche mit dem Passivierungsmittel dient zur Vermeidung von Anrostungen an nicht korrosionsbeständigen Bauteilbereichen. In step S4, the component surface is subsequently treated with a passivating agent. Here, the component is immersed in a passivation agent for a predetermined period of time, which may be, for example, 15 minutes. As passivating agent is advantageously a degreaser with corrosion inhibitor, such as 10% P-3 GRATO 12 cleaner or a similar passivating agent. The treatment of the component surface with the passivation agent serves to prevent rusting on non-corrosion-resistant component areas.

Im Schritt S5 wird das Bauteil unter Verwendung einer geeigneten Ausblaseinrichtung ausgeblasen, beispielsweise mittels Druckluft. Das Ausblasen erfolgt vorteilhaft entgegen derjenigen Richtung, in der das zu reinigende Bauteil während seines bestimmungsgemäßen Einsatzes durchströmt wird. Das Ausblasen dient zur Entfernung loser Partikel. Anstelle des Ausblasens kann das Bauteil im Schritt S5 auch abgesaugt werden. In step S5, the component is blown out using a suitable blow-out device, for example by means of compressed air. The blowing out advantageously takes place counter to that direction in which the component to be cleaned flows through during its intended use. Blowing is used to remove loose particles. Instead of blowing out, the component can also be sucked off in step S5.

In einem weiteren Schritt S6 wird das Bauteil sowohl innen als auch außen getrocknet. Zum Trocknen kann ebenfalls Druckluft eingesetzt werden. Grundsätzlich können die Schritte S5 und S6 auch zusammengefasst werden. An dem getrockneten Bauteil wird in Schritt S7 erneut eine Durchflussmengenmessung durchgeführt, wobei das Ergebnis mit dem Ergebnis der in Schritt S1 durchgeführten Durchflussmengenmessung und/oder mit der Soll-Durchflussmenge verglichen wird. Auf diese Weise kann festgestellt werden, ob die in den Schritten S2 bis S6 durchgeführte Reinigung erfolgreich war. Zusätzlich kann in Schritt S8 eine visuelle Kontrolle des gereinigten Bauteils durchgeführt werden, wobei von außen nicht sichtbare Innenräume beispielsweise mit einem Endoskop begutachtet werden können. In a further step S6, the component is dried both internally and externally. For drying, compressed air can also be used. In principle, the steps S5 and S6 can also be summarized. A flow rate measurement is again carried out on the dried component in step S7, the result being compared with the result of the flow rate measurement carried out in step S1 and / or with the desired flow rate. In this way, it can be determined whether the cleaning performed in steps S2 to S6 was successful. In addition, in step S8, a visual inspection of the cleaned component can be carried out, wherein externally invisible interior spaces can be examined, for example with an endoscope.

Wird in den Schritten S7 und S8 festgestellt, dass das durchgeführte Reinigungsverfahren erfolgreich war, so ist das Verfahren beendet. Wird hingegen festgestellt, dass an dem zu reinigenden Bauteil noch Partikel anhaften, so kann entschieden werden, dass das Bauteil dem zuvor beschriebenen Reinigungsverfahren beginnend mit Schritt S2 nochmals unterzogen wird. Sind hingegen nur lose Partikel vorhanden, so kann das Reinigungsverfahren beginnend mit Schritt S3 erneut durchgeführt werden. If it is determined in steps S7 and S8 that the cleaning process carried out was successful, the process is ended. If, on the other hand, it is found that particles are still adhering to the component to be cleaned, then it can be decided that the component is subjected to the cleaning method described above, beginning with step S2 again. If, on the other hand, only loose particles are present, then the cleaning process can be carried out again beginning with step S3.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

Method for cleaning alitierten surfaces of a burner, in particular a gas turbine combustor, comprising the steps: a) providing at least one alitierten surface to be cleaned; b) thermal treatment of the surface to remove impurities with subsequent cooling of the surface; c) treating the surface with a substantially basic liquid to remove loose particles; d) treating the surface with a passivating agent; and e) drying the surface.

The method of claim 1, wherein the thermal treatment in step b) comprises a holding phase in which the surface is treated for a predetermined holding period with a predetermined holding temperature, wherein the predetermined holding temperature is selected above 400 ° C, in particular within a temperature range of 440 to 460 ° C.

The method of claim 2, wherein the predetermined hold period is in the range of 50 to 70 minutes.

A method according to claim 2 or 3, wherein heating to the predetermined holding temperature and cooling from the predetermined holding temperature are effected at a heating / cooling rate in the range of 100 to 200 K / h.

Method according to one of the preceding claims, in which the thermal treatment in step b) is carried out in an electrically heatable furnace.

Method according to one of the preceding claims, wherein in step c) is used as liquid tap water without additives.

Method according to one of the preceding claims, wherein the surface to be cleaned is immersed in the liquid and / or sprayed with it in step c).

Method according to one of the preceding claims, wherein before or during the implementation of step e) the surface to be cleaned is blown off or sucked off.

Method according to one of the preceding claims, in which compressed air is used for drying and / or blowing off.

Method according to one of the preceding claims, wherein carried out before and after cleaning to control the cleaning result flow rate measurements and the measurement results are compared.

Method according to one of the preceding claims, in which after cleaning a visual Check the cleaned surface for remaining impurities.