DE202011110090U1

DE202011110090U1 - Dampferzeuger

Info

Publication number: DE202011110090U1
Application number: DE202011110090U
Authority: DE
Original assignee: Hitachi Power Europe GmbH
Current assignee: General Electric Technology GmbH; Mitsubishi Power Europe GmbH
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2021-10-22

Abstract

Dampferzeuger eines Kraftwerks erhalten oder erzeugt durch, insbesondere großflächige Wärmebehandlung, wärmezubehandelnder Rohrwandbereiche oder Rohrwandsegmente, insbesondere einer Membranwand, des Dampferzeugers mittels einer Spannungsarmglühbehandlung der zur Wärmebehandlung vorgesehenen Rohrwandbereiche oder Rohrwandsegmente in ihrem errichteten und eingebauten Zustand im Dampferzeuger.

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen Dampferzeuger eines Kraftwerks
In den letzten 25 Jahren ist eine weltweite Tendenz festzustellen, die Effizienz und Effektivität von fossil befeuerten, insbesondere mit pulverförmiger Kohle befeuerten Kraftwerken zu steigern, um Emissionen zu vermindern und dadurch die Brennstoffressourcen zu schonen. Zur Erreichung dieses Ziels müssen dampfseitig die Dampfparameter Druck und Temperatur des Dampferzeugers erhöht werden. Die Erhöhung dieser Parameter Temperatur und Druck führt zu erhöhten Spannungen in den Rohren und in den Rohrwänden des Dampferzeugers. Die den Feuerraum des Dampferzeugers umgebenden Wände, die als Verdampfer oder auch als Überhitzer ausgebildet sind, werden häufig als Membranwände ausgebildet. Diese Wände sind zusätzlichen Materialspannungen dadurch ausgesetzt, dass hier bei der Errichtung der Membranwände im Feuerraum des Dampferzeugers noch Schweißarbeiten durchgeführt werden müssen, die nicht zuvor in der Werkstatt durchgeführt werden konnten. Durch die Größe der Dampferzeuger bedingt, müssen hier noch Membranen oder Stege aneinander geschweißt werden oder Membranen oder Flossen/Stege mit Rohren verschweißt werden. Zudem werden entstehende Öffnungen, so genannte Fenster, mit Hilfe von Blechen verschweißt.
Bisher verwendete Materialien wie die Stahlsorte T12 (ASTM 213) können bei den gestiegenen Anforderungen nicht mehr verwendet werden, da diese aufgrund der relativ geringen Spannungsbeanspruchung des Materials sehr dicke Wände der einzelnen Rohre einer Rohrwand notwendig machen würden, was zu einem dramatischen Anstieg der innerhalb des Feuerraums notwendigen Temperatur führen würde. Zur Erhöhung der zulässigen Spannungsbeanspruchungen des Materials sind daher weitere Materialien wie T22, T23 oder T24 (ASTM 213) entwickelt worden. Teilweise sind diese Materialien ohne Wärmebehandlung nach einem während des Errichtens des Dampferzeugers notwendigen Schweißprozesses einsetzbar. Auch sind Probleme nach einer Reinigungsbehandlung, wie beispielsweise des innenseitigen Beizens der Rohre einer Membranwand festgestellt worden. Je nach Anwendungsfall kann die Verarbeitung dieser Materialien dazu führen, dass Spannungsrisskorrosion auftritt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die die Verwendung auch problematischerer Stahlsorten, insbesondere der Stähle T23 und T24, bei der Errichtung von Dampferzeugern ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Dampferzeuger gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 20.
Untersuchungen haben ergeben, dass eine der Voraussetzungen für eine Spannungsrisskorrosion, die bei errichteten Rohrwänden eines Dampferzeugers auftritt, hohe Spannungen sind, die durch Restspannungen verursacht werden, die beim Schweißen während der Herstellung und Errichtung der Rohrwände in Rohrwandbereichen oder Rohrwandsegmenten erzeugt werden. Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, diese im Material vorhandenen Restspannungen zusammen mit den grundsätzlich vorhandenen, konstruktiv auftretenden Materialspannungen derartig langer Komponenten, aus denen die Rohrwände zusammengesetzt sind, den durch die großen Gewichte der Komponenten bedingten Spannungen und den aufgrund der beim Schweißen auftretenden Korn(größen)veränderungen auftretenden Spannungen mittels einer Spannungsarmglühbehandlung der zur Wärmebehandlung vorgesehenen Rohrwandbereiche oder Rohrwandsegmente im Dampferzeuger in ihrem errichteten und eingebauten Zustand zu reduzieren. Unter Spannungsarmglühbehandlung wird hier ein Spannungsarmglühen im Sinne der DIN EN 10052 verstanden. Die dabei im Rohrmaterial zu erreichende Temperatur sollte vorzugsweise im Bereich von 400–600°C liegen und vorzugsweise > 500°C, insbesondere > 550°C, liegen. Haltezeiten sollten > 12h, insbesondere > 24h, aber in der Regel nicht länger als 1 Woche dauern.
Eine besondere Herstellweise des Dampferzeugers besteht darin, dass innerhalb des Feuerraums des Dampferzeugers durch Verbrennung eines insbesondere fossilen Brennstoffes wie Kohle, Öl oder Gas, ein Rauchgas erzeugt wird, das dann innerhalb des Dampferzeugers feuerraumseitig an den Rohrwänden aufsteigt und durch Wärmeübertragung die wärmezubehandelnden Rohrwandbereich (aber auch andere Rohrwandbereiche) von außen auf die gewünschte Materialtemperatur erwärmt. Um zu verhindern, dass nicht wärmezubehandelnden Rohrwandbereiche dabei auf eine nicht gewünschte Temperatur erwärmt werden und um zu verhindern, dass hierbei die wärmezubehandelnden Rohrwandbereiche auf eine Temperatur erwärmt werden, die oberhalb des gewünschten Materialtemperaturbereiches liegt, werden die zu der Wand, insbesondere Membranwand, zusammengebauten und miteinander verbundenen Rohrleitungen insgesamt in der Regel von unten nach oben in dem Dampferzeuger durch dampfseitig in die Rohre eingeleitete Luft gekühlt. Die Luft kann an einer gewünschten Stelle in die Rohrleitungen eingeleitet werden. Es kann auch vorgesehen werden, dass zusätzlich zur Kühlung die Luft gekühlt oder die Rohre von innen und/oder außen mit Wasser zur Kühlung besprüht werden. Durch diese Vorgehensweise ist es möglich, insbesondere großflächig ganze Rohrwandbereiche oder Rohrwandsegmente im in den Dampferzeuger eingebauten Zustand wärmezubehandeln. Dies ist mit elektrischen Wärmebehandlungsmatten nicht möglich. Außerdem lässt sich durch diese Vorgehensweise die Temperatur derart regeln, dass beim elektrischen Beheizen oder Wärmebehandeln auftretende Verformungen („Blasen“) nicht auftreten und vermieden werden können. Hierzu sieht die Erfindung vor, gegebenenfalls die wärmezubehandelnden Rohrwandbereiche oder Rohrwandsegmente auf ihre Wärmeausdehnung hin mit entsprechenden Detektoren zu beobachten.
Mit der in den Ansprüchen näher definierten Herstellweise ist es möglich, eine Spannungsarmglühbehandlung von Rohrwänden oder Rohrwandbereichen oder Rohrwandsegmenten eines errichteten Dampferzeugers in dem Temperaturbereich durchzuführen, der die vorhandenen Spannungen in einen spannungsarmen Bereich überführt, der ein unkritisches Niveau darstellt. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, den gesamten Dampferzeuger auf den dem Feuerraum des Dampferzeugers zugewandten Außenflächen zu erwärmen und die Rohre der Rohrwandbereiche innenseitig durch durchströmende Luft zu kühlen und damit einerseits die Ausdehnung insbesondere der wärmezubehandelnden Bereiche und andererseits die Temperatur insbesondere der wärmezubehandelnden Bereiche einzustellen und zu kontrollieren. Ergänzend sind natürlich Temperaturmessungen an den einzelnen Rohrwandbereichen, insbesondere den wärmezubehandelnden Rohrwandbereichen, mit bekannten, insbesondere berührungslosen, Messmethoden möglich. Die Temperaturmessergebnisse können ebenfalls zur Steuerung und Regelung der Spannungsarmglühbehandlung genutzt werden.
Insbesondere bietet sich die erfindungsgemäße Herstellweise zur Behandlung von Rohrwandbereichen oder Rohrwandsegmenten an, die aus den Stählen T23 oder T24 (Bezeichnung nach ASTM 213) oder den damit korrespondierenden Stählen 7CrMoWVMoNb 9-6 und 7CrMoVTiB 10-10 (Bezeichnung nach DIN EN 10216) hergestellt sind.
Auch wenn vorstehend oder nachstehend in den Ansprüchen lediglich vom „Rohrwandbereich“ die Rede sein sollte, so betrifft dies auch immer „Rohrwandsegmente“.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

ASTM 213 [0003]
DIN EN 10052 [0006]
ASTM 213 [0009]
DIN EN 10216 [0009]

Claims

Dampferzeuger eines Kraftwerks erhalten oder erzeugt durch, insbesondere großflächige Wärmebehandlung, wärmezubehandelnder Rohrwandbereiche oder Rohrwandsegmente, insbesondere einer Membranwand, des Dampferzeugers mittels einer Spannungsarmglühbehandlung der zur Wärmebehandlung vorgesehenen Rohrwandbereiche oder Rohrwandsegmente in ihrem errichteten und eingebauten Zustand im Dampferzeuger.
Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch erhalten oder erzeugt, dass die Materialtemperatur durch Beheizung oder Erwärmung des wärmezubehandelnden Rohrwandbereiches mittels eines erwärmten Heizgases, vorzugsweise heißem Rauchgas oder Heißluft, erzeugt wird.
Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch erhalten, dass während der Spannungsarmglühbehandlung eine Materialtemperatur der wärmebehandelten Rohrwandbereiche von 400 °C–740 °C, vorzugsweise 400 °C–600 °C eingestellt wird.
Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch erhalten, dass während der Spannungsarmglühbehandlung eine Materialtemperatur der wärmebehandelten Rohrwandbereiche von ≥ 500 °C eingestellt wird.
Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch erhalten, dass während der Spannungsarmglühbehandlung eine Materialtemperatur der wärmebehandelten Rohrwandbereiche von ≥ 550 °C eingestellt wird.
Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch erhalten, dass während der Spannungsarmglühbehandlung eine Materialtemperatur der wärmebehandelten Rohrwandbereiche von ≤ 740 °C, vorzugsweise ≤ 600 °C, eingestellt wird.
Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch erhalten, dass während der Spannungsarmglühbehandlung die Materialtemperatur und/oder die Ausdehnung der wärmebehandelten Rohrwandbereiche kontrolliert und/oder geregelt wird/werden.
Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch erhalten, dass während der Spannungsarmglühbehandlung die Materialtemperatur und/oder die Ausdehnung der wärmebehandelten Rohrwandbereiche mittels eins Kühlmediums, vorzugsweise eines innenseitig in den Rohren des wärmebehandelten Rohrwandwandbereiches strömenden Kühlmediums, vorzugsweise in die Rohre eingeleiteter Luft, gekühlt und vorzugsweise geregelt wird/werden.
Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch erhalten, dass bei der Spannungsarmglühbehandlung eine Haltezeit der Materialtemperatur von ≥ 12 Stunden, insbesondere ≥ 24 Stunden, eingehalten wird.
Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch erhalten, dass bei der Spannungsarmglühbehandlung eine Haltezeit der Materialtemperatur von weniger als einer Woche eingehalten wird.
Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch erhalten, dass die Materialtemperatur durch Beheizung oder Erwärmung des wärmezubehandelnden Rohrwandbereiches, vorzugsweise von außen, erzeugt wird.
Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch erhalten, dass innerhalb des Feuerraums des Dampferzeugers durch Verbrennung eines, insbesondere fossilen, Brennstoffs ein heißes Rauchgas oder Heißluft erzeugt wird, oder dass ein heißes Rauchgas oder Heißluft in den Feuerraum des Dampferzeugers eingeleitet wird, und dass das jeweilige heiße Rauchgas oder die jeweilige Heißluft den wärmezubehandelnden Rohrwandbereichen zugeführt wird.
Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch erhalten, dass nicht wärmezubehandelnde, insbesondere an wärmezubehandelnde Rohrwandbereiche angrenzende, Rohrwandbereiche während der Spannungsarmglühbehandlung gleichzeitig von außen und/oder innen mit einem Kühlmedium, vorzugsweise Luft oder einem Wassersprühnebel, insbesondere auf eine Materialtemperatur unterhalb der Spannungsarmglühtemperatur, gekühlt werden.
Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch erhalten, dass während der Spannungsarmglühbehandlung wärmezubehandelnde und nicht wärmezubehandelnde, an die wärmezubehandelnden Rohrwandbereiche angrenzende Rohrwandbereiche mittels des/eines durch die leitungsmäßig miteinander verbundenen wärmezubehandelnden und nicht wärmezubehandelnden Rohrwandbereiche strömenden Kühlmediums, vorzugsweise Kühlluft, gekühlt werden.
Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch erhalten, dass während der Spannungsarmglühbehandlung sowohl die wärmezubehandelnden als auch an diesen Rohrwandbereich leitungsmäßig angeschlossene, nicht wärmezubehandelnde Rohrwandbereiche von außen mit heißem Rauchgas oder Heißluft beaufschlagt werden und von innen mittels eines durchströmenden Kühlmediums, vorzugsweise Kühlluft, gekühlt werden.
Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch erhalten, dass aus dem Werkstoff T23 oder 7CrMoWVMoNb 9-6 oder T24 oder 7CrMoVTiB 10-10 bestehende Rohrwandbereiche einer/der Spannungsarmglühbehandlung unterworfen werden.
Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch erhalten, dass die Rohrwandbereiche des Überhitzers des Dampferzeugers der Spannungsarmglühbehandlung unterworfen werden.
Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch erhalten, dass die Spannungsarmglühbehandlung durch Messung der Ausdehnung und/oder der Materialtemperatur des jeweils wärmezubehandelnden Rohrwandbereiches oder Rohrwandsegmentes sowie durch Einstellung und Einregelung der Feuerungsrate zur Erzeugung des Rauchgases oder der Heißluft im Feuerraum des Dampferzeugers und/oder die Durchflussrate des Kühlmediums eingestellt und geregelt werden.
Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch erhalten, dass während der Spannungsarmglühbehandlung kritische Rohrwandkomponenten des Dampferzeugers von außen durch Besprühen und/oder von innen durch Eindüsen oder Einsprühen von Kühlwasser gekühlt werden.
Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch erhalten, dass die Spannungsarmglühbehandlung nach einer Reparaturbehandlung, insbesondere Reparaturschweißung, der wärmzubehandelnden Rohrwandbereiche durchgeführt wird.