EP2607785A2 - Verfahren zur Reduzierung des Sauerstoffgehaltes in Dampferzeugerwandrohren - Google Patents

Verfahren zur Reduzierung des Sauerstoffgehaltes in Dampferzeugerwandrohren Download PDF

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EP2607785A2 EP20120186346 EP12186346A EP2607785A2 EP 2607785 A2 EP2607785 A2 EP 2607785A2 EP 20120186346 EP20120186346 EP 20120186346 EP 12186346 A EP12186346 A EP 12186346A EP 2607785 A2 EP2607785 A2 EP 2607785A2
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Definitions

  • the invention is directed to a method for reducing the oxygen content in the flow volume of pipes constructed and installed pipe wall portions or tube wall segments of a steam generator or steam boiler of a particular fueled with carbonaceous fuel power plant.
  • the same problem can also occur when restarting a steam generator, for example, after a repair, when parking or decommissioning of the Steam generator in the flow volumes of the pipes existing boiler water is drained. If the vent valves for discharging the boiler water are opened when the steam generator is switched off, air flows from the outside into the flow volumes of the pipes when the water is discharged into the flow volumes which become free. In particular, when the steam generator wall pipes are still warm, air is sucked.
  • the atmospheric oxygen contained in the air volume can then be integrated into the residual boiler water remaining in the pipes and / or into the new, fresh boiler water optionally introduced in the flow volumes during refilling, so that again an undesirably high oxygen concentration in the boiler water forms, which is the danger entails that thereby a stress corrosion cracking is triggered or supported in the tubes.
  • a heat exchanger whose walls have water-cooled pipes which are connected to a water / steam circuit.
  • a pipe system for a cooling medium in the water flowing from the water / steam cycle water is arranged in the heat exchanger.
  • the heat exchanger walls have in this area openings through which air is introduced into the heat exchanger, which then leads to a turbulence of the water in the heat exchanger.
  • US 1,976,462 A discloses a steam generator in which the tube walls are formed by closed tube sections, in which a liquid flows, which absorbs heat in the gas space and discharges it when flowing through a heat exchanger to a liquid flowing therein.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a solution that eliminates or at least reduces the problem of oxygen absorption in the boiler water, which consists in filling tubes of a steam generator wall with boiler water and / or draining boiler water from these pipes.
  • this object is achieved in that in pipes of the pipe wall areas or pipe segments (the steam generator or steam boiler), which are flowed through in the power plant operation of boiler water or steam formed therefrom, before filling (the steam generator or steam boiler) with boiler water or steam in an existing in the respective flow volume of the tubes in particular in the form of atmospheric oxygen gaseous oxygen displacing manner an inert gas or an inert gas mixture is introduced and / or when draining boiler water or steam from the respective flow volume of the pipes (of the steam generator or steam boiler) in a manner that fills the resulting free flow volume an inert gas or an inert gas mixture is introduced.
  • the flow volume filled with atmospheric oxygen during filling of the tubes and / or the free volume forming during discharge of boiler water in the flow volume of the tubes of a steam generator wall is then filled with an inert gas or an inert gas mixture, which is introduced into the tubes at that time.
  • an inert gas or an inert gas mixture which is introduced into the tubes at that time.
  • an inert gas or an inert gas mixture is introduced into the free flow volume that forms in the pipes when draining boiler water. Also in this case, no atmospheric oxygen is introduced into the flow volume of the tubes, which could otherwise possibly be integrated into the boiler water. Also, the introduced inert gas volume prevents an otherwise occurring in the stoppage phase of the steam generator optionally reaction of the atmospheric oxygen with the pipe inner walls.
  • inert gas or an inert gas mixture is used in particular as inert gas or inert gas mixture, which is why the invention provides in an embodiment that an inert gas or an inert gas mixture is introduced in each case.
  • Particularly preferred here is the use of nitrogen as an inert gas.
  • the invention provides that when draining boiler water or steam from the respective flow volume of the tubes, a subsequent flow or inflow of air is prevented.
  • the invention furthermore provides that the inert gas or inert gas mixture is provided in the form of a gas cushion, in particular having an elevated gas pressure.
  • the invention In order to prevent the immersion of a steam generator and the opening of vent valves atmospheric oxygen penetrates into the flow volume of the tubes, the invention also provides that with the opening of vent valves, an inert gas or an inert gas mixture is introduced. It is then still appropriate and advantageous if the pipes and / or the vent valves over connected vent lines are brought into fluid-conducting fluid communication with the inert gas cushion.
  • the invention is characterized in that nitrogen is used as the inert gas.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Verminderung des Sauerstoffgehaltes im Strömungsvolumen von Rohren errichteter und eingebauter Rohrwandbereiche oder Rohrwandsegmente eines Dampferzeugers oder Dampfkessels eines, insbesondere mit kohlenstoffhaltigem Brennstoff befeuerten, Kraftwerks, soll eine Lösung geschaffen werden, die die Problematik einer Luftsauerstoffeinbindung in das Kesselwasser, welches beim Befüllen von Rohren der Dampferzeugerwand mit Kesselwasser und/oder beim Ablassen von Kesselwasser aus diesen Rohren besteht, beseitigt oder zumindest vermindert. Dies wird dadurch erreicht, dass in Rohre der Rohrwandbereiche oder Rohrsegmente, die im Kraftwerksbetrieb von Kesselwasser oder daraus gebildetem Dampf durchströmt werden, vor einem Befüllen mit Kesselwasser oder Dampf in einer im jeweiligen Strömungsvolumen der Rohre insbesondere in Form von Luftsauerstoff vorhandenen gasförmigen Sauerstoff verdrängenden Weise ein inertes Gas oder ein inertes Gasgemisch eingeleitet wird und/oder bei einem Ablassen von Kesselwasser oder Dampf aus dem jeweiligen Strömungsvolumen der Rohre in einer das entstehende Freivolumen ausfüllenden Weise ein inertes Gas oder ein inertes Gasgemisch eingeleitet wird.

Description

  • Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Verminderung des Sauerstoffgehaltes im Strömungsvolumen von Rohren errichteter und eingebauter Rohrwandbereiche oder Rohrwandsegmente eines Dampferzeugers oder Dampfkessels eines, insbesondere mit kohlenstoffhaltigem Brennstoff befeuerten, Kraftwerks.
  • Die derzeit bei der Herstellung von Dampferzeugerwandrohren verwendeten modernen, hochfesten Rohrwerkstoffe reagieren empfindlich, insbesondere in Form von auftretender Spannungsrisskorrosion, auf eine erhöhte oder zu hohe Sauerstoffkonzentration in dem das jeweilige Strömungsvolumen der Rohre durchströmenden Kesselwasser. Der Sauerstoffgehalt des Kesselwassers wird daher sorgfältig entsprechend den geltenden Richtlinien, beispielsweise der einschlägigen VGB-Richtlinie oder der einschlägigen ASME (American Society of Mechanical Engineers)-Richtlinien, eingestellt und anschließend überwacht und aufrechterhalten. Beim Befüllen, insbesondere dem erstmaligen Befüllen, eines Dampferzeugers mit Kesselwasser kann jedoch der im Kesselwasser zulässige Sauerstoffgehalt dadurch überschritten werden, dass der beim Befüllen der Rohre im Strömungsvolumen der Rohre noch vorhandene Luftsauerstoff in das Kesselwasser eingebunden wird. Insbesondere bei einem ersten Anfahren des Dampferzeugers kann dies dazu führen, dass dieser dann mit einem unzulässig hohen Sauerstoffanteil im Kesselwasser - zumindest anfangs - betrieben wird.
  • Das gleiche Problem kann auch beim Wiederanfahren eines Dampferzeugers, beispielsweise nach einer Reparatur, geschehen, wenn beim Abstellen oder der Außerbetriebnahme des Dampferzeugers in den Strömungsvolumina der Rohre vorhandenes Kesselwasser abgelassen wird. Werden beim Abstellen des Dampferzeugers die Entlüftungsventile zum Ablassen des Kesselwassers geöffnet, so strömt in die Strömungsvolumina der Rohre beim Ablass des Wassers in die frei werdenden Strömungsvolumina Luft von außen nach. Insbesondere wenn die Dampferzeugerwandrohre noch warm sind, wird Luft angesaugt. Der in dem Luftvolumen enthaltene Luftsauerstoff kann dann in das in den Rohren verbleibende restliche Kesselwasser und/oder in das beim Wiederbefüllen in die Strömungsvolumina gegebenenfalls eingeleitete neue, frische Kesselwasser eingebunden werden, so dass sich wiederum eine unerwünscht hohe Sauerstoffkonzentration im Kesselwasser ausbildet, die die Gefahr mit sich bringt, dass hierdurch eine Spannungsrisskorrosion in den Rohren ausgelöst oder unterstützt wird.
  • Aus der DE 24 00 882 A ist ein Mantel- oder Rohrwärmetauscher bekannt, der ein doppelwandig ausgebildetes Kernrohr mit einem axial verlaufenden Ringraum aufweist, wobei der Ringraum mit einer Inertgasquelle verbunden ist.
  • Aus der US 5,701,829 A ist ein Wärmetauscher bekannt, dessen Wände wassergekühlte Rohre aufweisen, die an einen Wasser/Dampf-Kreislauf angeschlossen sind. Im unteren Teil des Wärmetauschers ist ein Rohrsystem für ein Kühlmedium in dem aus dem Wasser/Dampfkreislauf zufließenden Wasser im Wärmetauscher angeordnet. Die Wärmetauscherwände weisen in diesem Bereich Öffnungen auf, durch welche hindurch Luft in den Wärmetauscher eingeleitet wird, welche dann zu einer Verwirbelung des Wassers in dem Wärmetauscher führt.
  • Aus der US 3,699,903 ist ein Dampferzeuger oder Dampfkessel eines Kraftwerkes bekannt, bei welchem den Brennern oder dem Feuerungsraum unabhängig von der stickstoffhaltigen Luft als Oxidationsmittel auch reiner Sauerstoff zugeführt wird.
  • Auch die US 1,976,462 A offenbart einen Dampferzeuger, bei welchem die Rohrwände von geschlossenen Rohrabschnitten gebildet sind, in welchen eine Flüssigkeit fließt, die im Gasraum Wärme aufnimmt und diese bei Durchfließen eines Wärmetauschers an eine darin fließende Flüssigkeit abgibt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die die Problematik einer Luftsauerstoffeinbindung in das Kesselwasser, welches beim Befüllen von Rohren einer Dampferzeugerwand mit Kesselwasser und/oder beim Ablassen von Kesselwasser aus diesen Rohren besteht, beseitigt oder zumindest vermindert.
  • Bei einem Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in Rohre der Rohrwandbereiche oder Rohrsegmente (des Dampferzeugers oder Dampfkessels), die im Kraftwerksbetrieb von Kesselwasser oder daraus gebildetem Dampf durchströmt werden,
    vor einem Befüllen (des Dampferzeugers oder Dampfkessels) mit Kesselwasser oder Dampf
    in einer im jeweiligen Strömungsvolumen der Rohre insbesondere in Form von Luftsauerstoff vorhandenen gasförmigen Sauerstoff verdrängenden Weise
    ein inertes Gas oder ein inertes Gasgemisch eingeleitet wird und/oder
    bei einem Ablassen von Kesselwasser oder Dampf aus dem jeweiligen Strömungsvolumen der Rohre (des Dampferzeugers oder Dampfkessels)
    in einer das entstehende freie Strömungsvolumen ausfüllenden Weise
    ein inertes Gas oder ein inertes Gasgemisch eingeleitet wird.
  • Erfindungsgemäß wird also das beim Befüllen der Rohre mit Luftsauerstoff gefüllte Strömungsvolumen und/oder das beim Ablassen von Kesselwasser sich bildende Freivolumen im Strömungsvolumen der Rohre einer Dampferzeugerwand mit einem inerten Gas oder einem inerten Gasgemisch gefüllt, welches jeweils in die Rohre zu diesem Zeitpunkt eingeleitet wird. Beim Füllen des Dampferzeugers mit Kesselwasser verdrängt das inerte Gas oder das inerte Gasgemisch die Luft in dem jeweiligen Strömungsvolumen der Rohre und es schützt diese Rohre und damit die Dampferzeugerwand vor Spannungsrisskorrosion, die ansonsten durch die Einbindung von Luftsauerstoff in das Kesselwasser entstehen könnte. In analoger Weise wird beim Abstellen eines Dampferzeugers und Ablassen des Kesselwassers ein inertes Gas oder ein inertes Gasgemisch in das sich beim Ablassen von Kesselwasser in den Rohren jeweils bildende freie Strömungsvolumen eingeleitet. Auch in diesem Fall wird kein Luftsauerstoff in das Strömungsvolumen der Rohre eingeleitet, welcher dann ansonsten gegebenenfalls in das Kesselwasser eingebunden werden könnte. Auch unterbindet das eingeleitete inerte Gasvolumen eine ansonsten in der Stillstandsphase des Dampferzeugers gegebenenfalls stattfindende Reaktion des Luftsauerstoffes mit den Rohrinnenwänden.
  • Als inertes Gas oder inertes Gasgemisch wird insbesondere ein Inertgas oder ein Inertgasgemisch verwendet, weshalb die Erfindung in Ausgestaltung vorsieht, dass jeweils ein Inertgas oder ein Inertgasgemisch eingeleitet wird. Besonders bevorzugt ist hierbei die Verwendung von Stickstoff als Inertgas.
  • In zweckmäßiger Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass beim Ablassen von Kesselwasser oder Dampf aus dem jeweiligen Strömungsvolumen der Rohre ein Nachströmen oder Einströmen von Luft unterbunden wird.
  • Insbesondere von Vorteil ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dann, wenn das Ablassen von Kesselwasser oder Dampf aus dem jeweiligen Strömungsvolumen der Rohre beim Abstellen des Dampferzeugers durchgeführt wird. Hier besteht ansonsten die große Gefahr, dass Luftsauerstoff in das Strömungsvolumen der Rohre eingesaugt wird.
  • Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung, wenn das vor einem Befüllen der Rohre mit Kesselwasser oder Dampf vorhandene und/oder das bei einem Ablassen von Kesselwasser oder Dampf aus den Rohren entstehende freie Volumen innerhalb der Rohre vollständig mit dem inerten Gas oder dem inerten Gasgemisch befüllt wird.
  • Um das Einleiten von inertem Gas oder einem inerten Gasgemisch in die Rohre zu vereinfachen, sieht die Erfindung weiterhin vor, dass das inerte Gas oder inerte Gasgemisch in Form eines, insbesondere einen erhöhten Gasdruck aufweisenden, Gaspolsters bereitgestellt wird.
  • Hierbei ist es gemäß Weiterbildung der Erfindung für die Einleitung des inerten Gases oder inerten Gasgemisches zudem von Vorteil, wenn die Rohre in eine fluidleitende Strömungsverbindung mit dem inerten Gaspolster gebracht werden.
  • Um zu verhindern, dass beim Abstellen eines Dampferzeugers und dem Öffnen von Entlüftungsventilen Luftsauerstoff in das Strömungsvolumen der Rohre eindringt, sieht die Erfindung weiterhin vor, dass mit dem Öffnen von Entlüftungsventilen ein inertes Gas oder ein inerte Gasgemisch eingeleitet wird. Hierbei ist es dann weiterhin zweckmäßig und von Vorteil, wenn die Rohre und/oder die Entlüftungsventile über angeschlossene Entlüftungsleitungen in fluidleitende Strömungsverbindung mit dem inerten Gaspolster gebracht werden.
  • Schließlich zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass als inertes Gas Stickstoff verwendet wird.
  • Von besonderem Vorteil ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Rohrwandsegmenten oder Rorhwandbereichen, deren Rohre aus einem der Stähle T22, T23 oder T24 (Bezeichnung gemäß ASTM 213 Standard) bestehen.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Verminderung des Sauerstoffgehaltes im Strömungsvolumen von Rohren errichteter und eingebauter Rohrwandbereiche oder Rohrwandsegmente eines Dampferzeugers oder Dampfkessels eines, insbesondere mit kohlenstoffhaltigem Brennstoff befeuerten, Kraftwerks, dadurch gekennzeichnet,
    dass in Rohre der Rohrwandbereiche oder Rohrsegmente, die im Kraftwerksbetrieb von Kesselwasser oder daraus gebildetem Dampf durchströmt werden,
    vor einem Befüllen mit Kesselwasser oder Dampf in einer im jeweiligen Strömungsvolumen der Rohre insbesondere in Form von Luftsauerstoff vorhandenen gasförmigen Sauerstoff verdrängenden Weise ein inertes Gas oder ein inertes Gasgemisch eingeleitet wird
    und/oder
    bei einem Ablassen von Kesselwasser oder Dampf aus dem jeweiligen Strömungsvolumen der Rohre
    in einer das entstehende freie Strömungsvolumen ausfüllenden Weise
    ein inertes Gas oder ein inertes Gasgemisch eingeleitet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Inertgas oder ein Inertgasgemisch eingeleitet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Ablassen von Kesselwasser oder Dampf aus dem jeweiligen Strömungsvolumen der Rohre ein Nachströmen oder Einströmen von Luft unterbunden wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Ablassen von Kesselwasser oder Dampf aus dem jeweiligen Strömungsvolumen der Rohre beim Abstellen des Dampferzeugers durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das vor einem Befüllen der Rohre mit Kesselwasser oder Dampf vorhandene und/oder das bei einem Ablassen von Kesselwasser oder Dampf aus den Rohren entstehende freie Strömungsvolumen innerhalb der Rohre vollständig mit dem inerten Gas oder dem inerten Gasgemisch befüllt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das inerte Gas oder inerte Gasgemisch in Form eines, insbesondere einen erhöhten Gasdruck aufweisenden. Gaspolsters bereitgestellt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre in eine fluidleitende Strömungsverbindung mit dem inerten Gaspolster gebracht werden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Öffnen von Entlüftungsventilen ein inertes Gas oder ein inertes Gasgemisch eingeleitet wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre und/oder die Entlüftungsventile über angeschlossene Entlüftungsleitungen in fluidleitende Strömungsverbindung mit dem inerten Gaspolster gebracht werden.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass als inertes Gas Stickstoff verwendet wird.
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