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Verfahren zur Verhinderung von Korrosionen und Verschmutzungen in Verbrennungsräumen
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Verhinderung der Korrosionswirkung und der Verschmutzung von Feuerungen, die der Kraft-und/oder Wärmeerzeugung dienen und mit festen, insbesondere staubförmigen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen betrieben werden. Die Erfindung bezieht sich auch auf die solchen Feuerungen nachgeschalteten Anlagen, in denen die Verbrennungsgase mit den Wänden oder Einbauten in Berührung kommen und hier Korrosionswirkungen ausüben oder Ablagerungen von Asche, Staub u. dgl. bilden können. Solche Anlageteile sind die Brennkammern selbst, Wände und Einbauten von Regenerativfeuerungen und Rekuperatoren.
Das Verfahren der Erfindung hat vor allem Bedeutung für die Verhütung von Korrosionen und Ablagerungen auf mit flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen betriebenen Turbinen, bei denen festhaftende Ablagerungen von Staub, Asche oder Ascheprodukten auf den Schaufeln sowohl des Rotors als auch des Zylinders zu einer unerwünschten Änderung der Charakteristik der Turbine und damit zu einem Leistungsabfall führen. Diese Erscheinungen machen nach einer gewissen Betriebsdauer eine Stillsetzung und Reinigung der Turbine erforderlich, die die Wirtschaftlichkeit des Turbinenbetriebes beeinträchtigt.
Darüber hinaus verursachen die Ablagerungen auf den Teilen von Turbinen unterdemEinflussvonschwe- felhaltigen Verbrennungsgasen mehr oder weniger starke Korrosionen, die die Haltbarkeit und Lebensdauer der Turbine nachteilig beeinflussen. Auch die Korrosionserscheinungen führen zu unerwünschten Betriebsunterbrechungen, Ähnliche Wirkungen treten auch in Mischkammern oder Wärmeaustauschanlagen auf, wo neben der Korrosion durch die Ablagerungen eine Verminderung des Wärmeaustauschvermögens erfolgt.
Es ist bekannt, in flüssigen Brennstoffen flüssige Kieselsäurealkylester zu lösen, die bei der Verbrennung Siliciumdioxyd in feinverteilter Form bilden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass dieses Verfahren für Temperaturen über 6500 nicht geeignet ist, da bereits bei Betriebstemperaturen von 6250C Ablagerungen in Erscheinung treten, die auf die Bildung von Teilschmelzen zurückzuführen sind. Solche Teilschmelzen haften fest auf den in den Feuerungsräumen und den nachgeschalteten Anlagen im Wege der Verbrennungsgase befindlichen Oberflächen und bilden damit Ansätze für einen Korrosionsangriff, durch den die Verschmutzung und Haftung der Abscheidungen wieder gefördert wird.
Man ist in vielen Fällen noch immer darauf angewiesen, den Turbinenbetrieb in mehr oder weniger langen Zeitabständen zu unterbrechen, um die Turbine zu reinigen bzw. die durch Korrosion angegriffenen Elemente an Turbinen, Heizkammern und den nachgeschalteten Anlagen zu ersetzen.
Es wurde nun gefunden, dass die Beladung der bei der Verbrennung gebildeten, Staub und/oder Asche enthaltenden Verbrennungsgase mit feinteiligen, hochschmelzenden Oxyden auch dann die Verschmutzung, Abscheidung und Korrosion wirksam zu verhindern im Stande ist, wenn die Anlagen bei hohen Arbeitstemperaturen von mehr als 7000C arbeiten. Solche hohe Arbeitstemperaturen sind gerade beim Turbinenbetrieb in Hinblick auf eine bessere Energieausbeute besonders erwünscht, liessen sich
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über den Verunreinigungen der Brennstoffrückstände entwickeln, verhindern sie deren unerwünschtes
Anschmelzen und Verkleben an den Wänden der Heizanlagen und an den Prallflächen der nachge- schalteten Anlagen, z.
B. der Turbinenschaufeln, so dass die nachteiligen Ansätze wirksam vermieden werden können. Es erscheint auch möglich, dass speziell die Vanadiumverbindungen der Ölasche von den Oxyden umhüllt werden, während die alkalischen Verunreinigungen durch Verbindungsbildung mit den sauer wirkenden Oxyden unschädlich gemacht werden. Durch den hohen Verteilungsgrad der Oxyde wird auch das Ausbrennen von Teilschmelzen aus den staubförmigen Ablagerungen verhindert, so dass letztgenannte nicht mehr zu festhaftenden Schmutzüberzügen und zur Bildung von Korrosionsherden führen können.
Gemäss einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann man die Auflockerung der
Ablagerung durch die feinverteilten, sauer wirkenden Oxyde noch dadurch unterstützen, dass dem Oxyd oder oxydgemisch Magnesiumoxyd im Verhältnis von beispielsweise 1 Gew.-Teil Siliciumdioxyd auf
0, l-l Gew.-Teile Magnesiumoxyd zugesetzt wird.
Die vorteilhafteste Art der Zuführung der Oxyde oder Oxydgemische zu den Verbrennungsanlagen hängt weitgehend von der Art des verwendeten Brennstoffes ab. Die Oxyde können in Pulverform in
Verbrennungsräume oder in die den Verbrennungsräumen nachgeschalteten Anlagen, wie Gasturbinen,
Rekuperatoren, Regenerativfeuerungen, Abhitzekessel, Wärmeaustauscher u. dgl. eingeblasen werden.
Dieses Verfahren lässt sich vor allem bei Verwendung staubförmiger, fester Brennstoffe und gasförmiger
Brennstoffe mit Vorteil anwenden, wobei im letztgenannten Falle die feinverteilten Oxyde in das Brenn- gas oder den Strom der Verbrennungsluft oder auch in die Mischkammer, in der beispielsweise Gichtgas mit Luft unter erhöhtem Druck gemischt wird, eingetragen werden können.
Bei festen Brennstoffen kann auch so verfahren werden, dass die Oxyde mit dem gemahlenen Brenn- stoff vermischt dem Kohlenstaubbrenner zugeleitet werden.
Ein besonderer Vorzug der erfindungsgemäss zu verwendenden Oxyde ist ihre leichte Dispergierbar- keit in Wasser oder Heizöl. Dispersionen der Oxyde können, ebenso wie die feinverteilten trockenen
Substanzen, in die Verbrennungsluft oder das Brenngas eingesprüht und so der Flamme zugeführt wer- den.
Für die Verwendung flüssiger Brennstoffe werden die Oxyde oder deren Mischungen miteinander oder mit basischen Oxyden mit dem Heizöl in beständige Dispersionen übergeführt. Diese Dispersionen enthalten zweckmässig mehr Heizöl als für die Erreichung des Gelzustandes notwendig ist. Dadurch erniedrigt sich ihre Viskosität mit steigender Temperatur. Ausserdem können sie auf jede Viskosität ein- gestellt werden, die für den betriebenen Brenner vorgeschrieben ist. Es ist somit möglich, die Dispersionen vor dem Brenner in die Heizölzuführung zu dosieren. Die Mischung von Heizöl und Dispersion verbrennt dann unter Freisetzung der Oxyde, die sowohl die Anteile der Brennstoffasche aufzunehmen vermögen, die sich im Feuerraum im Gaszustand befinden, als auch diejenigen, die als Asche aus dem abbrennenden Kokskorn entstehen.
Insbesondere die auf pyrogenem Wege gewonnenen feinteiligen Oxyde, die erfindungsgemäss als Zusatzmittel verwendet werden, sind als Antisedimentationsmittel bekannt und können daher das vorzeitige Absetzen von Magnesiumoxyd oder gröberen Feststoffanteilen in der Dispersion wirksam verhindern.
Auch bei festen Brennstoffen, bei denen vor allem die leicht flüchtigen Alkaliverbindungen und der Schwefel zu Korrosionen und Verschmutzungen führen, können die feinteiligen Oxyde oder deren Mischungen mit Magnesiumoxyd oder jeweils auch die Oxyde einzeln als Dispersionen einem zusätzlichen Ölbrenner zugeführt werden, der sich in der Nähe des Kohlenstaubbrenners befindet. In ähnlicher Weise kann man auch in Fällen verfahren, in denen beim Turbinenbetrieb mit Gichtgas eine ölgefeuerte Stützflamme benutzt wird. Auch hier kann man das Oxyd über diese Stützflamme in der Weise einbringen, dass eine Dispersion dem Heizöl für die Stützflamme zugespeist oder die Stützflamme mit einer solchen Dispersion ausschliesslich betrieben wird.
Auf dem Wege über eine spezielle Flamme, die mit einer Heizöl-Oxyddispersion brennt, kann das Oxyd auch in den Brennluftstrom oder, bei Luftüber- schuss, in den Strom der Verbrennungsgase in feiner Verteilung eingeleitet werden.
Die Erfindung ist in den nachfolgenden, nicht beschränkenden Beispielen weiter erläutert.
Beispiel l : Steinkohle, die in Kohlenstaubbrennern verfeuert wird und in der Trockensubstanz z. B. 0, 1 Gew. -% wasserlösliche bzw. flüchtige Alkaliverbindungen, als NaO berechnet, neben 1, 9% p Schwefel enthält, neigt zu Heizflächenverschmutzungen. Um diese zu verhindern, wird die Kohle mit der in bezug auf den NätO-Gehalt doppelt molaren Menge an Siliciumdioxyd, das den erfindungsgemäss vorgesehenen Bedingungen entspricht, vermischt und dem Brenner zugeführt. Der Zusatz beträgt 0, 2% Gel.-%, bezogen auf die Kohle. Bei Staubfeuerung kann dieses Gemisch oberhalb der Flamme in Staubform in den Feuerraum eingeblasen werden.
Dagegen muss bei Rostkesseln das Siliciumdioxyd oberhalb
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