Verfahren zur Korrosionsverhütung in einer Dampfkraftanlage Die korrosionsverhütende Wirkung des Zusatzes von flüchtigen, alkalisierend wirkenden Stoffen zum Arbeitsmittel von Dampfkraftanlagen, in denen für unterkritische Drücke und für diese Drücke üblichen niederen Nutzdampftemperaturen bis etwa 550 C ausgelegte Dampferzeuger verwendet werden, ist be kannt. Dagegen hat sich bei Versuchen der Patent inhaberin in bei überkritischen Drücken und Tempe raturen bis etwa 650 C betriebenen Dampferzeugern herausgestellt, dass hier die nach den üblichen Metho den zwecks Alkalisierung zugesetzten Stoffe, wie zum Beispiel Amine, nicht mehr genügend wirksam sind.
Man hat auch schon anstelle dieser Amine unter anderem Ammoniak (NH40H) dem Arbeitsmittel von bei unterkritischen Drücken und entsprechend nie deren Temperaturen betriebenen Dampfkraftanlagen zugesetzt. Auch hier hat man eine korrosionsver hütende Wirkung festgestellt. Der günstige Ver teilungskoeffizient der Amine in der flüssigen Phase des Wassers hat jedoch die Verwendung des Ammoniaks in den Hintergrund treten las sen, wozu auch noch nicht zuletzt andere ungünstige Nebenerscheinungen des Ammoniaks, wie sein An griff auf kupferhaltige Teile der Dampfkraftanlage unter gewissen Bedingungen beigetragen haben.
Es ist ferner die Eigenschaft der flüchtigen Amine bekannt, dass sie sich bei hohen Drücken und Tem peraturen zersetzen. Die ebenfalls bekannten Eigen schaften des flüchtigen Ammoniaks, das den Aminen nahe verwandt ist, können daher auch nicht erwar ten lassen, dass sich das Ammoniak prinzipiell anders verhalten wird. So erscheint es von vornherein auf Grund der bisherigen Erfahrungen weder zweckmässig noch Erfolg versprechend zu sein, den bei unterkri tischen Drücken betriebenen Dampferzeugern be kannten Ammoniakzusatz auch bei Dampferzeugern vorzunehmen, die bei mindestens kritischem Druck arbeiten.
Bei Dampferzeugern, die bei mindestens kriti schem Druck sowie entsprechend hohen Tempera turen, zum Beispiel 650 C, betrieben werden, sind, wie bekannt, keine zwei Phasen des Arbeitsmittels gemeinsam vorhanden, vielmehr geht bei der Dampf erzeugung bei diesen Bedingungen das Arbeitsmittel allmählich, aber direkt von der flüssigen in die Phase überhitzten Dampfes über. Bei der weiteren Über hitzung kommen die Stähle der Rohrleitungen im Endüberhitzer bis auf Rotglut. Es ist aber auch be kannt, dass das Ammoniak schon bei schwacher Rot glut (etwa 500 C) zu zerfallen beginnt.
Diese mit dem Ammoniak gemachten Erfahrungen werden auch durch die bekannten Werte für die Ammoniak- Gleichgewichtskonzentration in einem Stickstoff-Was- serstoffgemisch bestätigt. Aus diesen geht nämlich hervor, dass bei gleichbleibenden Drücken der Pro zentgehalt an gebildetem Ammoniak mit steigender Temperatur rasch abfällt. Zum Beispiel sind bei 100 at und 400 C etwa 25 % Ammoniak im Gas gemisch vorhanden. Bei Steigerung der Temperatur auf 550 C verringert sich der Prozentbetrag auf etwa 6,7.
Die entsprechenden Werte bei 200 at sind ein Prozentgehalt von 36 bzw. 12. Diese Tem peraturerhöhung von 150 C verringert also den Ammoniakgehalt des Gasgemisches auf rund 1/3. Bei höheren Drücken, zum Beispiel 300 at, wird durch eine Temperaturerhöhung von 150 C (zum Beispiel von 450 auf 600 C) der Ammoniakgehalt des Gas gemisches von rund 36 auf 11,5114 verringert, was eine Reduktion in der Menge des Ammoniaks auf ebenfalls fast 1/3 ergibt.
Demnach ist es naheliegend anzunehmen, dass das zum Arbeitsmittel von bei mindestens kritischem Druck sowie Temperaturen von mindestens 600 C betriebenen Dampferzeugern etwa zugesetzte Ammoniak im Verlauf des Arbeits prozesses, ebenso wie es mit den Aminen geschieht, zerfällt und damit unwirksam wird.
Entgegen diesen auf Vorurteilen beruhenden Fol gerungen wurde nun ein Verhalten des Ammoniaks festgestellt, das von den durch die bisherigen Er fahrungen begründeten Erwartungen abweicht. Unter Zugrundelegung dieser neuen Feststellungen, wo durch eine bisher unbekannte Eigenschaft des Am moniaks aufgedeckt wurde, die diesen Stoff erst über raschenderweise zur praktischen Lösung der ge stellten Aufgabe der Korrosionsverhütung in bei mindestens kritischen Drücken betriebenen Dampf kraftanlagen geeignet macht und für welche die neue erkannte Eigenschaft des Ammoniaks von erheb licher wirtschaftlicher Bedeutung ist, beruht das Verfahren nach der Erfindung darauf, dass dem Arbeitsmittel, das in einer Dampfkraftanlage um läuft,
deren Dampferzeuger bei mindestens kritischem Druck und einer Temperatur von mindestens 600 C betrieben wird, Ammoniak zugesetzt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird anschlie ssend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch eine Dampf kraftanlage in ihren Hauptteilen. Das ein Rohr system 1 eines mit 2 bezeichneten und bei kritischem oder überkritischem Druck betriebenen Dampferzeu gers durchlaufende Arbeitsmittel gelangt zu einem ersten, gegebenenfalls aus Vorschalt- und Haupt turbine bestehenden Turbinensatz 3, der einen Gene rator 4 antreibt.
Das in dem Turbinensatz 3 ent spannte Arbeitsmittel wird in einem Zwischenüber- hitzer 5 wieder überhitzt und anschliessend einer Mitteldruckturbine 6 und einer Niederdruckturbine 7 eines zweiten, einen Generator 8 antreibenden Tur binensatzes zugeführt. Eine Zwischenüberhitzung in dem gegebenenfalls abschaltbaren Zwischenüberhit- zer 9 zwischen diesen beiden Turbinen 6 und 7 kann vorgesehen sein.
Das die Niederdruckturbine 7 ver lassende Arbeitsmittel wird im Kondensator 10 nie dergeschlagen und mittels einer Pumpe 11 über zwei Vorwärmer 12 und einen Entgaser 13 in ein Anfahr- gefäss oder einen Speisewasserbehälter 14 geführt; von dem aus es wieder mittels einer Speisewasser pumpe 15 in den Dampferzeuger 2 gepumpt wird.
Dem die ganze Anlage durchlaufenden Arbeits mittel wird zu deren Korrosionsverhütung an ge eigneten Stellen so viel Ammoniak in flüssiger oder gasförmiger Form zugesetzt, dass sich ein Ammoniak- gehalt von vorzugsweise etwa 1-2 mg je Liter Speisewasser ergibt. Eine geeignete-Stelle für den Zusatz des Ammoniaks liegt zum Beispiel zwischen der Kondensatpumpe 11 und dem ersten Vorwärmer 12. Sie ist mit 16 angedeutet. Eine andere mit 17 bezeichnete Stelle befindet sich zwischen dem Speise wasserbehälter 14 und der Speisewasserpumpe 15. Einen bevorzugten Ort für den mit 18 angedeuteten Zusatz des Ammoniaks stellt auch der Speisewasser Behälter 14 selbst dar.
Der Zusatz des Ammoniaks ist nicht auf die vorstehend angegebenen Mengen bzw. Orte beschränkt. Diese können vielmehr ver ändert bzw. an andern Stellen der Kraftanlage vor gesehen werden, zum Beispiel in einer der Turbinen.
Die korrosionsverhütende Wirkung des in ein fachster Weise dem flüssigen Arbeitsmittel zugesetz ten Ammoniaks macht sich besonders in den nach dem Zwischenüberhitzer angeordneten Turbinen so wie in der Kondensatrücklaufleitung bemerkbar.
Die Verluste des in der Dampfkraftanlage umlaufenden Ammoniaks sind sehr gering, da sie sich in der Regel nur auf die üblichen Leckageverluste erstrecken und da ein Zerfall des Ammoniaks auch in den möglicher weise rotglühenden Rohren des in der Zeichnung nicht näher dargestellten überhitzers nicht erfolgt, wie es im Gegensatz hierzu bei den andern flüchtigen Aminen der Fall ist, die daher laufend erneut dem Arbeitsmittel zugesetzt werden müssen.
Process for preventing corrosion in a steam power plant The anti-corrosive effect of adding volatile, alkalizing substances to the working fluid of steam power plants, in which steam generators designed for subcritical pressures and for these pressures, the low useful steam temperatures of up to about 550 C, are used, is known. In contrast, attempts by the patent holder in steam generators operated at supercritical pressures and temperatures up to about 650 C have shown that the substances added according to the usual methods for the purpose of alkalinization, such as amines, are no longer sufficiently effective.
Instead of these amines, ammonia (NH40H), among other things, has also been added to the working fluid of steam power plants that are operated at subcritical pressures and, accordingly, never at their temperatures. A corrosion-preventing effect has also been found here. The favorable distribution coefficient of the amines in the liquid phase of the water, however, has made the use of ammonia take a back seat, to which other unfavorable side effects of ammonia such as its attack on copper-containing parts of the steam power plant under certain conditions have contributed .
It is also known that volatile amines decompose at high pressures and temperatures. The well-known properties of volatile ammonia, which is closely related to amines, cannot therefore lead to the expectation that the ammonia will in principle behave differently. So it appears from the outset, based on previous experience, to be neither expedient nor promising to make the steam generators operated at sub-critical pressures be known ammonia addition even to steam generators that operate at at least critical pressure.
In steam generators that are operated at at least critical pressure and correspondingly high temperatures, for example 650 C, are, as is known, no two phases of the working fluid present together, but rather the working fluid gradually goes into steam generation under these conditions directly from the liquid to the superheated phase. If the overheating continues, the steel pipes in the final superheater come to red heat. But it is also known that the ammonia begins to break down when it is faintly red (around 500 C).
These experiences made with ammonia are also confirmed by the known values for the ammonia equilibrium concentration in a nitrogen-hydrogen mixture. This shows that, at constant pressures, the percentage of ammonia formed drops rapidly with increasing temperature. For example, at 100 at and 400 C there is about 25% ammonia in the gas mixture. If the temperature is increased to 550 C, the percentage decreases to about 6.7.
The corresponding values at 200 at are a percentage of 36 and 12. This temperature increase of 150 C thus reduces the ammonia content of the gas mixture to around 1/3. At higher pressures, for example 300 at, the ammonia content of the gas mixture is reduced by a temperature increase of 150 C (for example from 450 to 600 C) from around 36 to 11.5114, which also reduces the amount of ammonia to almost 1/3 results.
Accordingly, it is reasonable to assume that any ammonia added to the working fluid of steam generators operated at at least critical pressure and temperatures of at least 600 ° C decays and thus becomes ineffective in the course of the work process, just as it happens with the amines.
Contrary to these prejudice-based conclusions, a behavior of ammonia has now been found that deviates from the expectations based on previous experience. On the basis of these new findings, where a previously unknown property of ammonia was discovered that surprisingly makes this substance suitable for the practical solution of the task of corrosion prevention in steam power plants operated at at least critical pressures and for which the new recognized property of ammonia is of considerable economic importance, the method according to the invention is based on the fact that the working fluid that runs in a steam power plant,
whose steam generator is operated at at least a critical pressure and a temperature of at least 600 C, ammonia is added.
The method according to the invention is then explained using the drawing, for example. The drawing shows schematically a steam power plant in its main parts. The one pipe system 1 of a designated 2 and operated at critical or supercritical pressure Dampferzeu gers passing working medium reaches a first, possibly consisting of upstream and main turbine turbine set 3, which drives a generator 4 generator.
The working fluid released in the turbine set 3 is superheated again in an intermediate superheater 5 and then fed to a medium-pressure turbine 6 and a low-pressure turbine 7 of a second turbine set that drives a generator 8. Reheating in the reheater 9, which can optionally be switched off, between these two turbines 6 and 7 can be provided.
The working medium leaving the low-pressure turbine 7 is never thrown in the condenser 10 and is guided by means of a pump 11 via two preheaters 12 and a degasser 13 into a start-up vessel or a feed water tank 14; from which it is again pumped into the steam generator 2 by means of a feed water pump 15.
To prevent corrosion, sufficient ammonia in liquid or gaseous form is added to the working medium running through the entire system at suitable points so that the ammonia content is preferably around 1-2 mg per liter of feed water. A suitable point for the addition of ammonia is, for example, between the condensate pump 11 and the first preheater 12. It is indicated by 16. Another point marked 17 is located between the feed water tank 14 and the feed water pump 15. The feed water tank 14 itself is also a preferred location for the addition of ammonia indicated by 18.
The addition of the ammonia is not limited to the amounts or locations specified above. Rather, these can be changed or seen at other points in the power plant, for example in one of the turbines.
The anti-corrosive effect of the ammonia added to the liquid working medium is particularly noticeable in the turbines arranged after the reheater and in the condensate return line.
The losses of the ammonia circulating in the steam power plant are very low, since they usually only extend to the usual leakage losses and since the ammonia does not break down, even in the possibly red-hot tubes of the superheater, which is not shown in detail in the drawing In contrast, this is the case with the other volatile amines, which therefore have to be continuously added to the working fluid.