Was verursacht Ablagerungen an den Schaufeln einer WTE-Turbine?

Ablagerungen auf den Schaufeln einer WTE-Turbine entstehen in der Regel durch Verunreinigungen im Dampf: durch Kesselwassertropfen, die in die Dampfversorgung gelangen, durch in der Dampfphase transportierte Kieselsäure oder durch Korrosionsprodukte, die aus dem Wasser- und Dampfkreislauf freigesetzt werden. Die Abhilfemaßnahmen hängen davon ab, welches Material vorhanden ist und wie es auf die Schaufeln gelangt ist. Eine Reinigung stellt den Strömungsweg wieder her, doch wiederkehrende Ablagerungen weisen darauf hin, dass die Verunreinigungsquelle oder der Transportmechanismus weiterhin aktiv ist.

In einer Müllverbrennungsanlage mit Energierückgewinnung bleiben Verbrennungsasche und Rauchgas außerhalb des normalen Dampfwegs der Turbine. Die Zusammensetzung des Abfalls beeinflusst den Kesselbetrieb und die Wärmeübertragungsflächen, doch Asche auf der Feuerungsseite belegt nicht die Ursache einer Verschmutzung der Turbine. Für eine Diagnose sind Nachweise erforderlich, die die Ablagerung auf den Schaufeln mit der Dampfchemie, der Wasseraufbereitung, dem Anlagenzustand oder einem Betriebsereignis in Verbindung bringen.

Kesselwasserverschleppung führt gelöste Salze mit

Mechanische Verschleppung tritt auf, wenn Wassertropfen aus dem Dampfabscheidesystem des Kessels austreten. Diese Tropfen enthalten gelöste und suspendierte Stoffe aus dem Kesselwasser. Gelangen sie in den überhitzten Dampf und verdampfen, bleiben Verunreinigungen zurück, die sich auf Ventilen, Düsen und Schaufeln ablagern können.

Ein hoher Trommelwasserstand, Schaumbildung, beschädigte Abscheiderkomponenten und ein Betrieb außerhalb des vorgesehenen Lastbereichs des Abscheiders erhöhen die Wahrscheinlichkeit einer Verschleppung. Schnelle Laständerungen erfordern besondere Aufmerksamkeit. Das Trommelquellen bei einer Druckabsenkung kann den scheinbaren Wasserstand ansteigen lassen und die Abscheidung beeinträchtigen, selbst wenn die vorherigen Messwerte im stationären Betrieb unauffällig waren.

Ein erhöhter Gehalt an gelösten Feststoffen im Kesselwasser begünstigt unter ungünstigen Bedingungen die Verschleppung. Organische Verunreinigungen, einschließlich Öl, das in das Kondensatsystem gelangt, können Schaumbildung fördern. Eine Erhöhung der Abschlämmung kann die Konzentration gelöster Feststoffe senken, repariert jedoch keinen beschädigten Abscheider und beseitigt keine Ölquelle.

Natrium in einer repräsentativen Dampfprobe ist ein nützlicher Hinweis auf Verunreinigungen, da viele Kesselwasserverunreinigungen Natrium enthalten. Ein Natriumanstieg allein identifiziert jedoch nicht die Eintrittsstelle. Vergleichen Sie den zeitlichen Verlauf mit Trommelwasserstand, Laständerungen, Kesselwasserchemie und Kondensatqualität. Eine kurzzeitige Verunreinigung während des Anfahrens oder einer Laststörung kann Ablagerungen hinterlassen, auch wenn spätere Proben wieder normale Werte aufweisen.

Kieselsäure verhält sich anders als bei der Tropfenverschleppung

Kieselsäure kann sowohl durch mechanische Verschleppung als auch durch Transport in der Dampfphase in den Dampf gelangen. Ihre Verteilung zwischen Kesselwasser und Dampf verändert sich in Abhängigkeit von Druck und Wasserchemie. Eine wirksame Tropfenabscheidung allein gewährleistet daher keinen ausreichend niedrigen Kieselsäuregehalt im Dampf.

Während sich der Dampf durch die Turbine ausdehnt, nimmt seine Fähigkeit ab, Kieselsäure in Lösung zu halten. Dadurch kann sich Kieselsäure auf nachgeschalteten Oberflächen ablagern. Welche Stufen betroffen sind, hängt von den Eintrittsbedingungen und dem Expansionsverlauf ab; jede Kieselsäureablagerung einer festen Turbinenstufe zuzuordnen, ist daher unzuverlässig. Kieselsäurereiche Ablagerungen sind häufig hart und lassen sich allein mit Wasser nur schwer entfernen.

Ein niedriger Natriumwert im Dampf belegt daher nicht, dass die Kieselsäurekontrolle zufriedenstellend ist. Der Kieselsäuregehalt des Dampfs muss separat gemessen und durch Aufzeichnungen zum Kieselsäuregehalt des Kesselwassers und zur Aufbereitung des Zusatzwassers ergänzt werden. Bei Verwendung einer Entsalzungsanlage können erschöpftes Filtermaterial, ein Durchbruch oder Probleme bei der Regeneration die in den Kreislauf eingetragene Kieselsäuremenge erhöhen.

Phosphathaltige Ablagerungen sind anders zu interpretieren. Bei einem Kessel mit Phosphatbehandlung spricht Phosphat in einer Turbinenablagerung stark dafür, dass Kesselwasser in den Dampf gelangt ist. Eine Erhöhung der Chemikaliendosierung ohne Untersuchung einer möglichen Verschleppung kann die zur Ablagerung verfügbare Stoffmenge erhöhen.

Die Zusammensetzung der Ablagerungen grenzt die Untersuchung ein

Farbe und Textur helfen bei der Dokumentation einer Ablagerung, ermöglichen jedoch keine zuverlässige Identifizierung. Eine dunkle Schicht kann Eisenoxide enthalten, die mit Salzen vermischt sind; eine helle Ablagerung kann aus Kieselsäure oder mehreren Wasseraufbereitungschemikalien bestehen. Fotografieren Sie die Oberflächen und entnehmen Sie Proben, bevor Sie waschen, strahlen oder Chemikalien anwenden.

Bewahren Sie Proben aus verschiedenen Stufen und Komponenten getrennt auf. Dokumentieren Sie die Stufe, die Schaufelseite, die radiale Position, die Ablagerungsdicke sowie, ob das Material lose oder fest haftend ist. Werden alle Materialien zu einer einzigen Probe zusammengeführt, gehen Standortinformationen verloren, die dabei helfen, eine vorgelagerte Verunreinigung von einer Ablagerung während der Expansion zu unterscheiden.

Die Elementaranalyse identifiziert die Bestandteile; die Mineralphasenanalyse hilft, die vorhandenen Verbindungen zu bestimmen. Auch die Prüfung der Wasserlöslichkeit dient der Auswahl des Reinigungsverfahrens. Mischablagerungen erfordern häufig mehr als eine Analysemethode, insbesondere wenn lösliche Salze härtere Kieselsäure- oder Oxidpartikel zusammenbinden.

Verunreinigungen im Wasser- und Dampfkreislauf zurückverfolgen

Ein Leck im Kondensator kann Verunreinigungen aus dem Kühlwasser in das Kondensat eintragen. Verunreinigtes Prozesskondensat, das in den Kreislauf zurückgeführt wird, stellt einen weiteren Eintragsweg dar, wenn Wärme ausgekoppelt wird. Welche Ablagerungen sich in der Turbine bilden, hängt von den Verunreinigungen, ihrer Konzentration im Kessel und ihrem Übergang in den Dampf ab.

Vergleichen Sie Proben aus Zusatzwasser, Kondensat, Speisewasser, Kesselwasser und Turbineneinlassdampf. Eine Verschlechterung, die zuerst im Kondensat auftritt, weist auf eine andere Quelle hin als eine, die nur im Kesselwasser festzustellen ist. Die Aufzeichnungen zur Wasserchemie sollten außerdem Änderungen der Aufbereitung, einen ungewöhnlich hohen Zusatzwasserbedarf, Anfahrphasen und eine mögliche Abtrennung von Kondensatrückläufen umfassen.

Bei eisenreichen Ablagerungen sind der Transport von Korrosionsprodukten und die jüngste Betriebshistorie zu untersuchen. Belastungen während Stillstandszeiten, ungeeignete Konservierung und Störungen beim Anfahren können angesammelte Oxide freisetzen. Größere Oxidpartikel können auch Erosion verursachen. Eine Oberfläche mit Ablagerungen und Aufprallschäden kann daher auf mehr als einen Mechanismus zurückzuführen sein.

Überprüfen Sie das Probenahmesystem, bevor Sie ein scheinbar unauffälliges Dampfergebnis akzeptieren. Probenahmestelle, Entnahmeanordnung, Zustand der Leitung, Kühlung und Reaktion des Analysators beeinflussen, ob ein kurzzeitiges Verunreinigungsereignis erfasst wird. Eine verzögert entnommene Laborprobe, nachdem der stabile Betrieb wieder aufgenommen wurde, kann eine frühere Verschleppung nicht rekonstruieren.

Verschmutzungssymptome von anderen Leistungsverlusten unterscheiden

Ablagerungen verändern Schaufelprofile, erhöhen die Oberflächenrauheit und verengen die Düsenkanäle. Je nach Ort und Ausmaß sind ein verringerter Wirkungsgrad, veränderte Stufendrücke oder eine reduzierte Durchsatzkapazität die Folge. Vergleichen Sie Stufendruck und Dampfstrom bei gleichwertigen Eintrittsbedingungen, gleichem Abgasdruck und gleicher Last; ein einzelner Druckmesswert reicht nicht aus.

Bei einer Dampfturbine, die einen Generator mit Nennleistungen von 1.5 MW bis 400 MW antreibt, sollte die elektrische Leistung zusammen mit dem Dampfstrom und den thermodynamischen Bedingungen bewertet werden. Ein Leistungsverlust allein lässt nicht erkennen, ob die Ursache eine Verschmutzung der Schaufeln, eine niedrigere Eintrittstemperatur, ein höherer Kondensatordruck oder elektrische Einschränkungen sind.

Auch bei Vibrationen ist eine sorgfältige Bewertung erforderlich. Ungleichmäßige Ablagerungen können die Rotorauswuchtung beeinträchtigen, doch auch Ausrichtungsänderungen, Lagerprobleme, Reibung und Schaufelschäden verursachen Vibrationen. Setzen Sie Schwingungstrends mit Ereignissen der Wasserchemie und Leistungsänderungen in Beziehung und bestätigen Sie den mechanischen Zustand anschließend bei einer Inspektion. Lose Ablagerungen können sich lösen; eine plötzliche Änderung der Vibration beweist daher nicht, dass die Verschmutzung behoben ist.

Entfernung und Vorbeugung auf den bestätigten Mechanismus abstimmen

Wählen Sie das Reinigungsverfahren anhand der Ablagerungsanalyse und des Verfahrens des Turbinenherstellers. Für einige lösliche Salze eignet sich eine Wasserwäsche, während kieselsäurereiche oder stark haftende Oxidablagerungen möglicherweise ein anderes zugelassenes Verfahren erfordern. Unkontrolliertes abrasives Reinigen kann die Schaufelgeometrie oder Oberflächenbeschaffenheit verändern; ungeeignete Chemikalien können Werkstoffe angreifen oder in Spalten zurückbleiben.

Prüfen Sie vor der Reinigung, ob sich unter der Ablagerung Lochfraß, Risse oder Erosion befinden. Eine scheinbar verschmutzte Schaufel kann zugleich Korrosionsschäden aufweisen, die eine Reparatur oder einen Austausch erfordern. Eine Online-Wäsche darf nur durchgeführt werden, wenn Turbinenausführung und Betriebsverfahren sie ausdrücklich zulassen und die Grenzwerte für Wasserzufuhr und Entwässerung festgelegt sind.

Korrekturmaßnahmen sollten sich nach den Befunden richten: Reparieren Sie Abscheiderkomponenten bei mechanischer Verschleppung, stabilisieren Sie das Verhalten des Trommelwasserstands bei Übergangsvorgängen, stellen Sie die Kieselsäureentfernung wieder her, wenn ein Durchbruch der Aufbereitung bestätigt wurde, oder isolieren Sie die Verunreinigungsquelle im Kondensat. Verfolgen Sie nach dem Wiederanfahren repräsentative Werte der Dampfchemie sowohl während des Anfahrens und bei Laständerungen als auch im stationären Betrieb. Untersuchen Sie die zuvor betroffenen Stufen beim nächsten geeigneten Stillstand erneut, um festzustellen, ob die Ablagerungsbildung nachgelassen hat oder wiederkehrt.