Chemische Kesselreinigung: So machen Sie es richtig

Wie einige der Tests, die Ihr Arzt immer von Ihnen verlangt, ist auch die chemische Kesselreinigung etwas, worüber die meisten von uns lieber nicht nachdenken würden, aber wir sind uns alle einig, dass es notwendig ist. Zu unserem allgemeinen Unbehagen über den Prozess kommen noch die neuen Vorschriften der US-Umweltschutzbehörde hinzu, die die Entsorgung chemischer Reinigungsabfälle verteuern. Hier finden Sie einen Überblick darüber, was wann zu tun ist und worauf Sie achten sollten.

Jeder weiß (oder sollte wissen), dass Ablagerungen in Kesselrohren langfristig zu Problemen bei der Zuverlässigkeit des Kessels führen. Ablagerungen isolieren das Wasser in den Rohren vom Feuer, wodurch die Metalltemperatur zwischen der Ablagerung und dem Rohrmetall dramatisch ansteigt. Bei längerem Betrieb mit starken Rohrablagerungen kommt es langfristig zu einer Überhitzung des Metalls. Die Rohre werden sich zunächst ausbeulen und dann versagen. Da die Ablagerungen in der Regel weit verbreitet sind, führt dies im Allgemeinen dazu, dass große Abschnitte der Kesselrohre beschädigt werden und ausgetauscht werden müssen.

Die Ablagerungen konzentrieren auch die Chemie und Verunreinigungen des Kesselwassers, die sich darunter ansammeln. Die durch die Ablagerung verursachte erhöhte Metalltemperatur erhöht die Korrosionsrate, die durch Phosphat, Ätzmittel oder Chlorid unter der Ablagerung verursacht wird. Mit Ausnahme der Korrosionsermüdung treten alle wasserseitigen Kesselrohrversagensmechanismen unter Ablagerungen auf. Beseitigen Sie Ablagerungen und verhindern Sie auch wasserseitige Rohrausfälle.

Die Standardmethode zur Bestimmung, wann ein Kessel chemisch gereinigt werden muss, besteht darin, eine Kesselrohrprobe zu entnehmen und die Ablagerungsmenge – eine Ablagerungsgewichtsdichte (DWD) – zu messen und die Zusammensetzung der Ablagerung zu analysieren. Neben der DWD gibt es aber auch andere Bedingungen, die eine Reinigung des Kessels erfordern. Diese beinhalten:

■ Ein oder mehrere Ausfälle aufgrund eines Korrosionsmechanismus unter Ablagerungen, insbesondere Wasserstoffschäden. An erster Stelle muss die Vermeidung weiterer Schäden stehen, indem die Ablagerungen durch eine vollständige chemische Reinigung entfernt werden.

■ Großes Kontaminationsereignis oder mehrere kleine Ereignisse, insbesondere Lecks im Kondensatorrohr. Kontaminationsereignisse erhöhen die Menge an Ablagerungen im Kessel und dessen Korrosivität. Durch die chemische Reinigung werden die Ablagerungen und die darunter liegenden Verunreinigungen entfernt, bevor es zu Korrosion kommt.

■ Austausch der Kesselrohre. Als Faustregel gilt die chemische Reinigung, wenn Sie mehr als 10 % der Kesseloberfläche austauschen. Dadurch entsteht eine gleichmäßige Oxidschicht auf allen Rohren.

■ Eine wesentliche Änderung des Kesselbrennstoffs oder der Brennerkonstruktion. Ein Wechsel des Brennstoffs, beispielsweise von Kohle auf Gas, oder eine Modifikation der Brenner kann zu Veränderungen im Bereich des hohen Wärmeflusses im Kessel führen. Wenn Sie eine so große Änderung durchführen, beginnen Sie am besten mit einem sauberen Kessel.

■ Eine Änderung des chemischen Behandlungssystems. Zu solchen Änderungen würde der Übergang von einer chemischen Behandlung zu einer anderen gehören, beispielsweise von der Behandlung mit vollständig flüchtigen Stoffen zur Behandlung mit Sauerstoff (OT).

Der Standard-DWD-Test sollte nicht nur eine Ablagerungsbeladung, sondern auch eine Analyse der chemischen Zusammensetzung der Ablagerungen auf dem Rohr liefern. Diese chemische Analyse der Ablagerung kann quantitativ mit einem Emissionsspektrometer mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-ES) durchgeführt werden, wird jedoch häufiger semiquantitativ mithilfe der Elektronendispersionsspektroskopie (EDS) bestimmt. Gelegentlich werden auch Röntgenbeugungsdaten bereitgestellt, um die vorhandenen chemischen Verbindungen anzuzeigen.

Optimalerweise sollte die Rohrprobe für DWD etwa 18 Zoll lang sein und aus dem Bereich mit dem höchsten Wärmefluss des Kessels stammen. Dies geschieht typischerweise über den Brennern oder an der Unterseite des Nasenbogens. Die Idee besteht darin, das Rohr im Kessel mit der größten Ablagerung in einem Bereich mit hoher Hitze zu finden. Sie können eine defekte Röhre nicht verwenden, da durch den Defekt ein Teil oder die gesamte Ablagerung entfernt wurde.

Der DWD wird bestimmt, indem die Ablagerung in einem sorgfältig abgemessenen Bereich des Rohrs entfernt wird. Das Rohr wird geteilt und die Ablagerung auf der dem Feuer zugewandten (heißen) Seite getrennt von der der Isolierung zugewandten (kalten) Seite analysiert. Bei der chemischen Reinigung kommt es auf die heiße Seite an.

Die Änderung des Rohrgewichts dividiert durch den wasserberührten Bereich, in dem die Ablagerung entfernt wurde, ergibt das DWD-Ergebnis. Dies kann in Gramm/ft2 oder Gramm/Meter2 (g/m2, SI, Internationales Einheitensystem) ausgedrückt werden. Die Umrechnung beträgt 1 g/ft2, was 10,76 g/m2 entspricht.

Die derzeit gebräuchlichste Methode zur Ablagerungsentfernung für den DWD-Test ist das Strahlen mit Glasperlen (NACE TM0199-99). Die andere Methode, die gelegentlich verwendet wird, besteht darin, die Ablagerungen in einem Lösungsmittel aufzulösen, typischerweise inhibierter Salzsäure, HCl (ASTM D3483-83 [2005] Testmethode B). Im Allgemeinen führt die Lösungsmittelmethode bei demselben Rohr zu etwas höheren DWD-Ergebnissen, da mit der Ablagerung eine kleine Menge Metall entfernt wird.

Beim Perlstrahlen des Rohres wird häufig eine Ablagerungsschicht sichtbar, beispielsweise eine Kupferschicht. Ein guter DWD-Bericht beschreibt und zeigt alle bei der Entfernung der Ablagerung festgestellten Anomalien auf.

Die beste Vorgehensweise besteht darin, bei jedem größeren Ausfall oder mindestens alle zwei Jahre eine Rohrprobe aus dem Kessel zu entnehmen. Jede Probe sollte von einer ähnlichen Höhe oder einem ähnlichen Bereich im Kessel stammen. Ein Vergleich der DWD-Ergebnisse von Jahr zu Jahr zeigt, dass sich die Ablagerungen im Kessel ansammeln und daraus abgeleitet werden können, dass eine chemische Reinigung erforderlich ist, obwohl die Ablagerungsbildung selten linear verläuft. Abbildung 1 zeigt ein Diagramm mit Empfehlungen zur chemischen Reinigung nach Kesselbetriebsdruck.

Zu dieser Zahl gibt es drei allgemeine Empfehlungen. Liegt das DWD-Ergebnis im oberen Bereich, sollte zeitnah eine chemische Reinigung durchgeführt werden. Der unterste Bereich stellt ein relativ sauberes Rohr dar. Der mittlere Bereich zwischen der grünen und roten Linie zeigt an, dass sich die Ablagerungen so weit ansammeln, dass eine Reinigung in Betracht gezogen und wahrscheinlich für den nächsten größeren Ausfall oder innerhalb der nächsten zwei Jahre eingeplant werden sollte. Wenn dies der Fall ist, nehmen Sie in der Nähe des nächsten Ausfalls eine weitere Röhrchenprobe und prüfen Sie, ob der DWD zugenommen hat und sich dem Bereich „Reinigung empfohlen“ nähert oder sich darin befindet. Wenn nicht, kommen Sie vielleicht noch ein oder zwei Jahre durch.

Obwohl der Wärmefluss in einem Abhitzedampferzeuger (HRSG) weitaus geringer ist, können die Zirkulationsprobleme aufgrund der mehreren Baugruppen und Konfigurationen mit der Trommel weitaus größer sein. Daher hat die Industrie bei der Reinigung eines HRSG nahezu die gleichen DWD-Kriterien angewendet wie bei einer konventionell mit fossilen Brennstoffen befeuerten Anlage.

Generell gilt, dass die DWD-Kriterien für HRSG-Rohre etwa 20 % höher sind als für einen herkömmlichen Kessel.

Gelegentlich möchte ein Versorgungsunternehmen mehrere Röhrchenproben entnehmen und analysieren lassen. In diesen Fällen sollte das DWD-Ergebnis, das zur Bestimmung der Notwendigkeit einer chemischen Reinigung herangezogen werden sollte, das Rohr sein, das am stärksten verschmutzt ist. Denken Sie daran, dass Sie feststellen möchten, ob irgendwo im Kessel ausreichend Ablagerungen vorhanden sind, die zu Unterablagerungen, Korrosion oder Überhitzung führen können. Es geht Ihnen nicht darum, die durchschnittliche Ablagerungsmenge im gesamten Kessel oder gar den Durchschnitt im Hochtemperaturbereich zu ermitteln. Ein isolierter Bereich mit Wasserstoffschäden oder überhitzten Rohren reicht aus, um mehrere erzwungene Ausfälle zu verursachen oder einen geplanten Ausfall zu verlängern, und ist sicherlich Grund genug für eine chemische Reinigung.

Wenn die DWD-Ergebnisse darauf hinweisen, dass eine chemische Reinigung erforderlich ist, ist jetzt der richtige Zeitpunkt dafür. Das Aufschieben der Reinigung ist auf mehreren Ebenen schädlich.

An erster Stelle steht der Schaden an den Rohren. Die Korrosionsraten unter Ablagerungen und langfristige Überhitzungsschäden verlaufen exponentiell und nicht linear. Eine Verzögerung von ein oder zwei Jahren bei einem verschmutzten Kessel kann zu erheblichen Rohrschäden führen.

Zweitens sparen Sie nicht so viel, wie Sie denken. Die Reinigung eines stark verschmutzten Heizkessels ist deutlich teurer als die Reinigung eines Heizkessels, der gerade den Bereich „Reinigung empfohlen“ erreicht hat. Die zusätzlichen Kosten für Lösungsmittel (siehe Seitenleiste), die Zeit zum Reinigen der Rohre, mehrere Reinigungsschritte, Startverzögerungen und der Umgang mit übermäßigen Mengen an Reinigungsabfällen sind allesamt Folgen der Verschiebung einer notwendigen Reinigung.

Abhängig vom Lösungsmittel und der Größe des Lecks kann eine Reinigung trotzdem durchgeführt werden. Es müssen Anstrengungen unternommen werden, das austretende Lösungsmittel einzudämmen und aufzufangen.

In anderen Fällen ist das Leck so schlimm, dass die Reinigung abgebrochen und das Lösungsmittel abgelassen werden muss, um eine Rohrreparatur durchzuführen.

Der Umgang mit Lecks während einer Reinigung kann schwierig sein, aber die Alternative – die Ablagerung auf den Kesselrohren noch ein oder zwei Jahre lang zu belassen – garantiert, dass die Korrosion unter der Ablagerung anhält. Nicht nur diese Röhre, sondern auch viele ihrer Nachbarn werden während des Betriebs irgendwann undicht sein, was zu wiederholten Zwangsausfällen führt.

Sie müssen also reinigen; was jetzt?

Die erste Entscheidung ist, mit welchem ​​Lösungsmittel gereinigt werden soll. Es gibt fünf häufig verwendete Reinigungslösungsmittel. Jedes hat Vor- und Nachteile. Wenn Sie eine Anlage schon länger betreiben, können Sie einfach das Lösungsmittel und Verfahren verwenden, das Sie beim letzten Mal verwendet haben. Es lohnt sich jedoch zu prüfen, ob dieses Mal – aufgrund der chemischen Zusammensetzung der Lagerstätte oder aus verschiedenen Gründen, einschließlich der Kosten für die Abfallentsorgung – ein anderes Lösungsmittel besser geeignet ist.

Die Reinigung von Kesseln, die mit Sauerstoff behandelt wurden, kann eine besondere Herausforderung darstellen, da das Oxid sehr hartnäckig ist und sich nur langsam auflöst. Wenn Sie OT verwendet haben und dies das erste Mal ist, dass Sie den Kessel nach dem Start von OT reinigen, sollten Sie den Vorgang mit anderen Einheiten besprechen, die ihre OT-Geräte bereits gereinigt haben, um von deren Erfahrung zu profitieren.

Die im Folgenden besprochenen Lösungsmittel dienen hauptsächlich der Eisenentfernungsphase. Eine weitere Reihe von Chemikalien wird speziell zur Entfernung von Kupfer in separaten Kupferstufen eingesetzt.

Inhibierte Salzsäure. Inhibierte HCl wird immer noch verwendet, insbesondere in Kesseln, wo es schwierig ist, eine vollständige Zirkulation des Lösungsmittels sicherzustellen. Bei Zugabe von Ammoniumbifluorid ist es sehr wirksam bei der Entfernung von Silica-Ablagerungen aus den Rohren.

Es wird definitiv nicht für Kessel empfohlen, bei denen in der Vergangenheit Korrosionsermüdungsausfälle aufgetreten sind, da es nachweislich die Ausfallrate nach einer Reinigung erhöht.

Sollte sich im Kesselablagerungsmaterial Kupfer befinden, muss für die Entfernung des Kupfers gesorgt werden, da es sonst zu Ablagerungen auf dem blanken Stahlrohr kommt.

In der Vergangenheit wurde Thioharnstoff üblicherweise zur Komplexierung des Kupfers zugesetzt und wird immer noch gelegentlich verwendet. Bei einigen Kesseln kam es vor, dass der Thioharnstoff nicht ausreichte, um Kupfer in sehr begrenzten Bereichen des Kessels zu entfernen, was zu Problemen führte. Die Verwendung dieser Chemikalie bei der Entsorgung der Reinigungsabfälle kann auch Auswirkungen auf die Umwelt haben. Aus diesen Gründen wird oft eine separate Kupferentfernungsstufe vor oder nach (oder beiden) der Säurestufe empfohlen, wobei verschiedene Lösungsmittel zur Kupferentfernung verwendet werden.

Die Verwendung von HCl kann bei Kesseln mit starken Ablagerungen zu Problemen führen, da die Säure häufig die Ablagerungen untergräbt und zum Ablösen größerer Materialstücke führt, die die Abflüsse verstopfen können. Es ist wichtig, die Säure nach Ablauf der Zeit zu entfernen.

Hydroxyessigsäure. Hydroxyessigsäure wird in Kesseln mit Edelstahlkomponenten verwendet, die sich im Reinigungsweg befinden, wo Chloride im Lösungsmittel ein Problem darstellen könnten. Dieses Lösungsmittel wird häufig in überkritischen Kesseln und Durchlaufkesseln verwendet. Es entfernt kein Kupfer, aber das ist bei diesen Kesseln normalerweise kein Problem.

EDTA. Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) ist wahrscheinlich die am häufigsten verwendete Reinigungschemikalie im Betrieb. Bei Zwangsumlaufkesseln ist der Einsatz von Diammonium-EDTA praktisch gängige Praxis. Der niedrige Temperaturbedarf (180 °F) des Diammonium-EDTA sowie die allgemeine Sicherheit und einfache Handhabung des Lösungsmittels während des Reinigungsprozesses sind wesentliche Vorteile. Die Nachteile können bei der Entsorgung der Reinigungsabfälle auftreten.

Für Naturumlaufkessel wird weiterhin Tetraammonium EDTA (pH 9) verwendet. Der Kessel muss auf 275 bis 300 °F erhitzt und während des Reinigungsvorgangs wiederholt erhitzt und abgekühlt werden.

EDTA hat eine gewisse Fähigkeit, Kupfer in Lösung aufzulösen und zurückzuhalten, wenn die Chemie des EDTA geändert wird und das Eisen in Lösung oxidiert wird. Dies erfolgt im Allgemeinen am Ende der Eisenstufe des EDTA-Reinigungsprozesses durch Zugabe von Sauerstoffgas. Wenn sich in den Ablagerungen übermäßig viel Kupfer befindet, kann ein separater Kupferentfernungsschritt erforderlich sein.

EDTA ist das toleranteste Lösungsmittel und eignet sich besonders gut für Rohre, die stark mit Eisenoxiden abgelagert sind oder bei denen die Eisenablagerungen besonders hartnäckig sind, da die Reinigung über einen langen Zeitraum ausgedehnt werden kann, ohne dass die Rohre beschädigt werden (im Gegensatz zu HCl).

Ammoniakhaltige Zitronensäure. Ammoniak-Zitronensäure ist ein hervorragendes Lösungsmittel und oft das Lösungsmittel der Wahl für Reinigungen vor der Inbetriebnahme, bei denen zu erwarten ist, dass die Ablagerungen leicht sind und ausschließlich aus Eisen bestehen. Es kann auch in einem Hochtemperatur- (höherer pH-Wert) und Niedertemperatur-Szenario (niedrigerer pH-Wert) verwendet werden, wie EDTA. Chemische Reinigungsabfälle, die Zitronensäure enthalten, sind oft einfacher zu entsorgen als EDTA-haltige Abfälle.

Inhibierte Flusssäure. In Europa und anderswo auf der Welt wird inhibierte Flusssäure (HF) häufig verwendet, in Nordamerika jedoch nur selten. Das Stigma seiner Verwendung in den USA sind die sehr ernsten Risiken für das Personal, die mit konzentrierter HF verbunden sind. Allerdings gilt HF bei Verdünnung auf typische Konzentrationen im Reinigungsprozess als nicht gefährlicher als ein HCl-Lösungsmittel.

HF ist schnell – wahrscheinlich das schnellste Reinigungslösungsmittel – und sehr effektiv bei der Entfernung von Eisen und jeglicher Kieselsäure in den Ablagerungen. Die Möglichkeit einer Exposition gegenüber der konzentrierten Säure ist auf die Zeit beschränkt, in der die HF verdünnt wird, um sie in den Kessel einzuspeisen. Dies wird vom Anbieter der chemischen Reinigung übernommen, der sich der Risiken bewusst ist und dessen Personal beim Umfüllen der konzentrierten Säure ordnungsgemäß mit persönlicher Schutzausrüstung geschützt ist.

Die Neutralisierung des Abfalls erfolgt typischerweise mit Kalkaufschlämmung, die die Säure neutralisiert und Calciumfluorid und Eisenhydroxid ausfällt.

Es gibt eine Reihe ausgezeichneter chemischer Reinigungsunternehmen mit fleißigem und erfahrenem Personal. Stellen Sie sicher, dass der von Ihnen ausgewählte Anbieter Erfahrung im Umgang mit Kesseln Ihrer Größe und Konfiguration hat. Bestätigen Sie außerdem, dass das Unternehmen Erfahrung mit dem von Ihnen ausgewählten Lösungsmittel hat. Fragen Sie nach Referenzen und prüfen Sie diese.

Gelegentlich bieten Serviceunternehmen, die kleine Heizkessel reinigen, ein Angebot für einen größeren Versorgungskessel. Es gibt einen ebenso großen Unterschied zwischen der Reinigung eines Industrie-Feuerrohrkessels und eines großen Versorgungskessels wie zwischen dem Bau eines Hauses und eines Wolkenkratzers. Nur weil Sie ein guter Hausbauer sind, heißt das nicht, dass Sie auch für den Bau eines mehrstöckigen Büroturms qualifiziert sind.

Reinigungsanbieter verfügen auch über Fachwissen, wenn es darum geht, Ihnen bei der Auswahl des Lösungsmittels oder der Lösungsmittel (mit Kupferablagerungen) zu helfen, mit denen der Kessel gereinigt wird. Sie sollten eine Rohrprobe anfordern, um sie in ihrem kleinen Reinigungsgerät (in ihrem Labor) zu testen und zu beweisen, dass das von Ihnen vereinbarte Reinigungsprogramm wirklich seine Aufgabe erfüllt.

Die Lösungsmittelkosten machen einen erheblichen Teil der Kosten der Reinigungsaufgabe aus. Es gibt keine Möglichkeit, die Menge an Lösungsmittel, die zum Reinigen eines Kessels erforderlich ist, genau vorherzusagen. Es gibt einige allgemeine Faustregeln, aber denken Sie daran, dass diese Schätzungen oft auf einer einzigen Röhrchenprobe basieren. Die Ablagerungen in keinem Kessel sind von oben nach unten oder sogar von Rohr zu Rohr gleichmäßig, sodass die Schätzung der Ablagerungsmenge (und der erforderlichen Lösungsmittelmenge) eigentlich eher eine Schätzung ist. Der Reinigungsverlauf in der Vergangenheit und die Jahre seit der letzten Reinigung bieten oft einen besseren Anhaltspunkt als die aktuelle Röhrchenprobe (oder sollten zumindest ein Faktor bei der Entscheidung sein, wie viel Lösungsmittel mitgebracht werden soll).

Wenn Sie die Preise mehrerer Anbieter vergleichen, wählen Sie einen Betrag aus und legen Sie allen Geboten die gleiche Lösungsmittelmenge zugrunde. Dies ist insbesondere bei EDTA der Fall. Stellen Sie nach der Zuschlagserteilung sicher, dass der Anbieter entweder vor Ort oder in unmittelbarer Nähe des Werks über zusätzliches Lösungsmittel (üblich sind 50 % mehr) verfügt, damit es bei Bedarf verwendet werden kann. Viele Reinigungsarbeiten verzögerten sich um Stunden, wenn nicht Tage, während man darauf wartete, dass weitere Chemikalien vom Lieferanten eintrafen.

Insbesondere wenn die Zeit zwischen den chemischen Reinigungen zunimmt (weil Sie besser auf die Kesselchemie achten – nicht wahr?) und bei normaler Fluktuation Ihr Anlagenpersonal möglicherweise wenig oder gar keine Erfahrung mit einer chemischen Reinigung hat. Es gibt eine Reihe beratender Ingenieure, die sich entweder auf die Unterstützung des chemischen Reinigungsprozesses spezialisiert haben oder diese als eine ihrer Dienstleistungen anbieten und als Eigentümeringenieur und Projektmanager fungieren. Ihre Hilfe kann von unschätzbarem Wert sein, wenn es darum geht, den Kommunikationskanal zwischen dem Reinigungsanbieter und Ihrem Betriebs-, Wartungs- und Managementpersonal offen zu halten und bei kritischen Entscheidungspunkten im Prozess zu helfen.

Für eine reibungslose chemische Reinigung gibt es wenige Dinge, die wichtiger sind als ein gut durchdachter und dokumentierter Reinigungsprozess. Dies erfordert Zeit und Mühe des Betriebs- und Technikpersonals der Anlage, um für jede Einheit ein Reinigungsverfahren anzupassen und vorzubereiten.

Reinigungsanbieter können einen allgemeinen Überblick über den Reinigungsprozess geben, und ein beratender Ingenieur kann ebenfalls helfen, aber Ihre Bediener wissen, wo sich die Ventile befinden und welche Lecks verursachen und welche nicht. Es gibt drei Klassen von Ventilen: Ventile, die während des gesamten Reinigungsprozesses geschlossen bleiben, Ventile, die während des gesamten Reinigungsprozesses geöffnet bleiben müssen, und Ventile, die geöffnet und geschlossen werden müssen, je nachdem, wo Sie sich im Reinigungsprozess befinden.

Es gibt auch Ventile, für deren Öffnen und Schließen der Reinigungsdienstleister verantwortlich ist, beispielsweise jene, die zu den Abfallentsorgungstanks (Frac) und zu den Einspritzpunkten für Chemikalien führen. Jedes Ventil, das mit dem Lösungsmittel in Kontakt kommt (oder möglicherweise damit in Kontakt kommen könnte), muss in eine dieser Gruppen fallen und entsprechend gekennzeichnet werden. Achten Sie besonders auf mögliche Kontaminationswege, über die das Lösungsmittel an einen Ort gelangen kann, für den es nicht vorgesehen ist. Kann ein Blindflansch installiert werden, wenn der Kontaminationsweg sehr schwerwiegend wäre? Wenn nicht, kann eine Kontrollleuchte eingerichtet werden, um eine Kontamination frühzeitig zu erkennen?

Ein weiterer Aspekt bei der Entscheidung, wann eine Reinigung durchgeführt werden soll, ist die eigentliche Planung – die Festlegung, ob eine Anlage zu Beginn, während oder am Ende eines Ausfalls gereinigt werden soll. Durch die chemische Reinigung zu jedem Zeitpunkt außer am Ende eines Ausfalls sind die Rohre anfällig für allgemeine Korrosion. Der Passivierungsschritt am Ende der chemischen Reinigung ist im Allgemeinen weder lang genug noch bei einer ausreichend hohen Temperatur, um eine robuste Schutzschicht zu erzeugen. Oft ist es schwierig sicherzustellen, dass der Kessel nach der Reinigung wirklich trocken wird oder im nassen Zustand ordnungsgemäß aufgestellt werden kann. Der Überhitzer wird während der Reinigung immer wieder aufgefüllt, um das Risiko einer Kontamination zu minimieren. Sofern es also nicht möglich ist, das Wasser abzulassen und zu trocknen, bleibt dieser Bereich feucht, bis das Gerät ausreichend befeuert wird, um ihn auszutrocknen. Daher besteht die typische Empfehlung darin, die chemische Reinigung ganz am Ende eines Ausfalls durchzuführen.

Die Beheizung des Kessels zur chemischen Reinigung mit einem Hilfskessel oder Dampf von einer anderen Einheit erhöht die Komplexität und die Kosten der Reinigung. Daher ist es in der Regel am besten zu warten, bis das Gerät mit seinen eigenen Brennern oder Zündern erwärmt werden kann und die Ventilatoren und Instrumente des Brennstoffsystems (z. B. Flammenscanner) ordnungsgemäß funktionieren und vollständig getestet wurden. Viele Energieversorger haben tagelang darauf gewartet, dass der Anbieter chemischer Reinigungsmittel vor Ort war und einsatzbereit war, während seine Mitarbeiter versuchten, ein Feuer im Kessel zu entfachen. Aus diesem Grund haben einige Versorgungsunternehmen beschlossen, während eines Ausfalls überhaupt keine chemischen Reinigungen einzuplanen; Stattdessen nehmen sie zu diesem Zweck einen von der Überholung getrennten Wochenendausfall in Anspruch.

Ebenso werden die Reinigungen vor der Inbetriebnahme optimalerweise so nah wie möglich am Dampfstoß durchgeführt, um die Möglichkeit zu minimieren, dass Korrosion die gerade durchgeführte Reinigung zunichte macht.

Sobald der Kessel die richtige Temperatur erreicht hat, kann der eigentliche Reinigungsvorgang zwischen 16 und 72 Stunden dauern, bis das gesamte Eisen vollständig entfernt ist. Die kürzesten Zeiten gelten für die Mineralsäuren (HF und HCl); Komplexbildende Lösungsmittel wie EDTA erfordern längere Zeiten.

Wichtig ist, dass bei der Reinigung alle Ablagerungen entfernt wurden und sich die Chemie stabilisiert hat. Bei HCl hat der Inhibitor, der verhindert, dass die Säure die Metalloberfläche aggressiv angreift, eine begrenzte Zeit, um das Metall zu schützen, sobald es sich im Kessel befindet. Daher muss bei diesem Lösungsmittel die Reinigungslösung abgelassen werden, bevor der Inhibitor zerfällt, unabhängig davon, ob die gesamte Ablagerung entfernt wurde oder nicht. Dies war ein Problem bei einigen Kesseln, die stark verschmutzt waren und deren Abflüsse verstopft waren, so dass der Kessel nicht entleert werden konnte und es zu einem allgemeinen Säureangriff auf die Rohre kam.

Bei Zwangsumlaufkesseln ist der Spülwasserfluss durch die Motoren der Kesselumwälzpumpe ein entscheidender Faktor. Dieses Spülwasser schützt Komponenten im Motor vor den Lösungsmitteln, indem es einen konstanten Auswärtsstrom am Motorraum vorbei und in den Kessel sorgt. Spülwasser sollte an allen Kesselumwälzpumpen (in Betrieb oder nicht) vorhanden sein, solange sich Chemikalien im Kessel befinden. Da das Spülwasser dafür ausgelegt ist, die Pumpe im Normalbetrieb mit Wasser zu versorgen, ist das System so eingestellt, dass es den normalen Kesseldruck überwindet. Diese Hochdruckpumpen können während der Reinigung hohe Spülwasserdurchflussraten erzeugen und können schwer zu kontrollieren sein. Wenn der Spülwasserdurchfluss zu hoch ist, steigt der Füllstand im Kessel ständig an, bis das Lösungsmittel abgelassen werden muss, bevor es im provisorischen Schauglas nicht mehr sichtbar ist. Jede Gallone Spülwasser verdünnt das Lösungsmittel und erzeugt mehr Abfall, der am Ende der Reinigung entsorgt werden muss.

Einige Versorgungsunternehmen richten nur für die Reinigung ein separates Spülwassersystem mit Druckreglern und Durchflussmessern ein, das während des Reinigungsprozesses ständig für einen leicht positiven Spülwasserdurchfluss sorgen kann. Dieses System kann sich in einer einzigen Reinigung um ein Vielfaches amortisieren.

Sobald die Chemie im Kessel anzeigt, dass der Kessel sauber ist, folgt als nächstes ein Passivierungsschritt. Im Fall von HCl gehen der Passivierung Spülungen und die Neutralisierung der im Kessel verbliebenen Säure voraus. Im Fall von EDTA erfolgt die Passivierung nach dem Abkühlen des Kessels auf 160 °F und nach der Erhöhung des pH-Werts des Lösungsmittels mit Ammoniak (für Diammonium-EDTA) unter Zugabe von Sauerstoff. Dadurch wird auch das verbleibende Kupfer an den Kesselrohren komplexiert.

Der Grad der tatsächlichen Passivierung der Kesselrohroberflächen hängt vom Lösungsmittel, dem Verfahren sowie der Zeit und Temperatur ab, bei der die Passivierung durchgeführt wird.

Wenn die Reinigung beendet ist, wird das chemische Reinigungslösungsmittel schnell und vollständig aus dem Gerät abgelassen. Normalerweise folgen zwei Spülungen mit vollem Kesselvolumen, in manchen Fällen zusätzlich Teilspülungen. Die Leitfähigkeit dient als Indikator dafür, wie gut das Lösungsmittel aus dem Kessel entfernt wurde. In einigen Fällen wird die letzte Spülung mit einer Chemikalie behandelt, um den pH-Wert auf einen normalen pH-Wert-Bereich des Kessels anzuheben, und der Kessel wird auf 180 bis 200 °F befeuert, damit er heiß abgelassen und getrocknet werden kann.

Wie oben erwähnt, wird der Boiler optimalerweise gestartet, sobald die Spülungen abgeschlossen sind und die normalen Boilerleitungen wiederhergestellt werden können. Abhängig von der Konstruktion des Kessels kann es schwierig sein, alle durch die Reinigung freigesetzten, aber nicht vollständig gelösten Eisenoxide auszuspülen. Dies kann zu „Schwarzwasser“-Proben und hohen Eisenwerten im Kessel nach der Reinigung führen. Einige Versorgungsunternehmen verwenden seit einiger Zeit Kesseldispergiermittel, um die Suspension und Entfernung aller verbleibenden Ablagerungen im Kessel durch die normale Trommelabschlämmung zu fördern.

In der Regel fallen zwischen drei und vier Kesselvolumina an chemischen Reinigungsabfällen (BCCW) an, zu denen das Lösungsmittel und alle Spülungen nach einer chemischen Reinigung gehören. Die Abfälle und Spülungen werden vor Beginn der Reinigung in Frac-Tanks vor Ort zwischengelagert (Abbildung 2). Bevor mit diesem Abfall umgegangen werden kann, muss er charakterisiert werden, um festzustellen, ob er gemäß dem Resource Conservation and Recovery Act (RCRA) als gefährlich oder ungefährlich gilt.

Die stark sauren Reinigungsabfälle werden im Allgemeinen neutralisiert, wenn sie den Kessel verlassen, und dann werden diese Abfälle mit Neutralisierungs- und Passivierungsschritten und Spülungen kombiniert, um einen kombinierten Abfall zu erzeugen, der nicht typisch für den pH-Wert ist. Die anderen chemischen Reinigungslösungsmittel sind aufgrund ihres pH-Werts grundsätzlich nicht gefährlich.

Ein BCCW kann auch als gefährlicher Abfall eingestuft werden, wenn er eine Konzentration eines der giftigen Metalle der RCRA 8 enthält. Das Hauptmetall, das Anlass zur Sorge gibt, ist Chrom. Chrom stammt aus Edelstahl-Speisewassererhitzer- und Kondensatorrohren. Diese sammeln sich in Ablagerungen im Kessel an. Die Verordnung zielt speziell auf sechswertiges Chrom ab. Normalerweise messen Energieversorger zunächst den gesamten Chromgehalt und gehen das Problem des sechswertigen Chroms nur dann an, wenn der Gesamtchromgehalt über dem RCRA-Grenzwert von 5 ppm liegt.

EDTA löst Chrom in einem reduzierten dreiwertigen Chromzustand (Cr III) und wird in der Passivierungsstufe der Reinigung durch Sauerstoff nicht ausreichend oxidiert, um eine signifikante Menge des sechswertigen Chroms zu erzeugen. Einige Versorgungsunternehmen wandten sich mit analytischen Daten an ihre staatlichen Umweltbehörden und zeigten, dass ihr BCCW nur ​​sehr wenig sechswertiges Chrom enthält, selbst wenn der Gesamtchromgehalt mehr als 5 ppm beträgt. Sie haben eine Ausnahmegenehmigung für diesen Abfall beantragt und erhalten, damit dies möglich ist als ungefährlich eingestuft.

Seit vielen Jahren nutzen Energieversorger eine im Bevill Amendment und einem anschließenden Schreiben der Environmental Protection Agency (EPA) vorgesehene Ausnahme, um BCCW mit anderen Abfällen zusammenzufassen, die ausschließlich mit kohlebefeuerten Energieversorgern in Zusammenhang stehen (z. B. Flugasche und Bodenasche). Behandeln Sie sie als von den Vorschriften für gefährliche Abfälle ausgenommen. Dies ermöglichte die Vermischung von BCCW mit Flugasche oder Bodenasche und die Entsorgung im Aschehaufen, ohne dass zunächst festgestellt werden musste, ob sie besonders gefährlich waren.

Im Mai 2000 traf die EPA eine behördliche Entscheidung, mit der BCCW von der Liste „eindeutig verbunden“ auf die Liste „nicht eindeutig verbunden“ verschoben wurde, was bedeutete, dass es seine Bevill-Ausnahme verlieren würde. Diese Feststellung wurde von Benutzergruppen wie der Utility Solid Waste Activities Group und dem Edison Electric Institute angefochten und Kommentare wurden an die EPA gesendet. Die EPA hat auf diese Kommentare in keiner formellen Weise reagiert. Der General Counsel der Agentur hat jedoch Dokumente vorgelegt, die eindeutig davon ausgehen, dass diese Änderung in der BCCW-Entscheidung umgesetzt wurde. Dies ist immer noch ein offenes Thema, und Versorgungsunternehmen sollten sich dieser Vorschriften bewusst sein, wenn sie BCCW mit einem von Bevill ausgenommenen Abfall mischen.

Neue Vorschriften zu Kohleverbrennungsrückständen sind in Vorbereitung und könnten sich auf die Art und Weise auswirken, wie Energieversorger mit Flug- und Bodenasche umgehen und wie Aschedeponien verwaltet werden, und dies könnte die Diskussion über die Vermischung von BCCW mit Asche noch einmal verändern. Es ist wichtig zu beachten, dass ein ungefährliches BCCW zumindest nach den geltenden Vorschriften immer noch mit Asche vermischt werden kann.

Seit vielen Jahren verdampfen Kohlekraftwerke typisch ungefährliches BCCW (<5 ppm Cr), indem sie es direkt in den Feuerball eines in Betrieb befindlichen Kohlekessels sprühen, typischerweise mit einer Geschwindigkeit von 30 bis 50 gpm, abhängig von der Kohlemenge zum Kessel gehen. Dies war insbesondere bei EDTA-Abfällen üblich. Das Wasser wird verdampft, das organische EDTA wird im Feuerball verbraucht und Metalle werden mit der Flug- und Bodenasche, die den Kessel verlässt, kombiniert. Die geringe Zugaberate des BCCW im Vergleich zur Kohlebeschickung führte zu keinen messbaren Unterschieden bei den Flugasche- oder Bodenascheeigenschaften oder den Schornsteingasen. Einige stellten sogar eine leichte Verbesserung der NOx-Emissionen während der Verdampfung des BCCW fest. Diese Praxis wurde bereits seit vielen Jahren in Kohlekraftwerken erfolgreich angewendet.

Änderungen an der Definition eines ungefährlichen Sekundärmaterials durch die EPA sowie Änderungen an den Definitionen dessen, was eine gewerbliche Verbrennungsanlage für Industrieabfälle ausmacht, werden jedoch in Zukunft im Wesentlichen verhindern, dass ein herkömmlicher Versorgungskessel BCCW verdampft. Diese Änderungen treten spätestens im Jahr 2015 in Kraft, in einigen Staaten sind sie jedoch möglicherweise bereits in Kraft.

Wenn sowohl die Verdunstung als auch die Vermischung mit Flugasche wegfallen, müssen andere Möglichkeiten zur ordnungsgemäßen Entsorgung von BCCW in Betracht gezogen werden. Die Menge an BCCW, die durch die kombinierten Lösungsmittelabflüsse und -spülungen erzeugt wird, kann sehr groß sein, und die Kosten für die Behandlung oder Entsorgung außerhalb des Standorts könnten die Reinigungskosten verdoppeln. Die Behandlung vor Ort, insbesondere von EDTA-Abfällen, kann zeitaufwändig und teuer sein. In der Vergangenheit wurden andere innovative Verfahren zur Rückgewinnung und Wiederverwendung dieser Abfälle in Betracht gezogen, jedoch nie kommerzialisiert. Im gegenwärtigen regulatorischen Umfeld könnten diese Optionen jedoch stärker nachgefragt werden, da die Versorgungsunternehmen bestrebt sind, ihre Kessel sauber zu halten und gleichzeitig Kosten und Haftung zu kontrollieren. ■

— David Daniels ist Redakteur bei POWER und leitender Wissenschaftler bei M&M Engineering Associates Inc.

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