Beschreibung Verfahren zum Schutz einer Si02-Beschichtung und Verbren- nungsvorrichtung mit einem derartigen Schutz Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz einer Si02-Beschichtung auf Begrenzungsflächen eines Brenn- raums, dem ein Verbrennungsmedium zugeführt wird sowie eine Vorrichtung zum Verbrennen eines Verbrennungsmediums mit ei- nem Brennraum, in dem ein Verbrennungsvorgang abläuft, und einem Brenner zum Zuführen des Verbrennungsmediums, wobei Be- grenzungsflächen des Brennraums eine Si02-Beschichtung auf- weisen, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie betrifft weiter ein Verbrennungsmedium zur Verwendung in einem derartigen Verfahren oder einer derarti- gen Vorrichtung.

Bei Werkstoffen, die hohen Temperaturen ausgesetzt werden, insbesondere bei (Si-haltigen), nicht oxidischen, und Si- haltigen, oxidischen Hochtemperaturwerkstoffen, bildet sich eine Si02-Schicht. Diese Schicht schützt die Werkstoffe im Betrieb. In der Praxis tritt allerdings Korrosion bei der An- wendung dieser Werkstoffe in Brennkammern auf. Grund hierfür ist, daß die Zusammensetzung der entstehenden Rauchgase den Aufbau einer derartigen Schutzschicht verhindert oder eine vorhandene Schutzschicht auflöst. Insbesondere beim Zusammen- wirken mit Wasserdampf entsteht SiO, das auf Grund seiner er- höhten Dampfdrucks flüchtig ist, eine Verminderung der Si02- Schicht bewirkt und somit zu einem fortschreitenden Angriff auf das Grundmaterial führt. Bei oxidischen Werkstoffen zer- fällt der Materialverbund an der Oberfläche durch das Abdamp- fen der Si02-Schutzschicht. Diese Werkstoffe weisen daher trotz ihrer sonst sehr günstigen Hochtemperatureigenschaften nur eine begrenzte Lebensdauer auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfah- ren zum Schutz einer SiOz-Beschichtung und eine Vorrichtung mit einer geschützten Si02-Beschichtung bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß dem Brennraum ein Zusatzstoff zugegeben wird, der den SiO-Gehalt der in einem Verbrennungsvorgang entstehenden Rauchgase erhöht. Die erfin- dungsgemäße Vorrichtung sieht eine Zugabeeinrichtung zum Zugeben eines Zusatzstoffs vor, der den SiO-Gehalt der in dem Verbrennungsvorgang entstehenden Rauchgase erhöht.

Durch das Zugeben des Zusatzstoffs wird der SiO-Gehalt der Rauchgase erhöht. Auf Grund dieser Erhöhung wird das Ausdamp- fen aus der vorhandenen SiOz-Beschichtung wesentlich verrin- gert oder vollständig verhindert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin- dung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.

Vorteilhaft wird als Zusatzstoff eine siliziumorganische Ver- bindung, ein Ester der Kieselsäure oder eine Mischung hiervon zugegeben Diese Zusatzstoffe sind kostengünstig und einfach in der Handhabung.

In vorteilhafter Ausgestaltung wird der Zusatzstoff in einer Menge zugegeben, die 1 ppm bis 1 Gew.-%, insbesondere etwa 10 ppm bis 1 Gew.-%, des dem Verbrennungsvorgang zugeführten Verbrennungsmediums entspricht. Die tatsächlich zugegebene Menge hängt von den Randbedingungen ab, wie beispielsweise der Temperatur und dem Druck im Brennraum sowie einem eventu- ell vorhandenen, natürlichen Gehalt des Verbrennungsmediums an SiO, Si02, einer siliziumorganischen Verbindung oder einem Ester der Kieselsäure. Da die zugegebene Menge des Zusatz- stoffs sehr gering ist, bleibt der Verbrennungsvorgang selbst praktisch unberührt.

Bei im wesentlichen stationär verlaufenden Verbrennungsvor- gängen kann einmal die erforderliche Menge des Zusatzstoffs bestimmt und anschließend immer diese bestimmte Menge zugege- ben werden. Aufwendige und detaillierte Messungen oder Be- rechnungen sind nicht erforderlich.

Bei wechselnden Verbrennungsvorgängen und/oder beispielsweise zeitlich wechselnden Brennstoffmengen wird demgegenüber gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der SiO-Gehalt der Rauchga- se gemessen und die Menge des zugegebenen Zusatzstoffs in Ab- hängigkeit von dem Meßwert geregelt. Hierdurch kann stets der gewünschte SiO-Gehalt der Rauchgase auch bei wechselnden Randbedingungen eingehalten werden.

Alternativ oder zusätzlich kann ein Parameter der Rauchgase gemessen werden, aus dem sich der Dampfdruck der Si02- Beschichtung errechnen läßt. Die Menge des zugegebenen Zu- satzstoffs wird wiederum in Abhängigkeit von dem Meßwert ge- regelt. Die Messung des SiO-Gehalts der Rauchgase ist ver- gleichsweise kompliziert. Demgegenüber läßt sich der Dampf- druck der Si02-Beschichtung basierend auf der Temperatur und dem Druck im Brennraum errechnen. Sowohl Temperatur als auch Druck sind einfach zu messen. Weiter wird die Temperatur des Verbrennungsvorgangs im Regelfall bereits zur Einhaltung des vorgegebenen Betriebszustands und zur Schadstoffminimierung gemessen. Der zusätzliche Aufwand ist daher gering.

In erster vorteilhafter Ausgestaltung wird der Zusatzstoff dem Brennraum getrennt von dem Verbrennungsmedium zugegeben.

Bei diesem Vorgehen kann ein beliebiger Zusatzstoff in flüs- siger, gasförmiger oder pulverisierter Form verwendet werden.

Die Eigenschaften des Zusatzstoffs müssen nicht an das Verbrennungsmedium angepaßt werden.

Gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung wird der Zu- satzstoff dem Verbrennungsmedium zugemischt und mit diesem zusammen dem Brennraum zugegeben. Es ist dann nur eine einzi-

ge Zugabeeinrichtung für das Verbrennungsmedium mit dem Zu- satzstoff erforderlich.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Zusatzstoff in dem Verbrennungsmedium löslich. Hierdurch wird die Zugabe des Zusatzstoffs erleichtert. Auch bei einem kurzfristigen Anhal- ten der Zugabe von Verbrennungsmedium findet kein Ausfällen des Zusatzstoffs statt. Der Zusatzstoff kann dem Verbren- nungsmedium dann bereits in der Raffinerie zugegeben werden, so daß keine Änderungen in der Brennkammer erforderlich sind.

Vorteilhaft ist der Zusatzstoff brennbar. Dies verhindert ei- ne Verschlechterung des Wirkungsgrads durch Einbringen von unbrennbaren Stoffen in die Brennkammer.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in vorteilhafter Weiterbildung mindestens ein Sensor zur Messung des SiO- Gehalts und/oder der Temperatur der Rauchgase in dem Brenn- raum vorgesehen. Über den Sensor kann der SiO-Gehalt gemessen oder der Dampfdruck der SiOz-Beschichtung errechnet werden.

Die Menge des zugegebenen Zusatzstoffs wird in Abhängigkeit von dem Meßwert geregelt.

Der Brenner der Vorrichtung weist entweder eine Düse zum Zugeben des Zusatzstoffs getrennt von dem Verbrennungsmedium oder eine Düse zum Zuführen einer Mischung von Zusatzstoff und Verbrennungsmedium auf. Bei der ersten Ausgestaltung kann der Zusatzstoff unabhängig von dem Verbrennungsmedium zugege- ben werden und muß daher nicht notwendigerweise an dieses an- gepaßt sein. Bei der zweiten Ausgestaltung wird vorteilhaft ein in dem Verbrennungsmedium löslicher Zusatzstoff verwen- det. Der Brenner der Vorrichtung kann dabei beispielsweise als Brenner einer Gasturbine und der Brennraum entsprechend als Gasturbinenbrennkammer ausgestaltet sein.

Vorteilhaft ist eine Pumpe zum Dosieren der Menge des zugege- benen Zusatzstoffs vorgesehen. Diese Pumpe ermöglicht ein ge-

zieltes, insbesondere genau dosiertes Einspeisen der jeweils gewünschten Menge.

Dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmedium ist ein Zusatzstoff zugemischt, der den SiO-Gehalt der in einem Verbrennungsvor- gang entstehenden Rauchgase erhöht. Der Zusatzstoff kann be- reits in der Raffinerie oder gegebenenfalls zu einem späteren Zeitpunkt zugemischt werden. Dieses Vorgehen bietet sich dann an, wenn große Mengen des Verbrennungsmediums abgenommen wer- den und der Zusatzstoff ohne Nachteil über längere Zeiträume in dem Verbrennungsmedium aufgenommen sein kann. Konstruktive Änderungen am Brenner selbst sind dann nicht erforderlich, was besonders kostengünstig ist.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbei- spielen näher erläutert, die schematisch in der Zeichnung dargestellt sind. Für gleiche oder funktionsidentische Bau- teile werden dieselben Bezugszeichen verwendet. Dabei zeigt : Figur 1 eine schematische Darstellung eines Brennraums, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren und die erfin- dungsgemäße Vorrichtung zum Einsatz kommen ; Figur 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausges- taltung der Erfindung in einer Ansicht gemäß Figur 1 ; und Figur 3 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsme- diums.

In beiden Ausgestaltungen ist ein Brennraum 10 vorgesehen, in dem ein Brenner 11 angeordnet ist. Der Brennraum 10 wird von Begrenzungsflächen 22 mit einer Si02-Beschichtung 24 be- grenzt. Das Verbrennungsmedium 25 wird über eine Leitung 17 mit einem Absperrventil 18 zu einer Düse 12 zugeführt. Es wird über nicht näher dargestellte Mittel gezündet, so daß sich ein Verbrennungsvorgang in Form einer Flamme 14 bildet.

Auf Grund der Verbrennung entstehen Rauchgase 15, die sich im Brennraum 10 ansammeln und über einen Abzug 16 abgeleitet werden, beispielsweise zu einem nicht dargestellten Damper- zeuger.

Zum Schutz der Si02-Beschichtung 24 auf den Begrenzungsflä- chen 22 wird weiter ein Zusatzstoff 26 zugegeben. Dieser Zu- satzstoff 26 ist in einem Behälter 21 aufgenommen und wird über eine Pumpe 20 und eine Leitung 19 zugegeben. Die Pumpe 20 dient hierbei zur Dosierung der Menge an zugegebenem Zu- satzstoff 26.

Bei der Ausgestaltung gemäß Figur 1 wird der Zusatzstoff 26 über eine eigene Düse 13 getrennt von dem Verbrennungsmedium 25 zugegeben. Es kann daher ein Zusatzstoff 26 gewählt wer- den, der mit dem Verbrennungsmedium 25 inkompatibel ist. Dem- gegenüber wird bei der Ausgestaltung gemäß Figur 2 der Zu- satzstoff 26 dem Verbrennungsmedium 25 zugemischt und mit diesem zusammen über die gemeinsame Düse 12 dem Brennraum 10 zugegeben. Dieses Vorgehen bietet sich insbesondere dann an, wenn der Zusatzstoff 26 in dem Verbrennungsmedium 25 löslich ist, beispielsweise falls der Zusatzstoff als siliziumorgani- sche Verbindung vorliegt. In beiden Fällen wird vorteilhaft ein brennbarer Zusatzstoff 26 verwendet. Die zugegebene Menge entspricht etwa 1 ppm bis 2 Gew.-%, insbesondere etwa 10 ppm bis 1 Gew.-%, des Verbrennungsmediums.

Bei Verbrennungen mit stationärer Flamme 14 wird die ge- wünschte Menge des Zusatzstoffs 26 ermittelt und danach im stationären Betrieb unverändert beibehalten. Alternativ oder bei sich verändernder Flamme 14 ist ein Sensor 23 zur Oberwa- chung des Brennraums 10 vorgesehen. Über den Sensor 23 kann der SiO-Gehalt der Rauchgase 15 gemessen und die Menge des zugegebenen Zusatzstoffs 26 in Abhängigkeit von dem Meßwert geregelt werden. Dies ist schematisch durch den vom Sensor 23 zu der Pumpe verlaufenden Pfeil und das nebenstehende Pro- zentzeichen illustriert.

Alternativ oder zusätzlich können der Druck und/oder die Tem- peratur der Rauchgase 15 erfaßt werden. Der Dampfdruck der Si02-Beschichtung 24 ist eine Funktion von Druck und Tempera- tur der Rauchgase 15. Der jeweils herrschende Dampfdruck kann daher aus einer Erfassung von Temperatur und Druck errechnet werden. Zur Vereinfachung kann der Druck als Umgebungsdruck angenommen werden. Basierend auf dem errechneten Dampfdruck der Si02-Beschichtung 24 wird die Pumpe 20 angesteuert, um die erforderliche Menge an Zusatzstoff 26 zuzugeben. Hier- durch wird eine Sättigung der Rauchgase 15 erreicht, so daß ein Abdampfen von SiO aus der SiOz-Beschichtung 24 verhin- dert, zumindest aber weitgehend unterdrückt wird.

Nach dem Austreten der Rauchgase 15 über den Abzug 16 wird das in den Rauchgasen 15 vorliegende SiO zu Si02 umgewandelt und damit umweltverträglich.

Figur 3 zeigt schematisch eine Darstellung eines Behälters 27, in dem ein Verbrennungsmedium 25 mit Anteilen eines Zu- satzstoffes 26 aufgenommen ist. Der Zusatzstoff 26, der sche- matisch durch Punkte dargestellt ist, ist in dem durch Wel- lenlinien symbolisierten Verbrennungsmedium 25 über längere Zeiträume löslich. Bei Verwendung eines derartigen Verbren- nungsmediums 26 sind keine konstruktiven Änderungen am Bren- ner 11 erforderlich.

Es kann allerdings ebenfalls nur eine bestimmte Grundmenge an Zusatzstoff 26 zugegeben werden, die bei allen Verbrennungs- bedingungen erforderlich ist. Die im Einzelfall zusätzlich erforderliche Menge wird dann wie in den Figuren 1 oder 2 dargestellt zugegeben, um die gewünschte Menge an Zusatzstoff 26 in dem Verbrennungsraum 10 zu erhalten.

Insgesamt wird durch das Zugeben des Zusatzstoffs der SiO- Gehalt der Rauchgase 15 erhöht und hierdurch die Sitz- Beschichtung 24 im Brennraum 10 geschützt.