Projekt 27353/01

Entwicklung einer praxisorientierten Methode zur Charakterisierung von Biomassebrennstoffen im Hinblick auf das Korrosionspotential in Feuerungsanlagen

Projektträger

CheMin GmbH Chemische und Mineralogische Untersuchungen
Am Mittleren Moos 48
86167 Augsburg
Telefon: +49 821 748 390

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In Bezug auf das Belagsbildungs- und Korrosionspotential von alternativen Brennstoffen wurden bislang hauptsächlich die stofflichen Eigenschaften, insbesondere im Hinblick auf Schadstoffgehalte, untersucht und Grenzwerte für diese festgelegt. Die Korrosionsneigung ist jedoch, wesentlich von dem Zusammenspiel Anlagenbetriebsweise und Brennstoff abhängig, so dass die Freisetzung der Schadstoffe unterschiedlichen Mechanismen unterliegt, welche für ein tiefergehendes Verständnis der Korrosion weiter untersucht werden müssen.
Ziel dieses Projektes ist es, ausgehend von den zu ermittelten Zusammenhängen verschiedene Diagno-semöglichkeiten (bei Stillstand, im Betrieb, am Brennstoff), eine Bewertung des Belagsbildungs- und Korrosionspotentials von Biomasse-Brennstoffen als schnelle Entscheidungshilfe für den Anlagenbetreiber und den Anlagenplaner vor dem großtechnischen Einsatz zu etablieren.
Der Nutzen besteht insbesondere darin, dass Korrosionsrisiken bestimmter Brennstoffe in Kombination mit der Anwendung im Vorfeld eingegrenzt und abgeschätzt werden können. Diese Risikofrühabschät-zung des Korrosionspotentials beim Einsatz von Biomassebrennstoffen ermöglicht es Entscheidungen zur Brennstoffauswahl, -aufbereitung und -mischung ebenso, wie die Auswahl und Kombination von pas-siven Schutzmaßnahmen und nicht zuletzt die Feuerführung und die Wahl der Leitgrößen der Feuerungs-leistungsregelung für einen optimal energieeffizienten Betrieb z. B. unter betriebswirtschaftlichen Ge-sichtspunkten zu treffen.



Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenFolgende Arbeitsschritte werden im Projekt durchgeführt: Untersuchungen der Brennstoffe im Labor zur Ermittlung der stofflichen Zusammensetzung, Anlagenbegehung und Installation der zusätzlichen Mess-technik, Untersuchungen am Batch Reaktor mit der ASP-Methode, Untersuchungen in den großtechni-schen Anlagen mit der ASP-Methode, Auswertung der Untersuchungen und Ableitung von Kriterien zur Korrosionsbewertung. Dazu stehen beispielsweise folgenden Verfahren zur Verfügung und werden in diesem Projekt eingesetzt und weiterentwickelt: ASP (Asche zu Salz Proportionen); Belagssonde und Belagsmonitor, Wärmestromsensor, Online-Bilanzierung.


Ergebnisse und Diskussion

Aus ökologischer, aber auch aus ökonomischer Sicht ist es erforderlich, eine hohe Energieeffizienz und eine hohe Verfügbarkeit der Strom- und Wärmeerzeugung in Brennstoff befeuerten Kraftwerken zu erzie-len. Vor allem beim Einsatz von Biomassebrennstoffen, Ersatzbrennstoffen und Abfällen stehen diesen Zielen die Belagsbildung und das damit verbundene Korrosionspotential dieser Brennstoffe gegenüber.
Das Belagsbildungs- und Korrosionspotential wird zunächst bestimmt durch die aus dem Brennstoff freigesetzten festen, flüssigen und gasförmigen mineralischen Komponenten, welche sich auf den kälteren Wärmeübertragungsheizflächen absetzen, damit Beläge bilden und ihre korrosive Wirkung entfalten. Für eine Bewertung der korrosiven Wirkung der entstehenden Beläge sind dabei detaillierte Kenntnisse der entsprechenden Vorläufersubstanzen (charakterisiert z.B. durch Form, Größe, Aggregatzustand und Chemie der Partikel) von Bedeutung. Im realen Anlagenbetrieb werden die ablaufenden Teilschritte von der Freisetzung korrosiver Substanzen über die Ablagerung auf den Rohrwänden/ Rohren bis hin zur Abzehrung der Rohre der Wärmeübertrager durch eine Vielzahl von Parametern beeinflusst.
Eine Möglichkeit diese freigesetzten mineralischen Substanzen in Abhängigkeit von Konzentration und Temperatur entlang des Abgaswegs sichtbar zu machen und zu beurteilen, ist die von den Autoren ent-wickelte Methode der Partikelgitternetzsonde.
Zur Entnahme der mineralischen Substanz im Abgas wird ein Köpertressengewebe als Substrat genutzt. Dieses Gewebe, bezeichnet als Partikelgitternetz, ist gleichzeitig Probenträger bei der Analyse der abge-lagerten Bestandteile mit Hilfe von Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Energiedispersiver Röntgen-spektroskopie (EDX), d.h. die Ablagerungen auf dem Gewebe können, so wie sie entnommen wurden, sichtbar gemacht werden. Direkt ablesen lassen sich auf der belegten Partikelgitternetzsonde grundle-gende Partikeleigenschaften wie Größe und Grundform. Durch Punkt- und Flächenmessungen mit Hilfe von REM-EDX können chemische Analysen einzelner Partikel und Partikel-Ansammlungen durchgeführt werden und damit die elementare Zusammensetzung der Partikel direkt bestimmt werden.
Diese Partikelgitternetzsonde ist sowohl in großtechnischen Anlagen zur Diagnose im Betrieb einsetzbar als auch in Technikumsanlagen zur Diagnose am Brennstoff.



Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse des Projektes wurden auf der 5.+ 6. Freiberger Korrosionstagung (20.-21.10.11 / 19.-20.09.13), dem Flammentag in Duisburg (11.-12.09.13), und dem Kraftwerkstechnischen Kolloquium in Dresden (15.-16.10.13) und) vorgestellt.


Fazit

Die, mit Hilfe der Partikelgitternetzsonde, möglichen Aussagen zu den freigesetzten mineralischen Be-standteilen eines Brennstoffes stehen im Zusammenhang mit der Bildung und der Struktur von Ablage-rungen und damit auch im Zusammenhang zur weiteren Belags-Charakterisierung und den gegebenen-falls stattfindenden Korrosionserscheinungen. Somit eignet sich der Einsatz der Partikelgitternetzsonde im Batch-Reaktor (als Vertreter der Technikumsanlagen) insbesondere, um brennstoffspezifische Aus-sagen hinsichtlich des Belagsbildungs- und Korrosionspotentials zu treffen.