Präsentation bei der 21. VDI-Fachkonferenz Feuerung und Kessel
Mathematisch-physikalisches Modell zur Vorhersage der Hochtemperatur-Chlorkorrosion in Abfallverbrennungsanlagen
Gemeinsam mit Dr. Sebastian Pentz (Universität Augsburg) hat Dr. Matthias Hämmer bei der diesjährigen VDI-Fachkonferenz Feuerung und Kessel – Beläge und Korrosion – in Großfeuerungsanlagen ein „Korrosionsmodell“ vorgestellt.
Dieses wurde im Zuge des IGF Vorhabens 21352 N „Reduktion der Hochtemperatur-Chlorkorrosion zur energetischen Effizienzsteigerung bei Nutzung von Alternativbrennstoffen“ (Laufzeit 2021–2023) entwickelt. Im Detail handelt es sich dabei um ein mathematisch-physikalisches Modell zur Berechnung und Vorhersage der steady-state Hochtemperatur-Chlorkorrosion der Überhitzerrohre in Kraftwerksanlagen mit Alternativbrennstoffen.
Hochtemperatur-Chlorkorrosion als limitierender Faktor
Die Hochtemperatur-Chlorkorrosion ist einer der wesentlichen limitierenden Faktoren für Lebensdauer und Betriebstemperaturen von Kraftwerksanlagen mit Alternativbrennstoffen wie Hausmüll, Ersatzbrennstoffen oder Biomasse. Da in den Anlagen eine energetische Nutzung angestrebt ist, sind im Abgasstrom komplexe Systeme zur Wärmeauskopplung vorhanden, die den korrosiven Rauchgasen ausgesetzt sind und damit einer starken Korrosion unterliegen – wie die dem Rauchgas besonders exponierten Endüberhitzerrohre.
Bei thermischen Kraftwerken hat die Erhöhung von Druck und Temperatur des Dampfes einen höheren Wirkungsgrad und damit eine höhere Effizienz und somit eine Reduktion der spezifischen CO₂-Emissionen zur Folge. Durch die Steigerung der leistungsrelevanten Parameter nehmen jedoch die Belagsbildung und damit der korrosive Angriff exponentiell zu. Die Hochtemperatur-Chlorkorrosion resultiert in einer Schädigung der Überhitzerrohre und damit in begrenzten Reise- und Standzeiten, im schlimmsten Fall auch in ungeplanten Ausfällen. Dadurch erhöhen sich Stillstandzeiten der Anlage sowie Wartungs- und Instandhaltungskosten erheblich.
Planungstool für Anlagenbetreiber
Das vorgestellte Korrosionsmodell ermöglicht nun die Vorhersage des Korrosionsangriffs als Abzehrrate am Stahl des Überhitzerrohres in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen. Damit ist es als Planungstool für Anlagenbetreiber geeignet. Das Modell ist aus sechs quantitativen Teilmodellen aufgebaut (Rauchgasaerosol, Deposition, Sulfatierung, Gasphasendiffusion, Festkörperdiffusion, Korrosionsangriff) und basiert auf Labor- und Anlagenversuchen aus dem aktuellen Projekt und einer Vielzahl an Vorläuferprojekten sowie weiteren Daten aus der wissenschaftlichen Literatur.