A199

Untersuchungen zur Hochtemperaturkorrosion metallischer Werkstoffe unter Müllverbrennungsbedingungen um Temperaturbereich 300-600 Grad C

(A199 S 24/10057/2003)

Laufzeit der Forschungsarbeiten: 1. September 2003 - 31. Dezember 2006

In Müllverbrennungsanlagen (MVA) zählt die Korrosion im Kessel zu den Hauptursachen für unvorhersehbare Stillstände und häufige Instandhaltungsmaßnahmen mit erheblichem Aufwand an Zeit und Kosten. Ausgelöst wird die Korrosion durch beim Verbrennen freigesetzte Müllin-haltsstoffe (hauptsächlich Chlor und Schwefel),  welche in Form von Rauchgaskomponenten oder abgelagerten Salzen (Belägen) insbesondere bei hohen Werkstofftemperaturen (z.B. im Überhitzerteil des Kessels) zu katastrophalen Abzehrungen der Kesselwerkstoffe beitragen. Deshalb wurden früher die Dampftemperaturen in MVA auf relativ niedrige Werte begrenzt, was jedoch mit Wirkungsgrad-Einbußen bei der Verstromung verbunden ist und auch nur zur Schadensminderung beizutragen vermag. Im Zeichen von Wirkungsgradsteigerungen und dem Einsatz von Abfällen mit hohem Heizwert sind auch werkstofftechnische Verbesserungen gefragt. Dabei müssen Eigenschaften typischer niedrig legierter Kesselstähle (hohe Festigkeit auch bei hohen Temperaturen, gute Schweißbarkeit und Verformbarkeit, günstiger Preis) beibehalten und durch eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit erweitert werden. Mit dem Einsatz derzeit bekannter korrosionsfester Legierungen als Vollmaterial lässt sich dies nicht zu akzeptablen Bedingungen durchführen.
Der Ansatz dieses Forschungsvorhabens lag deshalb in der Beibehaltung bewährter Kessel-werkstoffe und deren Schutz vor Korrosionsangriffen durch das Auftragen optimierter Beschichtungen. Die Wirksamkeit des Korrosionsschutzes ist dabei nicht nur von den Beschichtungsmaterialien, sondern auch von deren Applikationsmethoden und den Wechselwirkungen mit dem Untergrundmaterial sowie zahlreichen anlagenspezifischen Parametern abhängig. Die experimentell orientierten Untersuchungen des Vorhabens zur Eignung solcher Beschichtungen waren zwischen den beiden beteiligten Forschungsstellen aufgeteilt.
Am Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) fanden Grundlagenuntersuchungen an kleinen Materialproben in einem Laborofen unter definierten Gasatmosphären (simuliertes MVA-Rauchgas) und Belägen (Modell-Salzmischungen) bei großer Variation der Einsatzmaterialien, Temperaturen und Auslagerungszeiten statt.
Am CUTEC-Institut wurden Anwendungsorientierte Untersuchungen in verschiedenen MVA durch Einbau von beschichteten Testrohren im Kessel und ca. einjährigem Betrieb unter Praxisbedingungen durchgeführt.
Die Ergebnisse der Laboruntersuchungen des MPIE zeigen deutlich die Signifikanz der aufge-brachten Salzbeläge sowie der HCl-Konzentration des Gases für die Korrosionsraten. Insbesondere bei eutektischen Chloridsalzmischungen erfolgt bereits bei relativ niedrigen Temperatu-ren von 300 °C eine dramatische Zunahme der Korrosion bei den meisten untersuchten Werkstoffen (gegossene Stähle, Nickelbasiswerkstoffe, Modelllegierungen) mit Ausnahme von Alloy 625 und einer Legierung 811 mit Al/Si. Bei einer einfachen KCl-Salzmischung ist der signifikante Korrosionsanstieg erst bei höheren Temperaturen von 600 °C festgestellt worden. Sulfatische Salze haben einen geringeren Einfluss als chloridische. Die untersuchten Coupons mit ein-fachsten Beschichtungen (Farben, Gips) hielten auch moderateren Bedingungen nicht stand. Einzig die mit flammgespritzter Alloy 625 Beschichtung versehenen Coupons verhielten sich vergleichsweise resistent.
Die Untersuchungen der CUTEC in den kommerziellen Großanlagen zeigten zunächst die e-wartete Vielfalt von Randbedingungen in verschiedenen Müllverbrennungsanlagen. Dies machte einen Vergleich zwischen den Anlagen schwierig, zumal viele Prozessparameter nicht hinreichend genau bekannt waren. Wenn auch mit verschiedenen absoluten Korrosionsraten sind aber die Beurteilungen der relativen Korrosionsbeständigkeit zwischen den unterschiedlichen Beschichtungen ziemlich einheitlich: Einfachste Beschichtungen aus temperaturbeständigen Farben oder Gips waren schon nach kurzer Zeit nicht mehr vorhanden. Einzig die erheblich teureren metallischen Beschichtungen erreichten eine hinreichende Standzeit bis zum Ende des Untersuchungszeitraums. Dabei erwies sich die durch Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (HVOF) aufgebrachte Alloy 625 mit zusätzlicher Passivierungsschicht aus Alu-miniumoxidschlamm als die resistenteste. Andere HVOF-Beschichtungen erlitten zum Teil flächige Abplatzungen durch Unterkorrosion.

Forschungsstelle 1:
CUTEC-Institut GmbH
www.cutec.de

Forschungsleiter 1:
Dr. Stefan Vodegel (CUTEC)
 
Forschungsstelle 2:
Max-Planck-Institut für Eisenforschung
www.mpie.de
 
Forschungsleiter 2:
Dr. Michael Spiegel (MPIE)
 
(vorgelegt vom Wirtschaftsverband Stahlbau und Energietechnik e.V., Düsseldorf (SET) für Fachverband Dampfkessel-, Behälter- und Rohrleitungsbau e.V. (FDBR))

Das Forschungsvorhaben wurde gefördert von der Stiftung Stahlanwendungsforschung im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e.V.

Bezugsquelle Schlussbericht:
bitte wenden Sie sich an die AVIF