AiF KorrMind

“Grundlegende Untersuchungen des Einflusses der Brennstoffzusammensetzung auf die Partikelbildung, die Verschmutzung und die Hochtemperatur-Chlorkorrosion bei der Verbrennung biogener Festbrennstoffe zur Entwicklung eines Korrosionsminderungskonzepts“

Anlass der Forschung

Im Hinblick auf die endlichen fossilen Ressourcen und des fortschreitenden Klimawandels setzen sich das „Energiekonzept“ und der „Nationale Biomasseaktionsplan“ zum Ziel den Anteil der Erneuerbaren Energien zu erhöhen und die Effizienz der Energieversorgung zu steigern. Biomasse hat den Vorteil einer speicherfähigen Form zur bedarfsorientierten Strom- und Wärmeerzeugung.  Der Dampfkraftprozess mit und ohne Wärmeauskopplung ist für den Einsatz von fester Biomasse das am weitesten ausgereifte und marktverfügbare Verfahren zur Stromerzeugung. Allerdings erfordert die Zusammensetzung der Biomasse aufgrund der Bildung korrosiver Partikel und Gase, die sich an den Wärmeübertragerflächen ablagern und dort Verschmutzung und Hochtemperatur-Chlorkorrosion verursachen, eine Limitierung der Frischdampftemperaturen und somit eine begrenzte Effizienz.Die Verschmutzungs- und Korrosionsschäden sind Hauptursache für unplanmäßige Anlagenstillstände, begrenzte Anlagenverfügbarkeiten und hohe Wartungs- und Instandhaltungskosten.

Forschungsziel

Übergeordnete wirtschaftliche Zielsetzung des Forschungsvorhabens ist die Effizienzsteigerung bestehender und geplanter Biomasseverbrennungsanlagen besonders im Hinblick auf die energetische Nutzung schwieriger biogener Brennstoffe. Durch die gezielte Variation einzelner Brennstoffelemente in einer Versuchsanlage und der gleichzeitigen Anwendung etablierter Korrosions-, Partikel- und Rauchgasmesstechniken soll unter definiert konstanten Verbrennungsbedingungen erstmals die gesamte Prozesskette angefangen von der Bildung korrosiver Partikel im Rauchgas - zu deren Ablagerung an gekühlten Oberflächen - bis zur Korrosion untersucht werden. Mit der Identifizierung korrosiver und inerter Partikel- und Gasspezies und deren Einfluss auf die Online-Korrosionsmessung soll eine Einschätzung und Beurteilung des Korrosionspotenzials und des Korrosionsrisikos der eingesetzten Brennstoffe möglich sein. Aus der Analyse der an der Bildung korrosiver Partikel- und Gasspezies beteiligten Stoffe und deren Beeinflussung bzw. Manipulation durch Einbringung korrosionsinhibierender Stoffe wie Schwefel und Aluminium-Silikate,  sollen konkrete Maßnahmen hergeleitet werden, die Ausbildung korrosiver Bestandteile durch Zwischenreaktionen zu hemmen. Mithilfe der gewonnenen Ergebnisse soll ein Korrosionsminderungskonzept entwickelt werden, welches Aussagen darüber geben soll, durch welche Stoffe die Chlorkorrosion beeinflusst bzw. reduziert werden kann und bis zu welchem Anteil die Reduzierung möglich ist. Das Konzept soll nach Fertigstellung eine erste Vorschrift zur Minderung von Hochtemperatur-Chlorkorrosion darstellen. Im Hinblick auf die Effizienzsteigerung von Biomassekraftwerken sollen die korrosionsmindernden Reaktionsmechanismen auch bei zukünftig angestrebten Überhitzer-Wandtemperaturen von 550°C untersucht werden.

Ansprechpartner: Andreas Stephan