Fireside corrosion of superheater alloys in ultra-supercritical coal-fired boilers

Dissertation von Malgorzata (Gosia) Stein-Cichoszewska
Universität Stuttgart, 2016

Die Arbeit befasst sich mit dem Einfluss der rauchgasseitigen Atmosphäre auf ausgewählte eisenbasierte austenitische und Nickellegierungen, die in Kohlekraftwerkskesseln mit hohen Wirkungsgraden für Überhitzer- und Zwischenüberhitzerheizflächen eingesetzt werden sollen. Sechs Legierungen wurden in Großkraftwerken und in einer Pilotanlage den Verbrennungsbedingungen ausgesetzt und gleichzeitig unter Laborbedingungen bei Metalltemperaturen im Bereich von 580 - 750°C getestet. Das Korrosionsverhalten wurde anhand verschiedener analytischer Techniken untersucht. Anschließend wurden die jeweiligen Korrosionsraten durch die Bestimmung von Korrosionsprodukten und Metallverlusten bei unterschiedlichen Randbedingungen ermittelt und für jeden Werkstoff die Korrosionsrate in Abhängigkeit der Auslagerungsbedingungen dargestellt. Des Weiteren wurde der Einfluss der Auslagerungsbedingungen auf die Korrosion im Hinblick auf die Synergieeffekte zwischen Metall-Gas und Metall-Gas-Ablagerung untersucht und durch die Ergebnisse der Hochtemperatur-Korrosionstests unter ausgewählten und für die Kohleverbrennung typischen Mineralphasen bestätigt.

Die Metallverlustwerte aus den Kraftwerks- und Laborauslagerungen liegen sowohl für die in der Studie untersuchten Austenite als auch für die Nickellegierungen im ähnlichen Bereich. Während für die untersuchten austenitischen Legierungen die Korrosionsbeständigkeit mit steigendem Chromgehalt zunimmt, kann bei den untersuchten Nickellegierungen die gleiche Tendenz nicht bestätigt werden. Die Superlegierungen zeigen eine bessere Leistung mit zunehmendem Titan- und abnehmendem Molybdängehalt. Die in der Studie untersuchten Nickellegierungen widerstehen mit einer Ausnahme den SOx-reichen Bedingungen im untersuchten Temperaturbereich sehr gut. Die intergranulare Oxidation wird bei allen drei Nickellegierungen oft beobachtet und scheint ihren Ursprung eher in den Herstellungsprozessen zu haben als in den Auslagerungen in korrosiven Umgebungen.

Die Studie zeigt, dass die Art der vorliegenden Ablagerung eine wichtige Rolle bei der Korrosion spielt. Aufgrund ihrer Auswirkungen auf die Korrosion können Ablagerungen in schützende, neutrale und korrosive eingeteilt werden. In SOx-reichen Atmosphären können einerseits die Ablagerungen als Korrosionsbeschleuniger (z.B. K2SO4, Na2SO4, FeS2, NaCl) wirken, was zu katastrophaler Korrosion in den untersuchten Temperaturbereichen führt, andererseits können sie aufgrund des Bindungspotentials von SOx als Korrosionsinhibitor (z.B. CaCO3) wirken. Da SOx durch den Belag eingebunden wird und als stabile Phase in den Auslagerungsbedingungen vorliegt, bleibt kein Schwefel für die Sulfidierung der Metallrohre vorhanden. Die Ablagerungen können auch eine neutrale Rolle besitzen, wie es bei mineralischen Phasen, die bei den Betriebsbedingungen stabil sind, wie z.B. CaSO4, beobachtet wird. Im Falle von schützenden Flugascheablagerungen spielt die Sättigung von Ablagerungen mit Schwefel eine wichtige Rolle bei der beobachteten Korrosion.

Die Arbeit ist erschienen bei epubi.

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