Leseprobe Korrosionstagung 2011

Dampferzeugerkorrosion

2011 Herausgeber und Verlag SAXONIA Standortentwicklungs- und -verwaltungsgesellschaft mbH Freiberg - 2011

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SAXONIA Standortentwicklungs- und -verwaltungsgesellschaft mbH

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Alle Rechte, auch das des auszugsweisen Nachdrucks, der auszugsweisen oder

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und das der Übersetzung, vorbehalten.

1. Auflage 2011

Redaktion / PC-Satz: A. Eisenblätter, R. Starke, T. Zänßler

Druck: Wagner Digitaldruck und Medien GmbH

D-01683 Nossen

Printed in Germany

Manuskriptdrucke. Die Autoren zeichnen für ihre Beiträge selbst verantwortlich. Die

Manuskripte wurden durch den Herausgeber nur redaktionell bearbeitet. Beiträge,

die nach Redaktionsschluss eingingen, konnten leider nicht mehr berücksichtigt

werden.

ISBN 978-3-934409-48-4

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Seite Vorwort 5 Manfred Born, Freiberg Die aktuelle Lage der MVA’s in Deutschland aus der Sicht der ITAD 7 Peter Bollig, ITAD, MVA Asdonkshof Mono- und Mitverbrennung von Ersatzbrennstoffen in EBS- und Kohle-kraftwerken – Stand in Deutschland, Brennstoffqualitäten und Betriebserfahrungen

21

Stephanie Thiel, Vivis Consult GmbH Nietwerder Werkstoffentwicklung für Kohlekraftwerke – Hochtemperaturkorrosion und Festigkeit

55

Michael Spiegel und Ronny Krein, Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH Duisburg

Brennstoffcharakterisierung zur vorausschauenden Bewertung des Korrosionsrisikos

67

Martin Pohl, Daniel Bernhardt, Michael Beckmann, TU Dresden und Wolfgang Spiegel, CheMin GmbH Augsburg

Einfluss der Kesselkorrosion auf die Entwicklung moderner Dampferzeugerkonzepte

87

Ralf Dräger, Martin GmbH München Standzeitprognose durch regelmäßige Kesselkontrolle 95 Gabriele Magel, Wolfgang Spiegel, Thomas Herzog, Wolfgang Müller und Werner Schmidl, CheMin GmbH Augsburg

Corrosion Control with the Electrochemical Corrosion Monitor 113 Martin P. de Jong und William M. Cox, KEMA Arnhem, Holland Korrosionsschutzmaßnahmen in MVA – Auswertung der Betreiberbefragung

143

Manfred Born, Freiberg und Michael Beckmann, TU Dresden Optimierung der Feuerungsbedingungen durch Prozessmodellierung 159 Ragnar Warnecke, Volker Müller, GKS Schweinfurt GmbH, Philipp Danz, UM-SICHT Oberhausen, Martin Weghaus, Weghaus GmbH Waldbüttelbrunn und Martin Zwiellehner, SAR Electronic GmbH Dingolfing

Inhaltsverzeichnis Sanierung von durch Korrosion geschädigten Wärmetauschern und Kondensatoren durch organische Überzüge

187

Timo Hildebrand, ThyssenKrupp Xervon GmbH Gelsenkirchen Hochtemperaturoxidationsbeständige PDC - Schichten für Metallstrukturen

197

Ralf Hauser, S. Prasse, Günter Stephani und B. Kieback, Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung Dresden

Korrosion von thermischen Spritzschichten und Cladding – Auswirkungen der Schichtdicke

205

Werner Schmidl, CheMin GmbH Augsburg und Heino Sinn, MVA Stapelfeld Technischer Stand beim Schweißplattieren – neueste Entwicklungen 221 Wolfgang Hoffmeister und Michael Bartels, Uhlig Rohrbogen GmbH Langels-heim

Thermisch gespritzte Schichten – Besonderheiten beim Schichtdickenmessen

253

Wolfgang Satke, Castolin GmbH Kriftel, Jens-Erich Döring, und Franz Krems-ner TeroLab Surface GmbH Wien, Langenfeld

Korrosionsschutz mit SUME®BOIL 70C, – Applikation und Betriebserfahrungen im Müllheizkraftwerk Rothensee GmbH

265

Franz Jansen, Gerald Aust, Steffen Höhne, Carsten Gnoyke, Sulzer Metco Coa-tings GmbH Weißenborn, Thomas Deike und Roland Pech, MHKW Rothensee

Induktiv eingeschmolzene Beschichtungen für Wärmetauscherwände –Standzeitverbesserung mit Potential für die Zukunft.

285

Bodo Häuser, Bernhard Bolz und. Dirk Arens, Häuser GmbH Duisburg Langzeit-Analyse der Kesselwandatmosphäre: Korrosions-Risiko rechtzeitig erkennen und gegensteuern

297

Jörg Tretner, SICK Engineering GmbH Ottendorf-Okrilla Autorenverzeichnis 303

Vorwort

Vorwort Zum 5. Mal wird die Fachtagung „Dampferzeugerkorrosion“ Informationen über neue Entwicklungen auf dem Gebiet des Schutzes von Kesseln vor Korrosion geben. Wegen der besonderen Probleme bei der Verbrennung von abfallstämmigen „Brennstoffen“ soll die Tagung vorrangig den Fachleuten Informationen zukommen lassen, die in Müll- und EBS-Verbrennungsanlagen aber auch bei der Verbrennung von Biomassen für den Betrieb und die Instandhaltung verantwortlich sind. Auch für Kraftwerker, die fossile Brennstoffe verbrennen, ist der Korrosionsschutz von Interesse, insbesondere, wenn Ersatzbrennstoffe zur Mitverbrennung eingesetzt werden.

Wenn der Bedarf an Korrosionsschutzmaßnahmen in einer Anlage eingeschätzt werden soll, müssen Grundkenntnisse über die Mechanismen der Vorgänge verfügbar sein. Im Tagungsband der 2. Konferenz (2005) wurden die Korrosionsvorgänge dargestellt. Die ablaufenden Reaktionen sind nach wie vor für die Abzehrung der Heizflächen verantwort-lich. Über neue Forschungsergebnisse wurde regelmäßig berichtet.

Weiterhin gehören zur Sicherung der Anlagenverfügbarkeit auch Informationen der Betrei-ber über den Zustand ihrer Dampferzeuger. Kesselwandstärkemessungen und eine regel-mäßige Beobachtung der Heizflächen während der Revisionszeiten sollten planmäßig ein-geordnet werden. Auf der Tagung werden regelmäßig die Erfahrungen mit der Kesselbe-gutachtung dargestellt. Bei der Analyse der Beläge und der Auswertung der Befunde wer-den immer wieder neue Erkenntnisse über die Wirkung der Korrosionsschutzmaßnahmen gewonnen. Dennoch ist es nicht möglich, aus den Informationen über die „Brennstoff“-Eigenschaften, den Kesselbetrieb und die Analyse der Beläge sichere Voraussagen über die zu erwartenden Standzeiten zu gewinnen.

Insbesondere beim Wechsel der Verbrennungsbedingungen, oder bei sich ändernden „Brennstoffen“ sind Messungen im Rauchgas mit Hilfe von Korrosionssonden nützlich, um kritische Bereiche zu erkennen.

Obwohl sich die Korrosionsschutz-Beschichtungen schon eine Reihe von Jahren bewährt haben, sind die Hersteller bemüht, die Aufwendungen und die Effektivität der Maßnahmen ständig zu verbessern. Es ist daher sinnvoll, im Abstand von 2 Jahren die Entwicklungen zu diskutieren und damit das Vertrauen in die Wirksamkeit der Schutzbeschichtungen zu stär-ken.

Erstmals für diese Tagung wurden durch eine Umfrage Informationen über die in den An-lagen eingesetzten Schutzmaßnahmen zusammengetragen und anonymisiert ausgewertet. Für die Anlagenbetreiber ergibt sich daraus eine Übersicht über die Breite der Anwendung der Korrosionsschutzmaßnahmen. Es zeigt sich, dass in den Anlagen alle Varianten erprobt werden. Feuerfeste Ausmauerung und Cladding überwiegen in der Anwendung.

Konkrete Auswertung von Erfahrungen sind nicht darstellbar, oft widersprüchlich und vom Bestreben der Anbieter ihr Produkt zu vermarkten bestimmt.

Die Veranstalter hoffen, dass die Tagung den Teilnehmern eine wertvolle Basis für den Erfahrungsaustausch bietet und sie Anregungen für die Erhöhung der Verfügbarkeit ihrer Anlagen aus den gebotenen Informationen mitnehmen können.

Freiberg, 20./21. Oktober 2011

Prof. Dr.-Ing. habil. Manfred Born

Born, M.; Beckmann, M.: Korrosionsschutz in den deutschen MVA

Korrosionsschutz in den deutschen MVA – Auswertung einer Umfrage Manfred Born und Michael Beckmann

1. Zielstellung Der Schutz der Dampferzeugerheizflächen vor Korrosion zählt zu den wesentlichen Aufga-ben bei der Sicherung einer hohen Verfügbarkeit von Müllverbrennungsanlagen. Die Ursa-chen für die Korrosion sind durch die Inhaltstoffe des zu verbrennenden Abfalls bedingt und nicht vermeidbar. Cl- und S-Verbindungen, insbesondere mit Alkalien und Erdalkalien und ggf. Metallen (Pb) wurden als Ursachen für die Hochtemperatur- und Salzschmelzen-korrosion erkannt. Die Möglichkeiten, die Dampferzeuger aus Rohrwerkstoffen zu fertigen, die eine ausreichende Resistenz gegen die Abzehrung gewährleisten, sind wegen der Ver-arbeitbarkeit dieser Werkstoffe begrenzt.

Zur Minderung des Korrosionsangriffs werden folgende Möglichkeiten angewendet:

- Optimierung der Anordnung der Heizflächen und Vermeidung „kritischer“ Berei-che (z.B. erosive Beanspruchung),

- Optimierung der Prozessführung (z.B. weitgehende Mischung des Abfalls im Bunker, Vermeidung von heißen Flammensträhnen über dem Rost, Vermeidung örtlich zu hoher Wärmedurchgänge auf die Heizflächen),

- Intensiver Temperaturabbau vor der Berührung der Rauchgase mit den Heizflä-chen höherer Temperatur (Überhitzer),

- Aerodynamische Optimierung der Strömungsverhältnisse auf dem Rauchgasweg, - Ausreichende Verweilzeit der Rauchgase vor dem Kontakt mit Berührungsheizflä-

chen mit dem Ziel, die Chloride zu sulfatisieren (diese Möglichkeit ist wegen der geringen Verweilzeit der Rauchgase nur begrenzt wirksam),

- Minimierung des negativen Einflusses der Rußbläser, - Zugabe von Additiven zur Beschleunigung der Sulfatisierungsreaktionen (bisher

noch nicht erfolgreich ausgeführt), - Schutz der Heizflächen durch Überzüge aus korrosionsresistenten Werkstoffen

(zur Sicherung einer vertretbaren Anlagenverfügbarkeit fast immer erforderlich).

Für den Schutz der Heizflächen vor hohen Abtragsraten wurden mehrere Verfahren entwi-ckelt. Im Folgenden soll ihre Anwendung in den MVA dargestellt werden.

Basis für die Zusammenstellung ist eine Umfrage bei allen MVA. Als wichtigste Informati-onsquelle für die Anlagendaten wurde die Liste der Interessengemeinschaft der Thermi-schen Abfallbehandlungsanlagen Deutschland (ITAD) (www.ITAD.de) verwendet.

2. Angefragte Anlagen Im Zeitraum vom November 2010 bis März 2011 wurden 70 Müllverbrennungsanlagen um Informationen über die installierten Korrosionsschutzmaßnahmen angefragt. Der Fragebo-gen ist in der Anlage 1 angegeben.

Von den Anfragen wurden 44 Fragebogen beantwortet. 7 MVA haben Ihre Teilnahme an der Befragung abgesagt.


Es konnten die Informationen von 120 Kesseln ausgewertet werden.

Von den 183 MVA-Kesseln, die bei der ITAD aufgelistet sind, wurden die im Bild 1a dar-gestellten Inbetriebnahmezeiten angegebenen. Das Bild 1b zeigt die Inbetriebnahmejahre der Kessel in den befragten Anlagen.

Die Angaben sind nicht ganz eindeutig auswertbar, da viele Anlagen Änderungen und tech-nologische Korrekturen vorgenommen haben, die nicht dem Jahr der Inbetriebnahme zuzu-schreiben sind.

Bild 1a: Inbetriebnahme der von der ITAD aufgelisteten MVA

Bild 1b: Inbetriebnahme der befragten MVA Mit n wird die Anzahl der ausgewerteten Linien genannt.

In der Befragung sind ältere Anlagen, mit der Inbetriebnahme vor 1985, im Vergleich zur ITAD-Liste etwas unterrepräsentiert. Die später in Betrieb genommenen Anlagen sind in der Auswertung der Umfrage stärker vertreten.

15,8

5,0

20,0

36,7

15,0

7,5

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

Ant

eile

in %

vor 1970 1970 bis1980

1981 bis1990

1991 bis2000

2001 bis2005

2006 bis2010

n=120

15,8

5,0

20,0

36,7

15,0

7,5

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

Ant

eile

in %

vor 1970 1970 bis1980

1981 bis1990

1991 bis2000

2001 bis2005

2006 bis2010

n=120

17,2

6,15,0

13,9

5,0

12,8

19,4

11,7

8,9

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

Ant

eile

in %

vor 1970 1970 bis1975

1976 bis1980

1981 bis1985

1986 bis1990

1991 bis1995

1996 bis2000

2001 bis2005

2006 bis2010


3. Dampfparameter Die Bilder 2a uns 2b zeigen die Dampfparameter der von der ITAD gelisteten und der be-fragten Anlagen.

Die Bilder zeigen, dass die befragten Kessel die Gesamtheit der MVA recht gut repräsentie-ren.

Bild 2a: Dampfparameter der von der ITAD aufgelisteten Kessel

Bild 2b: Dampfparameter der Kessel der befragten MVA Mit n wird die Anzahl der ausgewerteten Anlagen genannt.

18,9

52,8

13,3 15,0

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

Ant

eile

in %

< 40 bar 400 °C 40 bar 400 °C > 40 bar < 450 °C > 40 bar > 450 °C

14,2

61,7

7,5

16,7

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

Ant

eile

in %

< 40 bar 400 °C 40 bar 400 °C > 40 bar <450 °C >40 bar 450 °C

n=117

14,2

61,7

7,5

16,7

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

Ant

eile

in %

< 40 bar 400 °C 40 bar 400 °C > 40 bar <450 °C >40 bar 450 °C

n=117


4. Werkstoffe und Korrosionsraten Für die Verdampferrohre wird überwiegend die Stahlsorte St35.8 eingesetzt. Einige Anla-gen, vorwiegend die mit höheren Dampfparametern, verwenden auch 15Mo3. Bei den Überhitzerwerkstoffen überwiegen die Mo-Legierungen, wenige Anlagen setzen auch hier St35 ein. Das Bild 3 gibt einen Überblick über die verwendeten Werkstoffe.

Bild 3: Werkstoffeinsatz in Verdampfern und Überhitzern (Mehrfachnennungen möglich) Mit n wird die Anzahl der ausgewerteten Anlagen genannt.

Korrosionsraten wurden nur von 16 Anlagenbetreibern angegeben. In 20 Anlagen liegen keine Informationen über die Abzehrung vor, 6 Anlagen verfügen über die Daten, geben sie aber nicht an, 2 Fragebögen enthielten keine Vermerke. Die angegebenen Korrosionsraten sind im Bild 4 ausgewertet. Eine Korrelation mit Werkstoffen oder Dampfparametern ist nicht möglich. Inwiefern die Korrosionsraten sich auf den Grundwerkstoff oder auf die Schutzbeschichtung beziehen, lässt sich aus der Befragung nicht ablesen.

Bild 4: Korrosionsraten in Verdampfern (links) und Überhitzern (rechts) Mit n wird die Anzahl der ausgewerteten Anlagen genannt.

18

79

21

0

20

40

60

80

100

Ante

il in

%

S t35.8 15/16Mo3/4 13/16CrMo4/5

We rks toff Übe rhitze r

n=38

18

79

21

0

20

40

60

80

100

Ante

il in

%

S t35.8 15/16Mo3/4 13/16CrMo4/5

We rks toff Übe rhitze r

n=38

1

44

6

19

2

05

1015202530354045

Ant

eile

in %

< 0,1 0,1-0,3 0,3-0,5 0,5-1 >1

mm/a

n = 16

1

44

6

19

2

05

1015202530354045

Ant

eile

in %

< 0,1 0,1-0,3 0,3-0,5 0,5-1 >1

mm/a

n = 16

6

13

19

31 31

0

5

10

15

20

25

30

35

Ant

eile

in %

< 0,1 0,1-0,3 0,3-0,5 0,5-1 >1

mm/a

n = 16

6

13

19

31 31

0

5

10

15

20

25

30

35

Ant

eile

in %

< 0,1 0,1-0,3 0,3-0,5 0,5-1 >1

mm/a

n = 16

79

26

010

20

3040

5060

70

8090

100

Ant

eil i

n %

S t3 5 /37 15 /16Mo3 /4

We rks to ff Ve rda mp fe r

n = 37

79

26

010

20

3040

5060

70

8090

100

Ant

eil i

n %

S t3 5 /37 15 /16Mo3 /4

We rks to ff Ve rda mp fe r

n = 37


5. Rußbläser Eine wichtige Rolle für die Korrosion spielen die Verfahren der Heizflächenreinigung. Die Ablagerungen auf den Strahlungs- und Konvektionsheizflächen beeinflussen wesentlich die Reisezeiten sowie Verschiebungen der Wärmeübertragung auf dem Rauchgasweg [1]. Rußbläser beeinflussen auch den Korrosionsangriff durch zusätzliche mechanische Belas-tungen und die Abreinigung ggf. schützender Ablagerungen, in denen sich aber auch die aggressiven Salze aufkonzentrieren können. Das Bild 5 zeigt die Aufteilung der Rußbläser.

Bild 5: Einsatz der Rußbläser im offline- und online-Betrieb (Mehrfachnennungen möglich) Mit n wird die Anzahl der ausgewerteten Anlagen genannt.

Bei der Reinigung der Kessel nach dem Abstellen (offline) wird nahezu ausschließlich die trockene Reinigung (Grobreinigung und Granulatstrahlen) angewendet. Die Belagsentfer-nung kann im Abfahrbetrieb durch dosierte Sprengreinigung unterstützt werden [2].

Krüger [1] zeigt Vorteile der Nassreinigung auf, die besonders in der geringen Verschmut-zung des Kesselhauses und in der wesentlich geringeren Menge der entsorgenden Mengen liegen.

Für die Reinigung der Heizflächen während des Betriebes (online) werden vorwiegend die klassischen Klopfverfahren (für hängende und liegende Heizflächenbündel) und Dampf-(Wasser-)bläser (vorwiegend für liegende Bündel) eingesetzt.

Die notwendige Reinigung der Bündelheizflächen durch Dampfbläser kann zu erheblichen Verstärkungen der Abzehrraten führen. Krüger [1] weist darauf hin, dass besonders die Einstellung und die Häufigkeit der Reinigung einer Optimierung bedürfen. Mit Hilfe exak-ter Positionierung der Düsen wird versucht, mit einem Wasserstrahl lediglich die Gassen zu reinigen und somit die Rohre zu schonen [3].

Wasserlanzenbläser und Waschdüsen reinigen die Heizflächen in den Strahlungszügen. Ihr Einsatz erfolgt in ca. 20 % der Anlagen. Die Anwendung von Sprengreinigungsverfahren in den Strahlungszügen kann für schwer zugängliche Beläge (Eckbereiche) vorteilhaft sein [2], ist aber mit ca. 10 % der Anwendungsfälle weniger häufig vertreten.

0 20 40 60 80 100

trockenNass

KlopferDampfbläser

WasserlanzenbläserWandbläser

SchraubenlanzenbläserWaschdüse

Sprenggenerator

offli

neon

line n = 43

0 20 40 60 80 100

trockenNass

KlopferDampfbläser

WasserlanzenbläserWandbläser

SchraubenlanzenbläserWaschdüse

Sprenggenerator

offli

neon

line n = 43


Die Tabelle 1 fasst den Einsatz von online-Reinigungsverfahren und deren Wirksamkeit zusammen [1].

Tabelle 1: Einsatz und Wirksamkeit der online-Heizflächenreinigung [1]

Einsatzmöglichkeit

- entfällt + möglich ++ ideal

Reinigungserfolg 1 nicht befriedigend 2 Klopfer sind gebräuchlicher 3 grundsätzlich geeignet, wegen Verschleiß kaum in Gebrauch. 4 die kalten Überhitzerrohre bzw. Schutzverdampfer können gewaschen werden,

wird bisher nur in der Anlage Schwandorf genutzt. 5 grundsätzlich geeignet, bisher nicht in Anwendung 6 bisher nicht automatisierbar

Leerzüge bzw. Strahlungszüge Konvektive Züge

ohne Schotten mit Schotten horizontal vertikal

Klopfer +1 +1 + -

Wandbläser +1 - - -

Schraubendampfbläser - - +2 +

Kugelregen - - - +3

Schallhörner +1 +1 +1 +1

Explosionsreinigung - - ++6 ++6

Schwandorfer Verfahren ++ ++ +4 -

Wasserbläser +5 - +4 -


6. Feuerfestauskleidung Die Feuerfestauskleidung in MVA wird je nach der thermischen und mechanischen Belas-tung im Kessel unterschiedlich ausgeführt. Die wesentlichen Beanspruchungsbereiche sind:

- Müllaufgabe - Hauptbrennzone - Nachbrennzone und Ascheaustrag [4].

Die Ergebnisse der Befragung für die Auskleidungen in der Hauptbrennzone enthält das Bild 6.

Bild 6: Feuerfestauskleidungen in der Hauptbrennzone (Mehrfachnennungen möglich) Mit n wird die Anzahl der ausgewerteten Anlagen genannt.

Das Bild zeigt, dass die traditionellen Auskleidungsverfahren (gestampft und geklebt) den Hauptanteil der Anwendung bestimmen. Die aufwändigeren Auskleidungen (hinterlüftet) nehmen mit ca. 30 % bereits einen erheblichen Anteil ein.

Über Erfahrungen beim Einsatz der verschiedenen Systeme hat Metschke in [17] berichtet.

3 Anlagen haben die Feuerfestauskleidung durch Cladding ersetzt.

6838

2

32

2

0 10 20 30 40 50 60 70

Anteile in %

gestampft

geklebt

hintergossen

hinterlüftet

gespritzt

n = 41

6838

2

32

2

0 10 20 30 40 50 60 70

Anteile in %

gestampft

geklebt

hintergossen

hinterlüftet

gespritzt

n = 41


7. Korrosionsschutz Der Schutz vor korrosiven Angriffen der Dampferzeugerheizflächen beginnt bei der kon-struktiven Gestaltung der Kesselzüge und der Anordnung insbesondere der Überhitzerheiz-flächen. Umfangreiche Analysen über die Einflusse der Konstruktionselemente auf die Korrosionsraten haben nicht zu einer eindeutigen Konstruktionsempfehlung geführt (s. [5 bis 7]). Grund dafür ist besonders die Überlagerung der Einflüsse durch die „Brennstoff“-Eigenschaften und die Prozessführung.

Die mit dem „Brennstoff“ Abfall in die Anlagen eingebrachten korrosiven Stoffe lassen sich auch bei intensiver Mischung im Bunker nicht auf ein gleichmäßig niedriges Niveau der Konzentration reduzieren. Spitzenwerte an Chlorid und Sulfat bildenden Verbindungen, sowie stark schwankende Verbrennungseigenschaften, verbunden mit Temperaturspitzen, sind nicht vermeidbar [8].

Eine Einflussnahme auf die Korrosion der Heizflächen durch Abbau der korrosiven Ver-bindungen im Rauchgas wurde mehrfach durch Zugabe von Additiven versucht [9, 10]. Wesentliches Ziel war es, die Chloride der vor Berührung mit den Konvektionsheizflächen zu sulfatisieren und das Cl in HCl zu überführen.

Mit den Additiven sollte der Ablagerung der Chloride als Ursache für die Reaktion von Cl mit dem Dampferzeugerwerkstoff entgegengewirkt werden. Die Korrosionsraten durch HCl werden als gering eingeschätzt.

Für den Praktiker hat Albert in [11] vereinfacht festgestellt:

„Kein Belag – keine Korrosion“.

Im Ergebnis der Umfrage zeigt sich, dass von 10 MVA, die die in [9, und 10] aufgeführten Maßnahmen getestet haben, nur noch 2 Versuche mit Additiven durchführen.

Da die Wirkung des SO2 im Rauchgas auf die Sulfatisierung der Chloride durch geringe Reaktionsgeschwindigkeiten gering ist, wurde in [12] vorgeschlagen, die Verbrennungs-temperaturen hoch zu halten, um die Bildung des reaktionsfreudigeren SO3 zu begünstigen.

Unabhängig von allen konstruktiven Maßnahmen und den Optimierungen zur Prozessfüh-rung bleibt das Risiko des Korrosionsangriffs auf Verdampfer- und Überhitzerheizflächen bestehen [12].

Ein Schutz der Wärmetauscher durch korrosionsresistente Werkstoffe, besonders, wenn die Korrosionsgeschwindigkeiten durch höhere Temperaturen an den Rohroberflächen anstei-gen, bleibt erforderlich. Dabei ist zu beachten, dass aus den Einflussparametern „Brenn-stoff“, Konstruktion der Dampferzeuger und Prozessführung kein Hinweis auf zu erwarten-de Korrosionsraten abzuleiten ist. Selbst baugleiche Kessel mit ähnlichem „Brennstoff“ können erhebliche Unterschiede in den Korrosionsraten zeigen.

Die Verwendung von Rohrwerkstoffen, die der Korrosion widerstehen ist durch deren Ver-arbeitungsbeschränkungen begrenzt. Daher werden die üblichen Grundwerkstoffe (s. Bild 3) mit Schichten überzogen, die vorwiegend aus einer Ni-basierten Legierung mit Cr, Mo und je nach Anwender unterschiedlichen Zusätzen bestehen [13]. Der Einsatz eines hochdichten Überzuges aus reinem Ni (s. [14]) hat nicht zu außergewöhnlichen Ergebnis-sen geführt.

In den befragten Anlagen werden vorwiegend die Verdampferrohre geschützt (s. Bild 7). Die Anwendung der Schutzmaßnahmen im Bereich der Überhitzer ist wegen der höheren Temperaturen noch nicht so erfolgreich, wie in den Strahlungszügen.


Bild 7: Schutzmaßnahmen an Dampferzeugerheizflächen (Mehrfachnennungen möglich) Mit n wird die Anzahl der ausgewerteten Anlagen genannt.

Das Aufbringen der Korrosionsschutzschicht erfolgt überwiegend durch Cladding (Auf-tragschweißen). Diese Verfahren mit seiner mehrere mm starken Schicht aus überwiegend Inconel 625 (bei höheren Temperaturen auch Inconel 686) bietet ein hohes Maß an Sicher-heit für eine kalkulierbare Anlagenverfügbarkeit. Die hohen thermischen Belastungen der Dampferzeugerrohre, die besonders bei der Durchführung der Applikation in der Anlage zu berücksichtigen sind und der hohe Aufwand sind Ursachen für erhebliche Kosten des Clad-ding. Daher wird in vielen Anlagen der Korrosionsschutz durch thermisch aufgespritzte Schutzschichen eingesetzt, die bei geringen thermischen Belastungen Schichtstärken von unter 500 µm aufbringen. Diese Schutzschichten lassen bei geringeren Kosten im Vergleich zum Cladding ebenfalls eine Reduzierung der Korrosionsraten erwarten.

Das Bild 8 belegt, dass Cladding überwiegend Anwendung findet, aber in vielen MVA beide Korrosionsschutzverfahren eingesetzt werden.

Bild 8: Anwendung der Korrosionsschutzmaßnehmen in MVA Mit n wird die Anzahl der ausgewerteten Anlagen genannt.

18

51

67

90

3195

0 20 40 60 80 100

Anteile in %

Verdampfer

Überhitzer

1.Zug

Decke

2. Zug

Schotten

n = 3918

51

67

90

3195

0 20 40 60 80 100

Anteile in %

Verdampfer

Überhitzer

1.Zug

Decke

2. Zug

Schotten

n = 39

43

2

55

0 10 20 30 40 50 60

Anteile in %

nur Cladding

nur Therm.Spritzen

beides

n = 42

43

2

55

0 10 20 30 40 50 60

Anteile in %

nur Cladding

nur Therm.Spritzen

beides

n = 42


Die höchste Wirksamkeit erreichen die Korrosionsschutzmaßnahmen, wenn die Schutz-schicht auf neue Werkstoffe vor dem Einbau in die Kessel im Herstellerwerk aufgetragen wird. Bereits korrodierte Heizflächen in der Anlage weisen unterschiedliche Wandstärken auf und lassen sich vor Aufbringen der Schutzschicht nicht vollständig von Chloridbelas-tungen reinigen. Es besteht die Möglichkeit, dass sich unter der Schicht Korrosionsprodukte bilden, die „von innen“ die Schutzschicht schädigen.

7.1 Cladding Das Aufschweißen der Korrosionsschutzschicht führt zu einem Anschmelzen des Substra-tes, der Oberfläche der Dampferzeugerrohre. Damit verbunden ist ein Übergang von Fe aus dem Grundwerkstoff in die Schutzschicht [13]. Eine Aufmischung von Fe in die Legierung des Claddingwerkstoffs wird als eine Ursache für ein mögliches Versagen der Schutz-schicht angesehen. In den Qualitätssicherungsvorgaben wird daher die Aufmischung be-grenzt [15]. Um eine höhere Resistenz gegen den Korrosionsangriff zu gewährleisten, wer-den die Schweißraupen überlappt oder heute überwiegend 2-lagig aufgetragen. Ein Über-blick über die Schweißmethoden und neuere Entwicklungen zur Reduzierung des Wärme-eintrages durch CMT-Schweißverfahren sowie zur Reduzierung der Schichtdicke auf 1 mm wird in [16] gegeben.

Das Bild 9 zeigt die Formen der Anwendung des Cladding in den befragten MVA.

Bild 9: Aufbringung der Claddingschichten in MVA (Mehrfachnennungen möglich) Mit n wird die Anzahl der ausgewerteten Anlagen genannt.

Vorwiegend werden großflächig im Werk beschichteten Heizflächen eingesetzt. Beim Cladding muss der hohe Energieeintrag, der durch den Schweißprozess erfolgt, durch Rohrkühlung ausgeglichen werden. Die Kühlung durch zirkulierende Wasserversorgung ist im Herstellerwerk leichter und sicherer zu handhaben.

Eine vor-Ort-Beschichtung macht sich erforderlich, wenn Kessel im Einsatz einen Schutz benötigen. Da auch eine Abzehrung der Schutzschichten stattfindet, sind Reparaturen wäh-rend der Revisionen erforderlich, für die es bereits ausreichend Erfahrungen gibt.

34

51

2

32

56

76

71

12

0 20 40 60 80

Anteile in %

Test

großflächig

im Werk

vor Ort

einlagig

überlappt

zweilagig

Reparatur

n=41

34

51

2

32

56

76

71

12

0 20 40 60 80

Anteile in %

Test

großflächig

im Werk

vor Ort

einlagig

überlappt

zweilagig

Reparatur

n=41


6.2 Thermisches Spritzen Thermische Spritzschichten sind eine alternative Schutzmaßnahme zum Cladding. Sie be-lasten das Grundmaterial kaum durch Energieeintrag. Die Schichtdicken sind wesentlich geringer, die Kosten erheblich niedriger als beim Auftragschweißen [17].

Die thermischen Spritzverfahren und ihre Besonderheiten wurden in [18] ausführlich be-schrieben.

Auch für diese Korrosionsschutzschichten gilt, dass eine Applikation im Herstellerwerk eine bessere Qualitätskontrolle ermöglicht, als vor Ort in einer Anlage während der Revisi-on. Die Qualität der Applikation ist in diesen Fällen stark von der Vorbelastung und der Reinigung des Untergrundes abhängig.

Über die Probleme und die Qualitätssicherung bei der vor-Ort-Beschichtung wurde in [19] ausführlich berichtet.

Im Bild 10 ist die Anwendung der thermischen Spritzverfahren in den befragten MVA dargestellt.

Bild 10: Aufbringung der Spritzschichten in MVA (Mehrfachnennungen möglich) Mit n wird die Anzahl der ausgewerteten Anlagen genannt.

Die Auswertung zeigt, dass von den verfügbaren Spritzverfahren das Hochgeschwindig-keits-Flammspritzen (HVOF) die häufigste Anwendung findet. Die hohe kinetische Energie der Spritzpartikel führt zu einem hohen Maß an Verdichtung der Schicht und Minimierung der Porosität.

Hauptsächlich wurden die thermischen Spritzschichten vor Ort aufgetragen. Im Vergleich zum Cladding haben diese Schutzmaßnahmen daher im Hinblick auf ihre Standfestigkeit häufig ungünstigere Voraussetzungen als die durch Cladding geschützten Heizflächen (s. Bild 9).

Der hohe Anteil an Testflächen zeigt, dass das Vertrauen der Anwender, thermische Spritz-schichten als Korrosionsschutz anzuwenden, geringer ist, als beim Cladding (s.a. Bild 8).

Die Reparatur geschädigter Spritzschichten im Kessel wird unter den gleichen Bedingun-gen ausgeführt, wie die vor-Ort-Beschichtung.

19

46

35

4

54

27

35

35

0 10 20 30 40 50 60

Anteile in %

Test

großflächig

im Werk

vor Ort

Drahtflamm

Plasma

HVOF

Reparatur

n=26

19

46

35

4

54

27

35

35

0 10 20 30 40 50 60

Anteile in %

Test

großflächig

im Werk

vor Ort

Drahtflamm

Plasma

HVOF

Reparatur

n=26


7. Zusammenfassung Die in den MVA durchgeführte Befragung wurde von ca. 70 % der Anlagenbetreiber be-antwortet. Dennoch kann angenommen werden, dass die Ergebnisse einen repräsentativen Überblick über die Korrosionsschutzmaßnahmen geben, die in den Anlagen durchgeführt werden.

Überraschend ist, dass in einer erblichen Anzahl von Anlagen keine Informationen über die Korrosionsraten verfügbar sind. Zur Sicherung der Anlagenverfügbarkeit sollte aber eine regelmäßige Kontrolle und Nachweisführung erfolgen (s.a. [20]).

Die Umwandlung der korrosiven Substanzen (Chloride) durch Reaktionen mit Additiven hat trotz umfangreicher Versuche nicht zu einem wirksamen Ergebnis geführt.

Die Feuerfestauskleidung sind die in den letzten Jahren entwickelten Verfahren (geklebt, hinterlüftet) noch in geringerem Einsatz. In einigen Anlagen wird auf die Feuerfestzustel-lung verzichtet und Cladding für den gesamten 1. Zug der Kessel eingesetzt.

Bei der Rohrreinigung überwiegen die Klopf- und Wasserdampfsysteme, obwohl in den letzten Jahren Verfahren entwickelt wurden, die schonender und wirksamer reinigen.

Bei den Schutzschichten, die weitaus überwiegend auf die Verdampferrohre aufgebracht werden, kommt die Auftragschweißung vorwiegend zum Einsatz. Eine erhebliche Anzahl von Anlagenbetreibern nutzt sowohl Cladding als auch thermische Spritzverfahren. Letzte-re werden in den Anlagen häufig in Testflächen erprobt. Sie werden häufiger vor Ort appli-ziert, während Cladding überwiegend im Herstellerwerk erfolgt.

Literatur [1] Krüger, J.: Rauchgasseitige Heizflächenreinigung bei Betrieb und Stillstand von

Verbrennungskesseln für Müll, Ersatzbrennstoffe und Biomasse. Tagungsband Dampferzeugerkorrosion 2007, S. 281-308, Herausgeber: M. Born, Verlag SAXONIA, Freiberg

[2] Schlossarek, P. und Nowotnick, F.-H.: Sprengreinigung in Dampferzeugern von Abfall-verbrennungsanlagen. Tagungsband Energie aus Abfall Band 8, 2011, S. 429-433, Herausgeber: K.J. Thomé-Kozmiensky und M. Beckmann, TK-Verlag Neuruppin

[3] Mousko, D. u.a.: Einsatz innovativer Rußbläsersysteme zur effizienten Überhitzerreini-gung mit Wasser. Tagungsband Energie aus Abfall Band 8, 2011, S. 417-427, Herausgeber: K.J. Thomé-Kozmiensky und M. Beckmann, TK-Verlag Neuruppin

[4] Imle, J.: Feuerfeste Werkstoffe für Abfallverbrennungsanlagen – Eigenschaften und Anforderungsprofil. Tagungsband Dampferzeugerkorrosion 2007, S. 173-180, Herausgeber: M. Born, Verlag SAXONIA, Freiberg

[5] Warnecke, R.: Einflüsse von Konstruktion und Verfahrenstechnik auf die rauchgasseiti-ge Hochtemperatur-Chlor-Korrosion. Tagungsband Dampferzeugerkorrosion 2005, S. 142-169, Herausgeber: M. Born, Verlag SAXONIA, Freiberg

[6] Albert, F.W.: Eindämmung MVA-spezifischer Korrosion; Betriebsorganisation, In-standhaltung, Prozessführung. Tagungsband Dampferzeugerkorrosion 2009, S. 51-72, Herausgeber: M. Born, Verlag SAXONIA, Freiberg

[7] Dräger, R.: Einfluss der Kesselkorrosion auf die Entwicklung moderner Dampferzeu-gerkonzepte. Beitrag in diesem Heft


[8] Born, M.: Wissenschaftliche Grundlagen der rauchgasseitigen Dampferzeugerkorrosion. Tagungsband Dampferzeugerkorrosion 2005, S. 1-41, Herausgeber: M. Born, Verlag SAXONIA, Freiberg

[9] Birkner, F.: Das ICA –Korrosionsschutzverfahren Tagungsband Dampferzeugerkorrosion 2003, S. 269-276, Herausgeber: M. Born, Verlag SAXONIA, Freiberg

[10] Hjörnhede, A.: ChlorOut: Reduction of corrosion in waste wood fired boilers. Tagungsband Dampferzeugerkorrosion 2009, S. 109-121, Verlag SAXONIA, Freiberg

[11] Albert, F.W.: Korrosion bei müllgefeuerten Dampferzeugern – Beobachtungen, Maß-nahmen, Erfolge, offene Fragen. Tagungsband Dampferzeugerkorrosion 2003, S. 137-159, Herausgeber: M. Born, Verlag SAXONIA, Freiberg

[12] Albert, F.W.:Eindämmung MVA-spezifischer Korrosion: Betriebsorganisation, In-standhaltung, Prozessführung. Tagungsband Dampferzeugerkorrosion 2009, S. 51-72, Verlag SAXONIA, Freiberg

[13] Metschke, J.: Korrosionsschutz durch Cladding in Dampferzeugern von Abfall-verbrennungsanlagen. Tagungsband Dampferzeugerkorrosion 2007, S. 121-135, Herausgeber: M. Born, Verlag SAXONIA, Freiberg

[14] Ansey, J.-W.: Review für dickschichtvernickelte Bauteile als wirksamer Schutz gegen Hochtemperaturkorroison. Tagungsband Dampferzeugerkorrosion 2007, S. 149-155, Herausgeber: M. Born, Verlag SAXONIA, Freiberg

[15] Metschke, J.: Technische Erfahrungen mit Werkstoffen und Beschichtungen im MHKW Schwandorf. Tagungsband Dampferzeugerkorrosion 2003, S. 117-135, Herausgeber: M. Born, Verlag SAXONIA, Freiberg

[16] Hoffmeister, W. und Bartels, M.: Technischer Stand beim Schweißplattieren – neueste Entwicklungen. In diesem Tagungsband

[17] Metschke, J.: Erfahrungen beim Einsatz von Korrosionsschutzmaßnahmen. Kap. 4 in: Tagungsband Dampferzeugerkorrosion 2005, S. 170-200, Herausgeber: M. Born, Verlag SAXONIA, Freiberg [18] Schülein, R. u.a.: Thermische Beschichtungen als Korrosionsschutz in MVA und E-

nergieerzeugungsanlagen –Erfahrungen aus der Praxis. Tagungsband Dampferzeugerkorrosion 2005, S. 321-347,

Herausgeber: M. Born, Verlag SAXONIA, Freiberg [19] Höhne, St. und Schülein, R.W.: Qualitätssicherung bei der Vor-Ort-Beschichtung von

Kesselkomponenten gegen Korrosion. Tagungsband Dampferzeugerkorrosion 2009, S. 213-228, Verlag SAXONIA, Freiberg

[20] Magel, G. u.a.: Standzeitprognose durch regelmäßige Kesselkontrolle. In diesem Tagungsband

Born, M.; Beckmann, M.: Korrosionsschutz in den deutschen MVA Anlage 1

Fragebogen zur Anwendung von Korrosionsschutzmaßnahmen

I. Angaben zum Betrieb

Firmenname

Ansprechpartner Herr

Funktion

Adresse

Tel./Fax.

e-Mail

II. Angaben zur Anlage

Baujahr des Dampferzeugers

Anzahl der Linien

Linie / Dampfparameter

Feuerung Rostfeuerung Wirbelschichtfeuerung

Gibt es CO-Probleme? ja nein keine Angaben

Kesselstahl Verdampfer: Überhitzer:

Gibt es ein aktuelles Kesselbild? ja nein

Gibt es strömungstechnische Be-rechnungen?

ja nein

Gibt es Bereiche hoher Erosionsbe-lastung?

ja nein

Wie werden die zu schützenden Heizflächen gereinigt?

offline: trocken, Sandstrahlen nass

online: Klopfer Dampfbläser

Wasserlanzenbläser Waschdüse

Wandbläser Schraubenlanzenbläser

Gibt es Wanddickenmessungen? ja nein

Wurden Korrosionsraten errechnet? ggf. Linie:

Verdampfer ja nein ggf. mm/a

Überhitzer ja nein ggf. mm/a


III. Korrosionsschutzmaßnahmen

FF-Auskleidung im Feuerraum gestampft geklebt hinterlüftet

Additivzusatz im Rauchgas mit ohne Erfolg erprobt

ggf. Verfahren:

Oberflächenschutz Dampferzeuger

Linie

Verdampfer Überhitzer

1. Zug Decke 2. Zug

Schottenheizfläche

Cladding beim Hersteller vor Ort

großflächig Testflächen

einlagig zweilagig

ggf. ausgeführt durch:

Gibt es Reparaturerfahrungen? ja nein

Thermische Spritzschichten

Drahtflamm- Plasma-

Hochgeschwindigkeitsflammspritzen

beim Hersteller vor Ort

großflächig Testflächen


Gibt es Reparaturerfahrungen? ja nein

Gibt es mehrere Lagen

Schutzschichten in diesem Bereich?

ja nein

ggf. Arten:

Gibt es Untersuchungen von Belä-gen in diesem Bereich?

ja nein


IV. sonstige Bemerkungen

Ort, Datum Unterschrift

Documents

Leseprobe Korrosionstagung 2011