LÜBKORR II - Korrosion von Überhitzerrohren: Lebensdauer unter Zufeuerung von phosphat- und chloridhaltigen Ersatzbrennstoffen und thermischer Zyklierung; Teilvorhaben: Isotherme Beanspruchung

Aufgrund der neuen EU-Gesetzgebung (AbfKlärV), die auf eine nachhaltige Abfallwirtschaft abzielt, hat die Wiederverwendung von Klärschlamm (KS) anstelle seiner landwirtschaftlichen Nutzung als Düngemittel großes Forschungsinteresse geweckt. Klärschlamm, ein Nebenprodukt der Abwasserbehandlung, kann thermisch behandelt werden, wodurch Klärschlammasche (KSA) entsteht, die ein großes Potenzial für die Rückgewinnung von Phosphor bietet. Andererseits wurde der Einfluss phosphatreicher Ascheablagerungen auf die Korrosion von Überhitzerrohren in Kraftwerken bisher kaum untersucht. Während die (Mit-)Verbrennung von Biomasse die Korrosionsraten durch die Bildung niedrig schmelzender Eutektika sowie die Überlagerung von aktiver Oxidation und Sulfidierung bekanntermaßen deutlich erhöht, ist über die Korrosionsmechanismen unter PO₄-reichen Belägen weniger bekannt.

Dieses Projekt untersucht die Korrosionsmechanismen bei der Monoverbrennung von KS bei 500°C und der Mitverbrennung mit Steinkohle bei 625°C. Isotherme Korrosionstests bis 7000 h wurden durchgeführt. Dazu wurden verschiedene Stähle – von 9%-Cr-Stählen wie P92 bis hin zu hochlegierten Stählen wie AC66 – in Monoverbrennungs- und Mitverbrennungs-KSA eingebettet. Die Einbettung erfolgte in Aluminiumoxidtiegeln mit Ca₃(PO₄)₂, FePO₄ oder Ca₅(PO₄)₃.. Die Proben wurden Gasatmosphären ausgesetzt, die für die Verbrennung von KS typisch sind, darunter Wasserdampf, CO₂, HCl und SO₂. Nach der Auslagerung wurde der Korrosionsangriff mittels wasserfreier Präparation von Querschliffen, Wanddickenmessungen sowie REM- und ESMA-Untersuchungen charakterisiert. Die Zugabe von Phosphaten kann den Korrosionsangriff durch die Bildung niedrigschmelzender eutektischer Ablagerungen verstärken. Ein ausgewogener Ni/Cr-Gehalt schützt jedoch sowohl vor chlorinduzierter Korrosion als auch vor Sulfidierung. Cr-reiche Diffusions- und Cr-Si-Slurry-Beschichtungen verbessern zudem die Korrosionsbeständigkeit von Stählen mit niedrigem Cr-Gehalt erheblich, was deren Einsatz als Konstruktionswerkstoffe ermöglicht.