Müllverbrennungsanlagen (»Waste-to-Energy Plants«) bieten die Möglichkeit der kommunalen Abfallbeseitigung mit dem zusätzlichen Nutzen, dabei Energie zu gewinnen. Leider enthält das Verbrennungsgas sehr aggressive Spezies, was zu einer schnellen Korrosion an den für die Energiegewinnung wichtigen Komponenten wie den Überhitzerrohren in Kesseln führt.
Alkali- und Erdalkalichloride sowie HCl und schwefelhaltige Aschen werden als kritischste Spezies angesehen. Diese bilden üblicherweise dicke Beläge auf den Rohren, in und unter denen die Korrosion extrem schnell voranschreiten kann.
Diese Schäden an den Kesseln durch Hochtemperaturkorrosion kosten die Anlagenbetreiber ungefähr eine halbe Million Euro pro Jahr, verursacht durch Reparaturen und Stillstandzeiten. Zusätzlich werden Verbrennungsanlagen bei Temperaturen unterhalb derer, die die bestmögliche Energieeffizienz ergeben, betrieben, um die Lebensdauer der Überhitzer zu erhöhen. Für ein durchschnittliches Kraftwerk führt diese Tatsache zu weiteren jährlich entgangenen Gewinnen in Höhe von ca. 750.000 €. Der gesamtwirtschaftliche Verlust von 200 Verbrennungsanlagen in Deutschland beläuft sich damit auf 250 Millionen Euro pro Jahr. Das schlägt sich direkt in den Entsorgungskosten jedes Haushalts nieder.
Da die Korrosion so stark ist, gibt es grundsätzlich zwei – ähnlich kostenintensive – Strategien, die von den Betreibern verfolgt werden. Entweder ein möglichst günstiges Material zu verwenden mit dem Wissen, dass die Rohre nach kurzer Zeit getauscht werden müssen, oder mit teuren Werkstoffen und Beschichtungen die Lebensdauer zu verlängern. Im Projekt VOKOS wird der Schadensmechanismus für unlegierte Stähle als günstige
Lösung untersucht. In einem Konsortium mit sieben Partnern werden Möglichkeiten eruiert, verfahrenstechnisch auf die Korrosion Einfluss zu nehmen. Chlorinduzierte Hochtemperaturkorrosion wurde seit Anfang der 1960er Jahre untersucht, aber die zugrunde liegenden Korrosionsmechanismen werden vor allem aufgrund der komplexen Atmosphäre in Zusammenspiel mit dem Aschebelag noch diskutiert.
Werkstoff 16Mo3
Am DECHEMA-Forschungsinstitut wurde daher ausgehend von Untersuchungen zum Schadensbild an Rückläufern aus der Müllverbrennungsanlage von GKS in Schweinfurt der Mechanismus und die Kinetik der Chloridkorrosion am Werkstoff 16Mo3 untersucht. Ergänzt wird das Programm um umfangreiche Laborauslagerungen, in denen der Betriebszustand im Labor unter definierten und reproduzierbaren Bedingungen simuliert wird.
Durch diese Untersuchungen konnten bereits jetzt entscheidende neue Erkenntnisse gewonnen werden: mittels Morphologie und chemischer Zusammensetzung der Korrosionsschichten und -produkte wurde nachgewiesen, dass der Sauerstoffpartialdruck an der Werkstoffoberfläche unter den Aschebelägen gegenüber dem Rauchgas deutlich gesenkt wird. Dieser Mechanismus, der normalerweise unmittelbar auf die Oxidschicht begrenzt ist, führt dazu, dass sowohl die Chlor- als auch die Schwefelaktivität ebenso wie die Metallauflösung unter dem Belag deutlich erhöht ist. Aufgrund des niedrigen Sauerstoffpartialdrucks werden dann besonders Kaliumchloride aus der Verbrennung nicht mehr in stabilere und weniger aggressive Sulfate umgewandelt, sondern beschleunigen den Metallabtrag um ein Vielfaches. Das zeigt den hohen Einfluss durch kaliumhaltige Partikel und Kondensate im Rauchgas und bietet Möglichkeiten an dieser Stelle verfahrenstechnisch bereits in der Feuerung und dem Brennbett deren Freisetzung zu beeinflussen.
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