Entwicklung eines Lebensdauermodells für Überhitzerrohre bei Verbrennung veredelter Biomassebrennstoffe in Kraftwerken, Industriefeuerungen (Mitverbrennung) und dezentralen Anwendungen (Biomasse-Monoverbrennung)

Im Zuge der Energiewende hin zu erneuerbaren Energien kommt auch der Mitverbrennung von Biomasse in bestehenden Kraftwerken zur Grundlastsicherung immer größere Bedeutung zu.

Aufgrund der chemischen Zusammensetzung der zum Einsatz kommenden veredelten Biomasse mit ihren hohen Chlor- und Alkalien- bzw. Schwermetallgehalten herrschen hochkorrosive Bedingungen, die an die eingebauten metallischen Komponenten höchste Anforderungen stellen. Daher liegt derzeit in vielen Kohlekraftwerken der Mitverbrennungsanteil der Biomasse bei 10% und die Befeuerung erfolgt bei verhältnismäßig geringen Überhitzer-Temperaturen (< 500°C), um die Oberflächentemperaturen der metallischen Komponenten und damit die Werkstoffschädigungen durch Hochtemperaturkorrosion zu begrenzen.

Vor diesem Hintergrund soll in Zusammenarbeit zwischen DECHEMA-Forschungsinstitut (DFI) und dem Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik der Universität Stuttgart (IFK) ein Lebensdauermodell für ausgewählte Stähle erstellt werden. Forschungsschwerpunkt des IFK ist hierbei die Charakterisierung verschiedener Biomassesorten sowie deren Bewertung im Hinblick auf rauchgasseitige Asche- und Belagsbildung bei Verfeuerung in einer institutseigenen 500kW-Kohlenstaubverbrennungsanlage. Das DFI konzentriert sich zeitgleich auf die Weiterentwicklung und -optimierung geeigneter Beschichtungsverfahren zum Schutz der Werkstoffoberflächen vor Hochtemperaturkorrosion. Schlickerschichten auf Basis von Al, Si oder auch Cr erweisen sich hierbei als besonders vielversprechend, da sie kostengünstig sind und sogar eine Applikation direkt am Einsatzort grundsätzlich realisierbar ist. Eine Bewertung der eingesetzten Werkstoffe sowie Schichtsysteme erfolgt anhand von Auslagerungen der in Verbrennungsasche eingebetteten Proben in institutseigenen Öfen unter aggressiver, SO₂- und HCl-haltiger Prozessatmosphäre. Ergänzt durch thermodynamische Berechnungen soll anhand der Ergebnisse anschließend ein Lebensdauermodell ausgearbeitet werden. Begleitet wird das Projekt zudem von verschiedenen Industriepartnern. Aus wirtschaftlicher Sicht kann neben der Maximierung der Bauteillebensdauer langfristig durch erhöhte Nachfrage nach Biobrennstoffen außerdem die Eröffnung neuer Geschäftsfelder für regionale Biomasseveredler erzielt werden.

Das IGF-Vorhaben Nr. 18370 N der Forschungsvereinigung DECHEMA e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.