Korrosion durch Salzschmelzen

Projektnummer 207

Nach der Bewilligung von Mitteln durch das Kuratorium der VGB-FORSCHUNGSSTIFTUNG kann ein neues Forschungsprojekt begonnen werden, das die Korrosionsminderung bei Dampferzeugern in Müllverbrennungsanlagen zum Ziel hat. Dabei arbeiten die Forschungsstellen Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH, Düsseldorf, Institut für Mineralogie der Universität Münster und die Firma Noell KRC Energie- und Umwelttechnik GmbH, Würzburg, zusammen. Das Projekt, das in der Zeit vom 1. Oktober 2000 bis 31. Dezember 2001 bearbeitet wird, wird befürwortet und betreut vom VGB-Arbeitskreis "Thermische Abfallverwertung".

Die Korrosion an Verdampferwänden und Überhitzerrohren in Müllverbrennungskesseln ist bei Gegenwart von Aschebelägen gegenüber nicht belegten Stellen deutlich erhöht. Ein Grund dafür ist das Vorhandensein chloridischer Schmelzphase auf der Basis ZnCl2-KCl-NaCl-PbCl2 mit Schmelzpunkten ab 250 °C in den Belägen.

Die Abbildung zeigt einen Vergleich der Korrosionsschichtdicke von 15Mo3 mit und ohne Salzablagerungen in HCI-haltiger Atmosphäre. Bei 350 °C bewirkt das geschmolzene Salz eine um bis zwei Größenordnungen verstärkte Korrosion.

Die Bildung und mikroskopische Phasenzusammensetzung der Ablagerungen, die Mechanismen der Korrosion metallischer Werkstoffe bei Gegenwart chloridischer Schmelzen und die Auswahl von für die Praxis geeigneten thermisch gespritzten Schichten anhand von Laborversuchen sind Gegenstand des Forschungsprojektes. Es wird erwartet, dass die Korrosionsvorgänge im Labor durch Berücksichtigung der eutektischen Schmelzen die Verhältnisse in den realen Anlagen besser wiedergeben, als dies in bisherigen Untersuchungen der Fall war.

Die Untersuchungen zum Korrosionsmechanismus beinhalten Laboruntersuchungen an z. B. 15Mo3 unter chloridischen Schmelzeutektika mit unterschiedlichen Kationen sowie die Rolle von Temperaturgradienten im Schmelzfilm und in der Probe. Aufgrund dieser Untersuchungen können Aussagen zur Kinetik des Korrosionsprozesses gewonnen werden.

Eine besondere Bedeutung kommt der Auswahl von für die Praxis geeigneten thermisch gespritzten Schichten zu. Es werden unter Variation von Temperatur, Gasatmosphäre und chemischer Zusammensetzung der Schmelzphase an beschichteten Probekörpern Parameterfenster ermittelt, die Aussagen über optimale Einsatzbereiche der jeweiligen Beschichtung zulassen.

Die Bildungsbedingungen von Ablagerungen werden im wesentlichen unter Berücksichtigung von zu berechnenden Strömungs-, Temperatur- und Wärmeübergangsprofilen in der Nähe der Rohroberflächen studiert. Ziel ist, durch konstruktive und verfahrenstechnische Maßnahmen eine Belagbildung zu minimieren. Die Bestimmung der Phasenzusammensetzung erfolgt an Belagsproben aus unterschiedlichen Anlagen mit Hilfe strukturanalytischer (XRD) und mikrochemischer Methoden (REM, TEM, ESMA).