Untersuchungen zum Verschmutzungsverhalten rheinischer Braunkohlen in Kohledampferzeugern

Schlüter, Annette; Singheiser, Lorenz

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-22617

Untersuchungen zum Verschmutzungsverhalten rheinischer Braunkohlen in Kohledampferzeugern = Investigations on the fouling behaviour of Rhenish brown coals in lignite-fired power plants

Schlüter, Annette (Author)

2008

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Annette Schlüter

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2008

Umfang164 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Zsfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Singheiser, Lorenz (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2008-01-30

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-22617
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/50013/files/Schlueter_Annette.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Werkstoffe der Energietechnik (FZ Jülich) (413410)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Fouling (Genormte SW) ; Braunkohle (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Ascheansatzbildung (frei) ; Verschmutzung (frei) ; fouling (frei) ; Rhenish brown coal (frei) ; lignite-fired power plants (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Bei der Verbrennung natriumreicher und siliziumarmer rheinischer Braunkohlen wird im Kraftwerk die Bildung sulfatischer und oxidischer Ansätze an Wärmetauschern beobachtet. Die Ansätze reduzieren den Wärmeübergang und können zu Schädigungen im Kraftwerk führen. Das Vorkommen niedrig schmelzender Alkaliverbindungen könnte ein möglicher Initiierungsschritt für die Bildung und Verfestigung der Ansätze sein. Ziel der Arbeit war es durch experimentelle Untersuchungen an rheinischen Braunkohlen, deren Laboraschen und synthetischen Aschemischungen wesentliche Beiträge zum Verständnis der verschmutzenden Ansatzbildung zu leisten. Zur Abschätzung des Versinterungspotentials von Braunkohleaschen wurden Schereigenschaftsbestimmungen und Impedanzspektroskopie an synthetischen Aschemischungen und Laboraschen durchgeführt. Um den Einfluss verschiedener Parameter auf den Phasenbestand und die Mikrostruktur von Braunkohleaschen zu untersuchen, wurden mit den Aschen und synthetischen Mischungen zudem Auslagerungsversuche in Luft und Rauchgas im Temperaturbereich von 600 bis 1200 °C durchgeführt. Die ausgelagerten Proben wurden untereinander und mit entsprechenden Ansatzproben aus einer Mikrobrennkammer verglichen. Um das Auftreten von NaOH bei der Ansatzbildung nachzuweisen, wurden während der Verfeuerung einer mit Natrium angereicherten verschmutzenden Kohle Impedanzmessungen an der Versuchsverbrennungsanlage im Kraftwerk Niederaußem durchgeführt. Die Untersuchungen zeigen, dass nichtsilikatische Na- und Ca-Verbindungen die verschmutzende Ansatzbildung stark begünstigen. Je höher der Gehalt an „freiem“ Na und Ca in der Asche ist, desto größer ist ihr Verschmutzungspotential. Obwohl NaOH im Kraftwerkskessel nicht direkt nachweisbar ist, ist es maßgeblich an der Bildung und Verfestigung von Ansätzen beteiligt. Silikate hingegen nehmen die Funktion eines „Füllstoffes“ ein und wirken Verschmutzungsprozessen entgegen. Geeignete Methoden zur Abschätzung des Verschmutzungspotentials von Braunkohlen sind Schereigenschaftsbestimmungen und Impedanzspektroskopie an 450°C-Laboraschen. Ebenso sind die Na/Si- und Ca/Si-Verhältnisse von 450°C-Laboraschen wichtige Indikatoren für das Kesselverhalten. Mit Verschmutzung ist demnach bei 450°C-Aschen mit einem Na/Si-Verhältnis > 2 und einem gleichzeitig sehr hohen Ca/Si-Verhältnis zu rechnen.

In lignite-fired power plants high fouling in heat exchangers can be observed while firing Rhenish brown coals rich in sodium and poor in silicon content. These sulphatic and oxidic deposits reduce the heat transfer and can cause plant damage. It is assumed that fouling is caused by ash softening and partial melting of alkaline phases. The objective of this dissertation is to provide a better understanding of the fouling processes in lignite-fired boilers through experimental analysis using the ashes of different Rhenish brown coals and synthetic ash mixtures. In order to estimate the agglomeration potential of the brown coal ashes and synthetic ash mixtures, measurements of shear properties and impedance spectroscopy were performed. Furthermore, exposure tests in air and flue gas were conducted in the temperature range between 600 to 1,200 °C to evaluate the influence of different parameters on the crystalline phase compounds and microstructures of the brown coal ashes and synthetic ash mixtures. The exposed samples were compared among each other and with corresponding ash deposits produced in a micro combustion chamber. Another aim of this dissertation is to verify the occurrence of NaOH melt in fouling processes. For this purpose impedance spectroscopy with a special probe was performed in the pilot power plant Niederaußem while firing sodium enriched fouling coal. This research indicates the importance of non-silicate bonded sodium and calcium in fouling processes. The higher their contents are, the higher is the fouling potential of the brown coal. Although the occurrence of NaOH in the boiler can not be directly proven by impedance spectroscopy, the experimental results indicate that it plays an important role in fouling. However, this research shows that silicates reduce the fouling potential of the ashes. Shear property measurements, impedance spectroscopy and the calculation of Na/Si and Ca/Si ratios of 450°C-ashes are applicable methods to predict the fouling potential of brown coals. According to the findings resulting from this dissertation it is 450°C-ashes with an Na/Si ratio > 2 and a very high Ca/Si ratio that show fouling behaviour.

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