Untersuchungen zur Belagsbildung und Charakterisierung der Ascheablagerungen in steinkohlegefeuerten Kraftwerken

Abstract

Bei der Verfeuerung fester Brennstoffe in Kraftwerken kann es durch Ascheablagerungen auf Heizflächen (Membranwände, Überhitzer, Zwischenüberhitzer, etc.) zur Verminderung des Wärmetransports und zu Betriebsstörungen und Schädigungen an Anlagenteilen kommen. Verantwortlich für diese Ablagerungen sind die mineralischen Bestandteile der Kohle, die beim Verbrennungsprozess zu schmelzflüssigen Phasen umgewandelt werden können. In einem Heizkraftwerk (730 MWth) wird für drei Steinkohlen das Verbrennungsverhalten im Hinblick auf Asche- und Belagsbildung sowie Belagscharakterisierung untersucht. Ein Schwerpunkt ist die Untersuchung des Belagaufbaus auf gekühlten und ungekühlten Depositionssonden. Mit der gekühlten Sonde wird die Initialschicht, die sich unmittelbar auf den Kesselrohren bildet, untersucht, während mit der ungekühlten Sonde eine Untersuchung im Hinblick auf die Deckschicht durchgeführt wird. Die Initialschichten zeigen für alle drei untersuchten Steinkohlen eine Anreicherung an Eisen im Vergleich zur Deckschicht und des Flugstaubes. Ursächlich für diese eisenreiche Grundschicht ist nach bisherigen Erkenntnissen das Mineral Pyrit. Neben den experimentellen und analytischen Untersuchungen werden mit der Software FactSage Gleichgewichtsberechnungen unter Berücksichtigung der im Brennstoff enthaltenen Mineralien (Pyrit, Illit, Kaolinit und Quarz) und der Analyse von Aschepartikeln unter oxidierenden und reduzierenden Verbrennungsbedingungen durch-geführt. Der Einfluss der Feuerraumatmosphäre auf das Ascheschmelzverhalten und die daraus hervorgehenden Ablagerungen wird mit diesen Berechnungen beurteilt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Ablagerung eines Aschepartikels erheblich durch die Partikelhistorie beeinflusst wird. Abgesehen von der Partikelzusammensetzung haben insbesondere die Temperatur und die jeweilige Atmosphäre, die ein Partikel auf seiner Flugbahn bis zum Auftreffen auf die Heizfläche durchläuft, großen Einfluss auf die Mineralumwandlung und das Anhaften des Partikels.