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Dr. Uwe Morgenstern

Feuerfeste Spezialmassen für

Ersatzbrennstoff-, Biomasse- und Verbrennungsanlagen

- das Dünnschicht SiSiC-Plattensystem -

1. Einleitung

Energieerzeugungskosten senken und Wärmeübertragung auf höchstem Niveau, sind seit je

her wichtige Schlagworte für die Umwandlung eines jeden Energieträgers.

Dies gilt für Großkraftwerke ebenso wie für Anlagen der Müllverbrennung und Anlagen der

Umwandlung von regenerativer Energie, den heutigen Biomassekraftwerken.

Alle diese Anlagen haben eines gemeinsam, sie setzen Energieträger ein, bei deren

thermischer Umwandlung aggressive Schadstoffe freigesetzt werden.

Diese Schadstoffe greifen die Rohrwände der Anlagen an und führen in Folge chemisch-

korrosiver Vorgänge zu Rohrschäden und damit zu Betriebsausfällen.

Diese Art von Schäden werden heute minimiert, in dem die Feuerungsräume monolithisch mit

feuerfesten Produkten geschützt werden. Dieser Schutz verschlechtert den Transport von

thermischer Energie aus dem Feuerraum in den Dampfkreislauf erheblich. Im Folgenden wird

eine Möglichkeit aufgeführt, wie mit einer speziellen, sehr dünnen, keramischen Auskleidung

auf Basis von SiSiC der Energietransfer verbessert werden kann.

2. Grundlegende Schadensmechanismen

Die Wärmeübertragung aus dem Feuerraum in den Dampfkesselkreislauf wird bei

Verbrennungsanlagen in Müll- und Biomasseverbrennung durch feuerfeste Auskleidungen im

Feuerraum behindert. Diese Auskleidung ist notwendig um die Rohrwände vor chemisch

korrosiven und abrasiven Angriff durch die heißen Verbrennungsgase zu schützen. Derzeit

wird dieser Verschleißschutz in Schichtdicken bis zu ca. 100 mm eingebaut. In

unterschiedlichen Veröffentlichungen [ 1,2,3 ] wurde bereits auf die Nachteile von dicken

Wandverkleidungen hingewiesen. Ebenso wurden die Vorteile beschrieben, die dünne

Wandverkleidungen für den Betreiber haben. Die wesentlichen Vorteile werden nachfolgend

kurz beschrieben.

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Dr. Uwe Morgenstern

Die Korrosionsrate von Stahlankern in Rauchgasatmosphären in Abhängigkeit von der

Temperatur ist im Bild 1 dargestellt. Relative hohe Korrosionsraten liegen im

Temperaturbereich bis ca. 170 °C vor. Hier dominiert die elektrochemische Korrosion.

Oberhalb von ca. 400 °C beginnt die Korrosion der Anker durch Chloride und Sulfate bzw.

durch deren Verbindungen. Die höchste Korrosionsrate wird bei 600 °C bis 700 °C durch

Alkali- und Schwefelverbindungen ausgelöst.

Bild 1: Korrosion von Stahl in Rauchgasen in Abhängigkeit von der Temperatur

Die geringsten Korrosionsraten liegen im Temperaturfenster von 190 °C bis 350 °C vor.

Werden die Anker in diesem Temperaturbereich betrieben sind nur geringe Korrosionsraten

zu erwarten.

Kurze Anker werden infolge des geringen Abstandes zu der „kalten“ Rohrwand stark gekühlt.

Durch diese Kühlung wird der Arbeitsbereich der Anker in den optimalen Temperaturbereich

geschoben, wodurch die Korrosion von kurzen Ankern erheblich langsamer wird.

Ein weiterer Punkt der für dünne Schichtdicken der Auskleidung spricht, ist die Kondensation

/4/ von Alkalien. Diese erfolgt bei Temperaturen zwischen 650°C bis 750°C aus der Gasphase.

Der Mechanismus soll anhand von Bild 2 erläutert werden. Da diese Temperatur üblicherweise

innerhalb der feuerfesten Auskleidung liegt, werden die vorhanden Poren aufgefüllt. Hierdurch

verringert sich die Elastizität sowie die Temperaturwechselbeständigkeit des Materials. Infolge

von Temperaturwechselbelastungen erfolgt ein Abspalten der feuerfesten Auskleidung parallel

zur Wand.

Bei ca. 1.400 °C Feuerraumtemperatur liegen alle Alkalien in gasförmiger Form im Rauchgas

vor. Die Oberflächentemperatur der Auskleidung beträgt ca. 1.000 °C bei einer

Oberflächentemperatur der metallischen Rohrwand von ca. 300 °C.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Ko

rro

sio

nsra

te [

%]

[%]

Temperatur [°C]

Elektrochemische

Korrosion

Optimaler Betriebsbereich

für Anker

Korrosion durch Chloride/Sulfate und

deren Verbindungen Korrosion durch Alkali-Verbindungen und durch

Schwefelkorrosion

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Bild 2: Schadensmechanismen der Alkalikorrosion

Die Temperatur fällt in der Auskleidung linear ab. Vorhandene Alkalien diffundieren solange in

Richtung „kalter Rohrwand“, bis sie ihre Kondensationstemperatur erreichen. Hier wechseln

die Alkalien von ihrem gasförmigen in den festen Zustand. Da diese Temperatur üblicher

Weise innerhalb der feuerfesten Auskleidung liegt, werden die vorhandenen Poren aufgefüllt.

Hierdurch verringert sich die Elastizität sowie die Temperaturwechselbeständigkeit des

Materials. Infolge von Temperaturwechselbelastungen erfolgt ein Abspalten der feuerfesten

Auskleidung parallel zur Wand.

Eine Form des entstehenden Schadens ist dem Bild 3 zu entnehmen. Hier sind deutlich die

Risse im Material zu sehen, die durch die Alkalikondensation entstanden sind.

Pore

Brennraumtemperatur 1400°C

Gaskanäle

Rohrwand 300°C

1000°C

Bild 3: Durch Alkalieinlagerungen geschädigte feuerfeste Auskleidung.

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Alle Risse verlaufen parallel zur Oberfläche der feuerfesten Auskleidung. Im Schadensfall

schält sich die Oberfläche der Auskleidung kontinuierlich schichtweise ab.

Die Schichtdicke einer Auskleidung sollte so dünn gewählt werden, dass eine Kondensation

von Alkalien im Idealfall auf der feuerraumseitigen Oberfläche der Auskleidung und nicht im

Inneren der Auskleidung erfolgt. Wenn dies nicht möglich ist, muss die Oberfläche porenfrei

ausgebildet werden.

3. Wärmeübertragung im Vergleich zu herkömmlichen

Auskleidungen

Dünne Auskleidungen ermöglichen eine höhere Wärmeübertragungsrate im Vergleich zu

dickeren Auskleidungen.

Im Folgenden sind je zwei unterschiedlich hoch wärmeleitfähige SiC-haltige Produktgruppen

miteinander verglichen worden. Diese sind zum einem monolithische Systeme und zum

anderen zwei Plattensysteme. Bei den monolithischen Systemen handelt es sich um einen

SIC-Feuerbeton der in einer Schichtdicke von 70 mm eingebracht wurde. Das zweite

monolithische System ist eine phosphatgebundene SIC-Stampfmasse mit einer Schichtdicke

von 25 mm.

Als Basis für alle Vergleiche wurde das System mit 25 mm Schichtdicke gewählt. Für dieses

System wurde die Wärmeübertragung auf 100 gesetzt.

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

KERAPLAN SIC-V-85-E KERAPLAN SIC-SF-60-LC KERABRICK SiSiC KERABRICK NSIC 80 NA

Bild 4: Prozentuale Änderung der Wärmeübertragung

unterschiedlicher Wandverkleidungssysteme.

25m

m

70m

m

18m

m

41m

m

monolithische Auskleidung Plattensysteme

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Das Betonsystem mit 70 mm Dicke erreicht im Vergleich die geringste Wärmeübertragung mit

nur ca. 41 %. Für das nitritgebundene System mit 41 mm Aufbaudicke, ergibt sich eine um 4

% bessere Wärmeübertragung. Die beste Wärmeübertragung wird mit dem SiSiC-System

erreicht, das eine Gesamtschichtdicke von 18 mm aufweist. Es ergibt sich eine Verbesserung

der Wärmeübertragung um ca. 31 %. Dies ist begründet in der höheren Wärmeleitfähigkeit der

SiSiC-Platten mit 77 W/mK und einer Plattendicke von 8 mm.

Siehe hierzu Bild 4.

4. Eingestellte Oberflächentemperaturen im Vergleich zu

herkömmlichen Auskleidungen

Ausgehend von den Ergebnissen der besseren Wärmeübertragung mit SiSiC-Platten war es

interessant zu überprüfen, wie sich die Oberflächentemperaturen bei unterschiedlichen

Systemen verhalten. Die Absenkung der Oberflächentemperatur einer Auskleidung führt zu

geringerer Belastung der feuerfesten Auskleidung und damit zu einer längeren störungsfreien

Betriebsstundenzahl.

Auch hier wird für das System SiC-Stampfmasse die Oberflächentemperatur auf 100 %

gesetzt. Die Ergebnisse sind im Bild 5 dargestellt.

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

160%

KERAPLAN SIC-V-85-E KERAPLAN SIC-SF-60-LC KERABRICK SiSiC KERABRICK NSIC 80 NA

Bild 5: Prozentualer Oberflächentemperaturunterschied

unterschiedlicher Wandverkleidungssysteme.

monolithische Auskleidung Plattensysteme

41m

m

18m

m

70m

m

25m

m

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Für das SiC-Betonsystem mit 70 mm Schichtdicke erfolgt eine Temperaturanhebung um ca.

51 %. Für das nitritgebundene Plattensystem erfolgt eine Absenkung der Temperatur um 3 %.

Bei dem SiSiC-Dünnschichtsystem ergibt sich eine Temperaturreduzierung um 18 % auf der

Plattenoberfläche im Verbrennungsraum.

Bei einer Feuerraumtemperatur von 1.350 °C wird die Oberflächentemperatur einer SiSiC-

Platte mit ca. 660 °C mit einer um 140 °C geringeren Temperatur belastet als die Oberfläche

einer nitritgebundenen SiC-Platte. Ein weiterer Vorteil der geringeren Oberflächentemperatur

ist, dass die Kondensation von Alkalien auf der Oberfläche der Platte bzw. in der Staubschicht

auf der Platte erfolgen muss. Die Hinterfüllmasse ist ebenfalls thermisch gekühlt und kälter als

die SiSiC-Platte. Eine Kondensation kann auch hier weitgehend ausgeschlossen werden.

5. Werkstoff „Silicium infiltriertes Siliciumcarbid“

Um die vorstehend beschriebenen Vorteile:

Verminderung der Korrosion von Ankern

höherer thermischen Energietransport

geringere Oberflächentemperatur der Auskleidung,

geringere Gewichtsbelastung der Kesselwände

Unterbindung der Alkalidiffusion in die Auskleidung

nutzen zu können, bietet sich als Werkstoff reaktionsgebundenes Silicium infiltriertes

Siliciumcarbid (SiSiC) an.

Dieser Werkstoff besteht aus ca. 85 % - 90 % SiC und ca. 10 % - 15 % metallischem Silicium

(Si). Die Einlagerung und Reaktion von Silicium mit dem Siliciumcarbid erfolgt in

Vakuumhochtemperaturöfen. Hier wird das metallische Silicium unter Vakuum in vorhandenen

Poren der SiC-Bauteile gesaugt. Bei Temperaturen von ca. 1.600°C bis 1.700°C erfolgt die

Reaktion zu SiSiC.

Dieser Werkstoff hat folgende Vorteile:

keine messbare Porosität

Einsatzbereich bis 1.400 °C

hohe Abrassionsbeständigkeit

hohe mechanische Festigkeit

hohe Temperaturwechselbeständigkeit

hohe Korrosionsbeständigkeit

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Schlackeresistenz (nicht metallische schmelzen)

höchste Wärmeleitfähigkeit

Ein Vergleich der Eigenschaften unterschiedlicher SiC-haltiger feuerfester

Verkleidungssysteme mit einem Inconel Werkstoff ist in Tabelle 1 dargestellt.

Einheit SiC silicat

gebunden

SiC (Oxy-)

Nitride

gebunden

Hochleistungs

SiSiC

Siliciumreaktions-

gebunden

Ni-Alloy

Inconel 625

Rohdichte g/cm^3 2,6 2,65 3,05-3,10 8,4

Wasserabsorption -% 15 15 < 0,1 0

Phasenzusammensetzung Vol% SiC: 90

Oxyde 10

SiC:78

Si3N4/SiN2O2:

20

SiC: 88-92

Simet: 12-8

Ni- alloy mit

Cr20Mo8Ta3

M.O.R. 4-Point, 20°C MPa 240-280

M.O.R. 3-Point, 1300°C MPa 26 52 250-300

Wärmeleitfähigkeit 200°C* W/(mK) 122 11

Wärmeleitfähigkeit

1200°C*

W/(mK) 16 14 29 21(600°C)

CTE 20-1000°C 10^-

6K^-1

4,7 5,0 4,3 17,3

GPa 90 153 370 208

Temp. Schock

Beständigkeit

Sehr gut Sehr gut Sehr gut

Maximale

Anwendungstemperatur **

°C ca. 1500 Ca. 1500 ca. 1350

Tabelle 1: Eigenschaftsvergleich unterschiedlicher feuerfester Systeme

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Bild 6: Vakuumhochtemperaturofen

Im Bild 6 ist ein Vakuumhochtemperaturofen abgebildet. In dem der Rekristallisationsprozess

von SiC zu SiSiC abläuft. Die Reaktion erfolgt unter inerter Schutzgasatmosphäre. Die

Bauteile aus SiC werden in Brennwagen geschichtet. Alle Hohlräume um die Bauteile werden

mit metallischem Silizium aufgefüllt. Im Bild 7 ist ein Brennwagen abgebildet in dem SIC-

Brennerdüsen geschichtet sind. Teilweise wurden diese Düsen bereits mit einer Schüttung

aus metallischem Silizium ummantelt.

Bild 7: SiC Bauteile vor dem Rekristallisationsprozess

Der wesentliche Vorteil einer SiSiC Bindung für feuerfeste Anwendungen wird in einem

Vergleich mit der konventionellen NSiC Bindung deutlich. Die herkömmlichen

stickstoffgebundenen Systeme weisen eine erheblich gröbere Struktur in der Matrix auf. Siehe

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hierzu Bild 8. Zum einen sind die SIC-Körner um ein vielfaches größer als bei einer SiSiC

Matrix (Bild 9). Des Weiteren findet sich in NSiC-Bauteilen nicht reagiertes metallisches

Silizium, das im späteren Arbeitseinsatz der Bauteile unter Volumenzunahme zu SiO2 reagiert.

Was eine Schädigung des Bauteils bewirkt. Auch finden sich in den Bauteilen offene Poren, in

denen Alkalien kondensieren und zu Schäden führen. Insgesamt liegen in der Matrix große

Unterschiede in den Korndurchmessern vor. Dies führt zu einem stark inhomogenen Gefüge.

Bild 8: Schliffbild einer NSiC-Bindung

Im Gegensatz hierzu besteht die Matrix in einer SiSiC Bindung aus nahezu gleich großen SiC-

Körnern. Es ist zu beachten, dass die Vergrößerung des Schliffbildes für SiSiC in Bild 9 2,5-

fach größer als für das NSiC in Bild 8 gewählt wurde. Dies war erforderlich um die Form der

SIC Körner darstellen zu können. Alle SiC-Körner sind von metallischem Si ummantelt. Alle

vorher vorhandenen Poren sind im Rekristallisationsprozess aufgefüllt und verschlossen

worden.

SiC

Poren

Freies Si

Si3N4

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Bild 9: Schliffbild einer SiSiC-Bindung

Ein weiterer großer Vorteil dieses Herstellungsprozesses ist, dass die Bauteile während des

Silizierungsprozesses keine Schwingungsvorgänge durchlaufen. Da bei der Herstellung

praktisch keine Schwingung auftritt, können Bauteile mit extrem präzisen Abmessungen wie

z.B. Metrische Gewinde hergestellt werden. Im Bild 10 ist ein Bauteil aus SiSiC mit einem 10

mm Innengewinde dargestellt.

Bild 10: SiSiC-Element mit 10 mm Innengewinde

Im Jahr 2007 begannen wir basierend auf den Erfahrungen, die wir mit der jahrelangen

Produktion verschiedenster Bauteile aus SiSiC gesammelt haben, ein System für feuerfeste

SiC

met. Si

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Wandverkleidung zu konstruieren. Dieses System besteht heute aus einer 8 mm dicken SiSiC-

Platte, die mit einer keramischen SiSiC-Mutter auf einem Gewindebolzen befestigt wird. Im

Bild 11 ist eine Explosionszeichnung aller notwendigen Komponenten dieses Systems

dargestellt. Die Platten sind mit Abstandshaltern versehen, die eine Spaltbreite von 8 mm

zwischen Platte und Oberkante der Rohre einstellen. Dieser Spalt wird nach erfolgter

Installation der Platte mit einer selbstverdichtenden feuerfesten Masse versiegelt. Die

Gesamtschichtdicke dieses Systems beträgt 16 mm über dem Rohrscheitel.

Bild 11: Systemzusammenstellung des SiSiC-Dünnschichtplattensystem

Dieses System verfügt über folgende technische Vorteile:

- Gasdichte, porenfreie Oberflächen der SiC-Bauteile

- 25 mm kurze, gekühlte Haltebolzen auf dem Rohrsteg

- Haltebolzen wird von der keramischen Mutter zu 50 % gasdicht geschützt

- Gewichtsreduzierung der Wandverkleidung um 50 %

- Höhere Wärmetransportmöglichkeit durch

a) geringere Auskleidungsdicke

b) höhere Wärmeleitfähigkeit 77 W/mk bei 400 °C

- geringere Oberflächentemperatur von der SiC-Platte gegenüber konventionellen

Auskleidungen durch hohe Wärmeabfuhr

- Schlackeresistente / Schlackeabweisende Auskleidung

1- SiSiC–Platte 5- Keramisches Faserpapier 2- Keramische Haltemutter aus SiSiC 6- Keramischer Faserring 3- Keramische Abstandshalter aus SiSiC 7- Zentrierring 4- Keramisches Faserpapier 8- Schraubbolzen

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6. Betriebserfahrung

Es wurden erste Versuche mit dünnen SiSiC-Platten 2006 in Dänemark und Italien gestartet.

Die erste Generation dieser Platten wurde noch nicht mit einem Schraubgewinde befestigt. Als

Halterung wurde ein metallischer Kopfbolzen auf den Rohrsteg geschweißt. Mit einem

keramischen SiSiC-Riegel (Bild12), der durch eine rechteckige Öffnung in der Mitte der Platte

geführt wurde, erfolgte die Befestigung der Platte. Die endgültige Fixierung wurde durch

Hintergießen der Platte mit einem feuerfesten Beton erreicht. In den Anlagen in Italien wurden

über einen Zeitraum von zwei Jahren und in Dänemark über 18 Monate keine Schäden

festgestellt. Jedoch wurde nach Ablauf dieser Zeit bei allen Anlagen in denen diese erste

Plattengeneration eingebaut wurde, Risse im Bereich der rechteckigen Öffnung in der Platte

festgestellt.

Bild 12: Keramischer SiSiC Schließriegel

Durchgeführte Wärmespannungsberechnungen zeigten, dass enge Kurvenradien in den

Ecken der rechteckigen Öffnungen zu klein gewählt waren. Die Ursache für die Rissbildung

waren hier in erster Linie thermische Überlastungen.

Defekte in der Matrix der Platte waren nicht festzustellen. Auch Infiltrationen von Alkalien in

das Hinterfüllmaterial waren nicht festzustellen.

Im Bild 13 ist ein makroskopischer Schnitt durch ein SiSiC-Bauteil mit Hinterfüllmasse

dargestellt. Das Bauteil war 12 Monate in einer Müllverbrennungsanlage in Betrieb.

Einlagerungen sind in beiden Materialien nicht feststellbar. Es ist eine sehr gute Verbindung

zwischen dem SiSiC-Bauteil und der Hinterfüllmasse vorhanden. Eine Abspaltung infolge von

möglichen unterschiedlichen Wärmedehnungen ist nicht feststellbar.

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Bild 13: SiSiC Bauteil mit SiC-haltiger Verfüllmasse.

Diese Erkenntnisse führten zu einer konstruktiven Anpassung der Halterung der Platte.

Entwickelt wurden zwei Befestigungsvarianten:

- zentrale Befestigung in der Mitte der Platte

- Befestigung an den Seiten der Platten

Beide Systeme sind im Bild 14 dargestellt. Auf der linken Seite sind die Platten mit einer

zentralen keramischen Mutter in der Mitte befestigt. Auf der rechten Seite werden die Platten

jeweils links und rechts mit der keramischen Mutter gehalten. Ziel der seitlichen Halterung war

es im Falle des Versagens einer keramischen Mutter eine „Reservemutter“ zur Sicherheit zur

Verfügung zu haben.

Diese beiden Systeme wurden bisher in Anlagen in Deutschland und Schweden installiert.

Die Überprüfung der Lebensdauer ist derzeit noch nicht abgeschlossen. Die Laufzeiten

betragen momentan zwischen 15 und 6 Monaten.

Derzeit wird von dem Konzept der seitlichen Befestigung der Platten Abstand genommen, da

bei der Montage die Abdichtung der seitlichen Plattenränder zum Einfüllen der

selbstverdichtenden Hinterfüllmasse technisch nur sehr aufwändig gelöst werden konnte.

Ferner war kein Versagen der keramischen Mutter festzustellen.

SiC-haltige Hinterfüllmasse

SiSiC-Platte

SiC-Körner 8 mm

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Bild 14 SiSiC-Plattensystem mit seitlicher und zentrischer Befestigung

Bild 15 zeigt den Montagezustand einer Platte mit zentrischer Befestigung. Zu beachten sind

die keramischen Abstandhalter. Mit diesen Abstandhaltern wird der Spalt zwischen

Rohrscheitel und Platte exakt eingestellt, in diesem Fall 8 mm. Die Abstandhalter sind nicht

mit der Platte keramisch verbunden. Sie werden auf die Rückseiten geklebt. Diese „lose

Verbindung“ wurde bewusst technisch gewählt. So wird vermieden, dass Spannungsrisse in

der Platte entstehen, wenn sich die Platte gegen das Hinterfüllmaterial bewegt. Ein weiterer

Vorteil besteht in der Montage. Eventuell in Höhe der Abstandhalter verlaufende

Schweißnähte, die ein exaktes montieren erschweren, können so umgangen werden, indem

die Abstandshalter auf eine andere Position geklebt werden.

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Bild 15: Montagebild eines SiSiC-Plattensystems

Im Bild 16 ist eine SiSiC-Auskleidung nach einer 12-monatigen Betriebszeit abgebildet. Die

Fläche wurde nicht gereinigt.

Deutlich sind die seitlich angebrachten SiSiC-Schrauben sowie die Umrisse der Platten zu

erkennen. Schäden sind hier nicht feststellbar. Eine Überprüfung der metallischen

Gewindestifte auf Korrosionsansätze ergab, dass sich der Schutz der metallischen

Gewindebolzen durch die keramischen Muttern sehr gut bewährt hat. Die Gewinde zeigen

keinerlei Korrosionsspuren. Auch sind keine Einlagerungsspuren jedweder

Schadkomponenten hinter den Platten festzustellen.

Analysen zum Nachweis der Alkalikondensation auf der Oberfläche der Platte werden derzeit

durchgeführt. Zur Drucklegung dieses Vortrages lagen die Ergebnisse noch nicht vor.

Rohrwand

Abstandhalter

Selbstverdichtende Hinterfüllmasse

SiSiC-Platten

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Bild 16: Rohrwand nach 12-monatigem Betrieb

7. Zusammenfassung

Ziel eines jeden Schutzssystemes für Feuerräume in Biomasseanlagen ist die Verhinderung

von Rohrschäden durch chemisch-korrosiven, und abrasiven Verschleiß. Des Weiteren sollen

Anbackungen und Verklebungen von Partikeln aus der Asche auf der Rohroberfläche und

damit Verschmutzungen verhindert werden, die mit einer Minderung des thermischen

Wirkungsgrades einhergehen.

Einige dieser vorstehenden Probleme können mit herkömmlichen feuerfesten

Auskleidungssystemen verschiedenster Art wie monolithischen Auskleidungen auf der Basis

von Siliciumcarbid oder Aluminiumoxid oder Wandverkleidungen aus Steinen oder Platten

minimiert werden. Die optimale Lösung bietet das hier vorgestellte SiSiC-

Dünnschichtplattensystem.

Dieses völlig neue Verkleidungssystem schützt Rohrwände in Anlagen der Biomasse und der

Müllverbrennung besser vor Rohrschäden, die durch chemisch-korrosiven, und abrasiven

Verschleiß ausgelöst werden, als konventionelle feuerfeste Systeme. Weiterhin wird ein

Verschmutzen von Wandflächen durch Anlagerung von Aschen durch die

Schlackeabweisende Wirkung des SiSiC weitgehend vermindert. Dieser Schutz wird unter

Nutzung der chemischen-, physikalischen Vorgänge in der Verbrennungszone und den

positiven Eigenschaften des Werkstoffes SiSiC, erreicht.

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Dieses neue SiSiC-Plattensystem hat für die Statik des Kessels den Vorteil der

Gewichtsreduzierung der feuerfesten Materialien um ca. 75% gegenüber konventionellen

Auskleidungen.

Infolge kurzer Verankerungsbolzen für die Platten werden diese soweit gekühlt, dass die

Bolzen im optimalen Temperaturbereich, zwischen 190°C und 350°C, dem Bereich der

minimalsten Korrosion betrieben werden. Durch die porenfreie keramische

Befestigungsmutter wird der Bolzen zu 70% gasdicht eingeschlossen.

Die hohe Wärmeleitfähigkeit der Platte ermöglicht eine hohe Wärmeübertragungsrate. Infolge

dieser hohen Wärmeübertragung wird die feuerraumseitige Temperatur Plattenoberfläche um

ca. 150°C gesenkt. Dies hat folgende Vorteile:

Die Oberfläche der feuerfesten Auskleidung wird geringer thermisch belastet

als bei herkömmlichen Auskleidungen, dadurch wird eine höhere Lebensdauer

der Auskleidung erreicht.

Infolge des geringen Temperaturgefälles zwischen Rohrwand und

Feuerraumseitiger Plattentemperatur entstehen geringere Belastungen

innerhalb des Auskleidungssystems, die durch Wärmespannungen ausgelöst

werden.

Der Verankerungsbolzen wird im Bereich minimalster Korrosionsraten

betrieben, da er weitgehend durch die Rohrwand gekühlt wird.

Der Bolzen wird im „heißen“ Bereich durch die keramische SiSiC-

Verschraubung vollständig gasdicht ummantelt.

Alkalien kondensieren außerhalb der Platte auf deren Oberfläche und können

keine Schäden an der Platte bzw. der Auskleidung anrichten.

Das neue SiSiC-Plattensystem trägt dazu bei, Biomasseverbrennungsanlagen mit hohem

thermischem Wirkungsgrad zu betreiben. Weiterhin werden die Kosten für

Reparaturmaßnahmen an Rohrwänden und feuerfesten Auskleidungssystemen minimiert.

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8. Literatur

/1/ Dr. Morgenstern, Uwe

Dünne Wandverkleidungen –Eine Maßnahme gegen Alkalibursting-

2004, VGB Tagung in Mannheim

/2/ Dr. Morgenstern, Uwe

Ist teuer wirklich besser oder welche Faktoren beeinflussen die Lebensdauer

einer Auskleidung aus Siliziumkarbid

2006 Calderys Fachtagung in Frankfurt

/3/ Dr. Morgenstern, Symanek, Schmidt

SiC als Hochleistungswerkstoff in Dampferzeugeranlagen von der Schmelzkammer

bis zur Biomasseanlage

2006, VGB Fachtagung in Würzburg

/4/ Gwosdek, Rainer

Minderung des Alkaligehaltes von Rauchgasen bei Temperaturen über 1000°C

VDI Fortschritt-Berichte, Reihe 15 Umwelttechnik, Nr. 131