Untersuchungen zum Verschmutzungsverhalten rheinischer Braunkohlen in Kohledampferzeugern

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/Siund 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.