Corrosion mechanisms on a superheater tube of carbon steel in waste incineration plants

  • Korrosionsmechanismen auf Überhitzerrohren aus unlegiertem Stahl in Müllverbrennungsanlagen

Krumm, Ludmila; Krupp, Ulrich (Thesis advisor); Galetz, Mathias (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021, 2022)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021

Kurzfassung

Die Hochtemperatur-Korrosion in Kesseln und Feuerungen zählt zu den Korrosionsformen mit dem höchsten Werkstoffverbrauch. Hierbei wird angenommen, dass gasförmige chlorreiche Spezies wie Chlorwasserstoff oder Alkalichloride, die in der Verbrennungs-atmosphäre enthalten sind, die Hauptursache für die beschleunigte Korrosion an den Überhitzerrohren sind. Der genaue Mechanismus ist jedoch noch nicht vollständig geklärt. Ziel dieser Arbeit ist, zu einem besseren Verständnis der Korrosionsmechanismen in Müllverbrennungsanlagen (MVA) beizutragen. Zu diesem Zweck wurde ein Rückläuferrohr aus dem Werkstoff 16Mo3 (1.5415) genauestens untersucht. Neben einer Untersuchung des zugehörigen Querschliffs wurden die Ablagerungen sowie Korrosionsprodukte Schicht für Schicht analysiert. In Übereinstimmung mit vergleichbaren Literaturergebnissen wurde eine vielschichtige Korrosions-schicht mit dem Aufbau Substrat / Eisenchlorid / Eisensulfid / Magnetit / Hämatit gefunden. Außerdem wurde eine weitere Schicht bestehend aus kristallinen Eisenoxiden an der Grenzfläche zwischen Eisensulfid und Magnetit beobachtet. Um die vielfältigen Mechanismen, die zu dem beschriebenen Korrosionsschichtaufbauführen, zu identifizieren, wurden umfangreiche Laboruntersuchungen systematisch durchgeführt. Zunächst wurden einfache Bedingungen, bei denen nur der Einfluss der Atmosphäre auf die Korrosion berücksichtigt wurde, betrachtet. Dabei wurde von dem für MVA typischen Gasgemisch ausgegangen und dessen Komponenten schrittweise auf die für die Korrosion wesentlichen Bestandteile reduziert. Eine besondere Beachtung wurde hierbei dem Einfluss des Verhältnisses von Sauerstoff zu Chlor zuteil. Im nächsten Schritt wurde dann die Auswirkung der Beläge auf die Korrosionsmechanismen untersucht. Dazu gehört ein Vergleich der Schichtbildung und des Materialabtrags unter unterschiedlichen inerten Aluminiumoxid-Pulverbelägen verschiedener Partikelgrößen mit Auslagerungen in synthetischem Salz und in Anlagenbelag. Basierend auf den Ergebnissen dieser Arbeit wurde ein Modell ausgearbeitet, das die Korrosionsmechanismen auf einem Überhitzerrohr in einer Müllverbrennungsanlage beschreibt. Außerdem wurde das Verständnis zum Mechanismus der "Aktiven Oxidation" erweitert sowie ein entscheidender Angriff identifiziert, der die Schutzwirkung der Oxid-schicht herabsetzt.

Einrichtungen

  • Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik [520000]
  • Lehrstuhl für Werkstofftechnik der Metalle und Institut für Eisenhüttenkunde [522110]

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