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Entwicklung elektrochemischer Korrosionsmesssysteme für den industriellen Einsatz in Kraftwerksanlagen

Langen, Josef :
Entwicklung elektrochemischer Korrosionsmesssysteme für den industriellen Einsatz in Kraftwerksanlagen.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2018)

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Dissertation Josef Langen final 180210.pdf - Accepted Version
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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Entwicklung elektrochemischer Korrosionsmesssysteme für den industriellen Einsatz in Kraftwerksanlagen
Language: German
Abstract:

Aufgrund der zunehmenden Schwankungen des Stromangebots durch den Ausbau erneuerbarer Energien steigen die Anforderungen konventioneller Kraftwerksanlagen hinsichtlich der Lastflexibilität. Zudem sind häufige Anpassungen des Anlagenbetriebes infolge wechselnder Brennstoffqualitäten oder der Zufeuerung von Ersatzbrennstoffen erforderlich. Kraftwerksanlagen sind daher ständig wechselnden Belastungen ausgesetzt, welche sich auf die Korrosion der Anlagenkomponenten auswirken. Durch eine zeitaufgelöste Erfassung der Korrosionsgeschwindigkeit kann der Einfluss sich ändernder Betriebsbedingungen auf die feuerungsseitige Hochtemperaturkorrosion beurteilt werden. Ursächliche Gründe für erhöhte Korrosionsgeschwindigkeiten können somit leichter gefunden und gezielte Gegenmaßnahen eingeleitet werden. Schäden durch Hochtemperaturkorrosion werden in Kraftwerksanlagen hauptsächlich durch schwefel- und chlorhaltige Brennstoffbestandteile hervorgerufen, welche mit den Rohrwerkstoffen der Dampferzeuger reagieren. Dabei handelt es sich um elektrochemische Reaktionen, was den Einsatz elektrochemischer Messverfahren zur Bestimmung der Korrosionsgeschwindigkeit erlaubt. Hierfür wurden Korrosionsmesssonden entwickelt, mit denen die Korrosionsgeschwindigkeit im Verdampferbereich von Kraftwerksanlagen erfasst werden kann. Der Fokus lag hierbei auf die Entwicklung einer passiv gekühlten Korrosionsmesssonde, mit welcher der technische Aufwand der Korrosionsmessungen minimiert werden konnte. Zur Qualifizierung der Korrosionsmesssonden für den Kraftwerkseinsatz wurden zunächst Messungen in Technikumsanlagen durchgeführt, bei denen Versuche mit synthetischen Rauchgasen und verschiedenen Belägen erfolgten. Hier konnte der Korrosionsangriff aus der Gasphase und aus der festen Belagsphase gemessen werden. Dabei ließen sich kleinskalige Effekte, wie das Deckschichtwachstum von Korrosionsprodukten, erfassen. Zudem zeigten die Versuche eine sehr gute Reproduzierbarkeit. Abschließend wurden Korrosionsmessungen in steinkohlegefeuerten Kraftwerksanlagen durchgeführt, bei denen der Einfluss verschiedener Betriebsparameter auf die Korrosionsgeschwindigkeit in qualitativer und semiquantitativer Weise erfasst werden konnte. Hier konnten Änderungen der Betriebsweise, wie das Absenken der Luftzahl oder Justierung der Brenner, als ursächliche Gründe für erhöhte Korrosionsgeschwindigkeiten gefunden werden. Die Funktion der Korrosionsmesssonden in Kraftwerksanlagen konnte somit ebenfalls bestätigt werden.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Thermal power plants are operated more and more load flexible caused by the fluctuating electricity supply of renewable energies. Furthermore, the plant operation has to be adapted to changing fuel qualities or co-combustion of secondary fuels like biomass, waste or sewage sludge. These changing operating modes affect the corrosion behavior of the plant components. The effect of changing operating modes on the corrosion behavior can be determined time resolved by electrochemical corrosion measurements. By this causal reasons of increased corrosion rates can be determined more accurately and focused countermeasures can be applied. In power plants, high temperature corrosion is primarily caused by sulphurous or chlorous fuel contents, which cause electrochemical reactions with the metal of the boiler tubes. These electrochemical reactions enable the application of electrochemical measurement techniques to determine the corrosion rate. Therefore, corrosion measuring probes were developed to measure the corrosion rate at evaporator walls of thermal power plants. Here, the focus was on the development of a passively cooled corrosion measuring probe to minimize the technical effort. Previous lab-scale investigations were performed to qualify the measuring probes for the application in power plants. Therefore, corrosion measurements were performed with synthetic flue gas and different corrosive deposits. Here, the corrosion attack from the gas phase and from the solid phase could be detected. The measurements show a high resolution of the corrosion rate, e.g. small-scale effects like the layer growth of the corrosion products could be detected. Furthermore, the measurements show a very good reproducibility. Additional corrosion measurements were performed in a hard coal-fired power plant. Here, the effect of various operating parameters on the corrosion rate could be monitored in a qualitative manner. By this, changing operating modes like changing air ratios or adjustments at burners could be determined as causal reasons for increased corrosion rates. This confirms the function of the corrosion measuring probes for industrial applications.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering > Institut für Energiesysteme und Energietechnik (EST)
Date Deposited: 18 Apr 2018 13:18
Last Modified: 18 Apr 2018 13:18
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-72977
Referees: Epple, Prof. Dr. Bernd and Oechsner, Prof. Dr. Matthias
Refereed: 8 November 2017
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/7297
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