Ist teuer wirklich besser. oder. Welche Faktoren beeinflussen die Lebensdauer. einer Auskleidung aus Siliziumcarbid (SIC)

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1 Ist teuer wirklich besser oder Welche Faktoren beeinflussen die Lebensdauer einer Auskleidung aus Siliziumcarbid (SIC) Dr. Uwe Morgenstern, Kurzfassung Siliziumcarbid (SIC) ist ein unverzichtbarer Hauptbestandteil von Verschleißschutzauskleidungen in Dampferzeugeranlagen. Die Reinheit des Rohstoffes SIC hat einen wesentlichen Einfluss auf die Lebensdauer des Verschleißschutzes. Im Folgenden wird kurz auf den Herstellprozess und die wesentlichen Qualitätsmerkmale von Roh-SIC eingegangen, welche die Kosten für den Rohstoff SIC ausmachen. Aufgezeigt wird der Einsatzbereich von SIC in Kraftwerken und in Müllverbrennungsanlagen. Hier wird der jeweilige spezielle Anwendungsfall beschrieben und auf Probleme eingegangen, welche die Haltbarkeit einer SIC-Auskleidung maßgeblich beeinflussen. 1. Einleitung Durch die weltweite Präsenz der und unserer hieraus resultierenden Kontakte zu Engineeringunternehmen, Betreibern von Kraftwerken, Müllverbrennungsanlagen aller Art und den verschiedenen Biomassefeuerungen, stehen wir in ständigem Dialog mit den jeweiligen Kesselspezialisten. Durch den stattfindenden Generationswechsel der Spezialisten bei den Kesselbetreibern haben wir häufig festgestellt, dass das Wissen über feuerfeste Auskleidungen in den Köpfen der Verantwortlichen nicht mehr so stark wie in der Vergangenheit üblich, ausgeprägt ist. Häufig wird mangels besseren Wissens auf eine nicht den jeweiligen Ansprüchen der Feuerung genügende Aus- 1

2 kleidung zurückgegriffen. Hierdurch wird die Schadenshäufigkeit zu kürzeren Betriebszyklen verschoben. Um hier eine gewisse Sensibilität bei den Betreibern zu wecken, wird hier über einen relativ alten und weit verbreiteten Werkstoff, das Siliziumcarbid berichtet. Dieses Material findet seit mehr als 30 Jahren in der Kraftwerksindustrie Verwendung, wurde oft als ersetzbar beschrieben, ist aber heute noch mit zunehmendem Einfluss am Markt vorhanden. 2. Rohstoff Siliziumcarbid (SiC) Siliziumcarbid kommt in der Natur äußerst selten und auch nur in geringen Mengen vor. Diese natürlichen Vorkommen haben keinerlei technische Bedeutung. Das technische Siliziumcarbid ist ein synthetisch hergestellter Rohstoff. Es wird in verschiedenen Reinheitsgraden für vielfältige Anwendungsgebiete hergestellt. Hauptanwendungsgebiete sind: Schleifmittelindustrie Farbenindustrie Technische Keramik Stahl- und Gussproduktion Die größten Anforderungen, bezogen auf chemische Reinheit und Kornform, werden von der "Technischen Keramik", gefolgt von einem Spezialsegment der Feuerfestindustrie, gestellt. Die wesentlichen physikalischen Kernwerte von SIC sind: Dichte: 3,21 g/cm³ Härte (Mohs): 9,5 9,75 (Diamant = 10) Zersetzung >2300 C Wärmekapazität (20 C) Wärmekapazität (1000 C) Wärmeleitfähigkeit (20 C) Wärmekapazität (1400 C) Aussehen: 0,67J/g K 1,27 J/g K 150 kj/m h K 54 kj/m h K grün, dunkel, schwarz Die wesentlichen Eigenschaften von SIC für Verbrennungsanlagen aller Art sind: 2

3 Mechanische Festigkeit SIC besitzt auf der Mohs Härteskala eine Härte von 9,5 9,75. Es liegt damit direkt unter dem Diamanten. Thermische Stabilität SIC hat keinen Schmelzpunkt Siliziumcarbid zersetzt sich in oxidierender Atmosphäre oberhalb von 2000 C. Hierbei werden gasförmiges Silizium und Kohlenstoff erzeugt, die direkt zu SiO 2 und CO 2 oxidiert werden. Bei Anwesenheit von Wasserdampf sinkt diese Temperatur bis auf 1000 C. Schlackeabweisende Wirkung Schmelzflüssige Schlacken können nicht in hoch SiC-haltige Auskleidungen eindiffundieren. Nach Abkühlen der Schlackeschmelze kann die erstarrte Schlacke von der SIC-Oberfläche abgehoben werden. Wärmeleitfähigkeit Hoch SiC-haltige Auskleidungen ermöglichen einen optimalen Transport von thermischer Energie in das Rohrsystem der Dampferzeuger. 2.1 Herstellung von Siliziumcarbid SIC wird aus einem Gemisch aus besonders reinem Quarzsand (Si0 2 ) und Petrolkoks (C), einem Rückstand aus der Erdölraffinerie in einem elektrischen Widerstandsofen nach dem Acheson- Prinzip hergestellt. Hierbei wird das Gemisch unter Luftabschluss auf eine Temperatur von etwa C erhitzt. Die Reaktion erfolgt in einer reduzierenden Atmosphäre gemäß folgender Formel: Si C SiC + 2 CO Es gibt zwei unterschiedliche Herstellungsverfahren, die nachfolgend aufgeführt werden. Acheson-Verfahren Technisch wird SIC heute noch im klassischen Schmelzofen hergestellt. Er unterscheidet sich nur geringfügig von dem 1894 patentrechtlich geschützten Prototyp. Charakteristisch ist ein rechteckiger Grundriss mit einer Länge bis zu 25 m. Die Schmalseiten sind mit teilweise oder vollständig mobilen Längswänden ausgerüstet. Die Ofenköpfe, in deren Mitte als Stromzuführung Kohlenstoffelektroden eingebaut sind, sind aus feuerfestem Material gegossen. Die Öfen stehen nebeneinander in langen Hallen und werden mit Hilfe von Krananlagen beschickt. Der Ofen wird mit der Reaktionsmischung aus Petrolkoks und Sand gefüllt. In der Mitte ist ein Widerstandskern aus Reingraphit eingearbeitet. Nach dem Einschalten des Stromes bildet sich um 3

4 den Heizkern bei 2500 C nach und nach das Siliziumcarbid. Kohlenmonoxid entsteht als Nebenprodukt und verbrennt unvollständig an der Oberfläche des Ofens. Die Verbrennungsgase ziehen durch Öffnungen im Hallendach ab. Nach Abschalten des Stroms werden die Seitenwände entfernt und die umgesetzte Reaktionsmischung abgeräumt. Die entstandene, mit Graphit gefüllte Siliziumcarbid-Walze, lässt man abkühlen und baut sie zur weiteren Aufbereitung aus. ESK-Verfahren Das klassische Acheson-Verfahren hat zwei gravierende Nachteile. Die Reaktionsgase, die im Wesentlichen aus Kohlenmonoxid bestehen, können nicht aufgefangen und genutzt werden. Sie verbrennen an der Oberfläche des Ofens nur unvollständig, so dass die Hallenabluft, die noch gewisse Anteile an CO und H 2 S enthält, die Umwelt belastet. Mit dem von ESK entwickelten Verfahren können diese Nachteile beseitigt werden. Nur der Widerstandskern ist wie beim Acheson- Verfahren noch horizontal ausgeführt, Bild 1. Der Strom gelangt über Bodenelektroden in den Widerstandskern. Die gesamte Ofenanlage steht im Freien, benötigt also keine Halle. Bild 1: SIC-Herstellung nach dem ESK-Verfahren Die Reaktionsmischung wird mit Hilfe von Radladern zu einem Hügel aufgeschüttet und mit einer Folie überdeckt. Die Reaktionsgase sammeln sich unter der Folie und blähen diese wie eine Traglufthalle auf. Das neben dem Siliziumcarbid gebildete Kohlenmonoxid wird teils durch den gasdurchlässig gehaltenen Boden, teils direkt unter der Folie abgesaugt. Die Gase werden entschwefelt (H 2 S) und in einem Kraftwerk verbrannt, wobei die elektrische Energie wieder dem Ofenprozess zugeführt wird. Der Graphitkern erhitzt nach Anlegen einer elektrischen Spannung die Reaktionsmischung im Kernbereich auf bis C. Die Reaktionszeit zur Herstellung beträgt ca. 1 Woche. Danach wird der Ofen etwa eine weitere Woche durch abwechselndes Besprühen von Wasser gekühlt. Durch schichtweises Abtragen der nicht reagierten Mischung wird die SIC-Walze freigelegt. Im Bild 2 ist eine entstandene SIC-Walze abgebildet. Die nicht reagierte Mischung ist bereits abgetragen worden. 4

5 Um den Graphitkern herum erfolgte die Bildung von SIC unterschiedlicher Reinheit. Im Bild 3 ist im Querschnitt dargestellt in welchen Zonen um den Graphitkern herum unterschiedliche SIC- Qualitäten gebildet wurden. Während einer Ofenreise, die beginnend mit dem Aufbau des Ofens, bei einem Ofengewicht von ca t, bis zum Trennen des gewonnenen Roh-SIC jeweils 4 Wochen dauert, werden etwa 300 t Roh-SIC hergestellt. Von diesen 300 t Roh-SIC sind ca. 180 t, bedingt durch die hohe chemische Reinheit, für die Bild 2: Roh-SIC-Walze Herstellung von SIC- Stampfmassen geeignet. Der Anteil von ca. 120 t wird für den metallurgischen Einsatz und für zementgebundene feuerfeste Produkte vorgesehen. Der nicht reagierte Teil wird für eine weitere Ofenreise verwendet. Der Aufwand an elektrischer Energie zur Herstellung von 1 kg hochwertigem Roh-SIC beträgt ca. 8 KWh. Metallurgisches SIC < 90% Graphitkern Kristallines SIC > 98% Kristallines SIC > 96% Bild 3: Roh-SIC-Walze vor dem Trennen nach unterschiedlichen Qualitäten 5

6 % Dr. Uwe Morgenstern 2.2 Chemische Reinheit der Rohstoffe Zur Herstellung von SiC-Stampfmassen sind chemisch hochreine Rohstoffe zu verwenden. In der Tabelle 1 sind die wesentlichen Bestandteile des Roh-SIC für verschiedene SIC-Gehalte dargestellt. Klasse % SIC % SiO B B2 Si % C % Fe B B2 BOB3 I 98,0-99,0 0,4 0,4 0,3 0,05 II 95,0-97,0 1,0 0,7 1,2 0,20 III 92,0-94,0 2,5 0,5 3,0 0,20 Tabelle 1: Typische chemische Analyse von SIC unterschiedlicher Qualität. Im Bild 4 ist grafisch ein Vergleich der Rohstoff-Gestehungskosten für die unterschiedlichen SIC- Qualitäten dargestellt. Ausgegangen wird mit Klasse I von einem hochwertigen, kubischen, gewaschenen SIC wie er für den Einsatz in Stampfmassen verwendet werden sollte. Dieser entspricht der Klasse I und wird als 100 % gewertet. Klasse II, die bereits minimale Verunreinigungen, insbesondere an Fe 2 O 3, enthält, hat einen um ca. 29 % geringeren Preis. Die SIC Klasse III hat bei einem geringeren SIC Gehalt von ca. 6 % im Korn einen Preisvorteil von mehr als 40 % im Vergleich zu einem hochwertigen SIC-Rohstoff (Bild 4) Kostenfaktor [%] ,0-99,0 95,0-97,0 92,0-94,0 SIC-Gehalt [%] Bild 4: Kostenvergleich unterschiedlicher SIC-Rohstoffqualitäten 6

7 2.3 Vorteile von chemisch reinem SIC Hauptziele der monolithischen Auskleidung sind Verschleißschutz Schlackeabweisende Wirkung hohe Wärmeübertragung Alkalibeständigkeit Um alle diese 4 Forderungen optimal zu erfüllen wird ein homogenes möglichst porenfreies feuerfestsystem benötigt. Ein optimaler Kornaufbau ist nur mit kubischen Körnern möglich, die in allen drei Dimensionen annähernd gleiche Abmessungen aufweisen. Dies ist nur bei einem SIC der Klasse I möglich. SIC der Klassen II + III bricht bei der Aufbereitung in längliche, Nadelförmige Körner. Mit diesen ist ein geordneter Kornaufbau nicht möglich. Wesentlich ist ebenfalls ein geringes Porenvolumen. Freie Anteile von Kohlenstoff verbrennen im späteren Betrieb und hinterlassen Poren. Freies Eisen reagiert mit dem Binder unter Bildung von Gas. Dies führt zu einem quellen des Materials, ähnlich wie bei einem Brotteig. Geringste Eisenanteile sind nur in einem SiC-der Klasse I, das chemisch gewaschen wurde möglich. Freie Anteile von metallischem Silicium (Si) durchlaufen während des späteren Einsatzes eine Oxidation zu SiO2. Dieser Vorgang läuft unter einer Volumenzunahme ab. In dessen Folge werden hohe innere Spannungen im Produkt aufgebaut, die sich in Abplatzungen entladen. Hohlräume im Produkt bilden die späteren Einlagerungszonen für Alkalien. Diese kondensieren bei 650 C bis 750 C aus dem Rauchgas und füllen vorhandenes freies Porenvolumen auf. Bei späteren Sekundarreaktionen mit den eingelagerten Alkalien folgen Volumenvergrößerungen. Diese haben Oberflächennahe Abschälungen zur Folge. 7

8 3. Einsatzgebiete und Lebenserwartung für Rohrwandauskleidungen 3.1 Schmelzkammerauskleidungen Vor über 40 Jahren wurden erste Erfahrungen mit SIC-haltigen Stampfmassen gewonnen. Diese phosphatgebundenen Produkte wurden speziell für Schmelzkammerfeuerungen entwickelt. Eine Schmelzkammerfeuerung zeichnet sich dadurch aus, dass in ihr ballastreiche Kohlen mit Ascheanteilen bis zu 50% verbrannt werden können. In der heutigen Zeit werden die Ballastanteile durch Sekundarbrennstoffe wie Klärschlamm, Tiermehl und speziell aufbereitete Energieträger aus dem Abfallwirtschaftskreislauf ersetzt. Die Verbrennung der Kohle erfolgt bei Temperaturen oberhalb von C. Die nichtbrennbaren Bild 5: Schmelzkammerfeuerung, KW-Staudinger Bestandteile werden aufgeschmolzen und fließen die Rohrwände herab in Richtung Schlackeaustrag, wo die schmelzflüssige Asche in einem Wasserbad granuliert wird. Die Fließtemperatur der Asche beträgt ca C. Zum Schutz der Kesselrohre und zum Übertragen großer Wärmemengen werden die Rohrwände mit einer säuregebundenen SIC-Auskleidung geschützt. Die Masse wird von ca Kesselstiften je m 2 gehalten. Diese Stifte dienen gleichzeitig der Kühlung der SIC-Auskleidung. Die Temperatur auf der Oberfläche der Auskleidung beträgt ca. 900 C. Die auf der Auskleidung herabfließende Schlacke erstarrt auf der Oberfläche der SIC- Auskleidung. Diese Schicht schützt das SIC vor einem Angriff der im Brennstoff vorhandenen hochaggressiven Alkalien. Die- Bild 6: Schlackefluss 8

9 se werden zum Teil mit der schmelzflüssigen Schlacke ausgetragen. Die Kombination von säuregebundenem Bindesystem und SIC hat eine schlackeabweisende Wirkung. Ein Diffundieren der Schlacke in die SIC-Auskleidung ist nicht möglich. Bei Verwendung anderer Bindesysteme wird die schlackeabweisende Wirkung teilweise aufgehoben. Deshalb haben sich nur säuregebundene SIC-Stampfmassen in diesem Feuerungstyp durchgesetzt. Versuche mit SIC-Plattensystemen wurden in verschiedenen Feuerungen, z.b. im heutigen E.ON Kraftwerk Knepper, durchgeführt. Die erreichten Standzeiten betrugen maximal 6 Monate. Das System Platte / Anker war nicht in der Lage den hohen thermischen Beanspruchungen zu entsprechen. Im Bild 7 sind neuzugestellte Fangrostköpfe dargestellt. Durch die hervorragende Formbarkeit der Stampfmassen sind auch schwierige Geometrien einfach zu verkleiden. Im Bild 8 ist die Decke und die Mittelwand einer Schmelzkammer nach ca. 3 Betriebsjahren dargestellt. Hier wurden in der Nähe der Deckenbrenner Sekundarbrennstoffe zugeführt, die große Alkalianteile enthielten. Eine Schädigung der Auskleidung war nicht festzustellen. Bild 7: Fangrostköpfe mit SIC-Auskleidung Bild 8: Brennkammerdecke mit Mittelwand Die permanent andauernde Weiterentwicklung dieser Massen hat heute in den Schmelzkammerfeuerungen eine extrem hohe Lebenserwartung erreicht. Zurzeit sind Standzeiten von 10 Jahren und länger keine Seltenheit. Die Revisionszyklen der Brennkammern konnten so im Laufe der letzten Jahre deutlich von 1 1,5 Jahren auf 3 Jahre verlängert werden. Auch nach dieser Zeit ist nur der Austausch von SIC-Flächen in hoch belasteten Anlagenteilen teilweise erforderlich. 9

10 Ein Potential für eine Minderung der Lebenserwartung ist in einem zu großen Wasseranteil in der Mischung zu finden. Erhöhte Wasseranteile vergrößern die Porosität, vermindern die Wärmeleitfähigkeit und bilden Möglichkeiten zur Kondensation von Alkalien. Abhilfe schafft hier nur eine intensive Bauüberwachung. Eine weitere Schadensmöglichkeit besteht bei der Trocknung der Masse durch vorhandene Ölbrenner. Erfolgt keine sofortige Zündung, kann unverbranntes Öl in die noch nicht gesinterte Masse eindringen. Geringe Anteile von Öl verhindern den nachfolgenden Sinterprozess. Das Material kann nicht aushärten und wird in kurzer Zeit während des Betriebes durch die Schlacke ausgetragen. Abhilfe schafft hier eine Verkleidung der neu zugestellten Rohrwände mit einer einfachen Holzverschalung wie sie im Bild 9 dargestellt ist. Die Verschalung verbrennt während der Inbetriebnahme. Fangroste können auf einfache Art mit Aluminiumfolie abgedeckt werden. Diese verbrennt auch bei der Aufheizung und Sinterung der Masse, ohne schädliche Einwirkungen auf die Festigkeit der Auskleidung zu nehmen. Bild 9: Holzverkleidung vor Rückwand Der vollständigkeitshalber sei hier erwähnt, dass auch in Wirbelschichtfeuerungen phosphatgebundene- und Low Cement- SIC-Massen wegen der guten Verschleißschutzeigenschaften und der hohen Wärmeleitfähigkeit in Bereichen der Feuerung eingesetzt werden, in denen infolge von abrasivem Angriff der Kohle- und Aschepartikel Rohrschäden zu erwarten sind. 3.2 Müllverwertungsanlagen Nach Etablierung der ersten kommunalen Müllverbrennungsanlagen, insbesondere nach dem konzeptionellen Umdenken und dem Übergang von der reinen Vernichtung von Müll zur Gewinnung von thermischer Energie aus dem Wertstoff Müll, wurde auch hier ein Hochleistungschutz für Rohrwände gesucht. Dieser sollte zum Einen die Rohre vor Abrasion schützen, gleichzeitig aber 10

11 den Wärmehaushalt im Kessel steuern. Das bedeutete, dass einerseits eine hohe Wärmeabfuhr in den Wasser/Dampfkreislauf gefordert wurde, andererseits aber auch durch die Wahl der Auskleidung die Kesseltemperaturen so eingestellt werden mussten, dass sie die Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben ermöglichten. Die Kesselbauart der Müllverbrennungsanlage ist vielfältig, hier wird nur exemplarisch in Bild 10 ein Schnitt durch einen Müllkessel dargestellt. Alle Kessel werden meist als Wanderrostkessel ausgelegt, wobei die Art des Transportes des brennenden Mülls durch zahlreiche unterschiedliche Bauarten der Roste erfolgt. Es werden aber auch Wirbelschichtfeuerungen am Markt angeboten. Bild 10: Schnitt durch einen Müllkessel Hinzu kam in jüngster Vergangenheit auch eine Veränderung der Müllqualität zu höheren Gehalten von Chlor und Alkalianteilen. Auch gegen diese Stoffe mussten die feuerfesten Auskleidungen möglichst resistent sein. Der notwendige Schritt war die Anpassung der Bindesysteme an die neuen höheren Beanspruchungen die durch die Veränderung der Brennstoffe an feuerfeste SiC-haltige Produkte gestellt werden. Diese Anpassung haben wir, die, vor einigen Jahren bereits eingeleitet. Keraplan hat seine Produkte dahingehend verbessert, dass sie dem heutigen Wissen um die Schadensentstehung durch Alkalien entsprechen. Produkte von Keraplan entsprechen seit langem den höchsten Anforderungen die an monolithische Produkte gestellt werden. - low cement technologie Durch den Einsatz feinster Bindemittel ist es gelungen den Zementanteil zu minimieren. Ein 11

12 wesentlicher Vorteil dieser LC-Produkte ist die niedrige Porosität. Weiterhin wurden unsere Produkte dahingehend verändert, dass sie mit niedrigsten Wassergehalten zugestellt und optimal verdichtet werden können. - Interne Selbstglasur Durch spezielle Zusätze durchlaufen unsere SIC-haltigen Produkte während der Trocknung einen Sinterprozess. Dieser hat zwei wesentliche Effekte, vorhandene Poren werden durch eine interne Selbstglasur verschlossen und die entstehende Schutzschicht ist resistent gegen den Angriff der kondensierenden Alkalien. - Externe Schutzschicht Wir verwenden in unseren SIC-haltigen Produkten hochreines Siliziumcarbid (SIC), dieses durchläuft oberhalb von 700 C eine Oxidation. SiC + 2 O 2 SiO 2 + CO 2 Diese Schicht, die in atomarer Stärke um das Korn aufgebaut wird, schützt das SIC-Korn vor weiterer Korrosion. Bei Anwesenheit von K 2 O aus der Verbrennung wird mit dem gebildeten SiO 2 eine weitere Schicht gebildet. SiO 2 + K 2 O K 2 SiO 3 Diese versiegelt die Oberfläche und verhindert weiteres Eindiffundieren von Alkalien. In heutigen modernen Müllverbrennungsanlagen werden folgende Systeme eingesetzt: Säuregebundene SIC-Stampfmassen Low Cement Massen unterschiedlicher SIC-Gehalte SIC-Plattensysteme unterschiedlicher Bindesysteme Bedingt durch die extrem hochleistungsfähigen Bindesysteme der Platten werden hier höhere Wärmeübergangszahlen erreicht als bei monolithischen Systemen. Dieser Vorteil wird durch die höhere Schichtdicke der Platten gegenüber der monolithischen Auskleidung geringfügig gemindert. In speziellen Anlagenteilen werden jedoch auch Andalusit-, Bauxit, und Aluminiumoxydhaltige Produkte eingesetzt, um den jeweiligen Gegebenheiten der Feuerung zu entsprechen. Die häufigste Schadensursache bei feuerfesten Produkten in Müllverbrennungsanlagen ist das Alkalibursting, hier werden je nach chemischer Zusammensetzung der Rauchgase unterschiedliche Schadensbilder induziert. Zum Einen werden die Zemente in den Bindephasen angegriffen und zersetzt, des Weiteren diffundieren Alkalien in die Auskleidung, kondensieren dort und durchlaufen Sekundarreaktionen die zu Volumenvergrößerungen führen. 12

13 Dies führt dann zu oberflächennahen Abschälungen der Auskleidung. Dieser Effekt ist nicht zu verhindern. Er kann nur zeitlich nach hinten geschoben werden. Hierfür haben die Hersteller sogenannte LC- und ULC- Massen entwickelt, die nur geringe Anteile von Zementen in der Bindematrix enthalten. So wird die Auflösung der Bindematrix minimiert. Auch ist der Einsatz von säuregebundenen Produkten, wie sie bei Bild 11: Abgeplatzte SIC-Scherbe durch Schmelzkammerfeuerungen verwendet werden, Einlagerung von Alkalien mit großem Erfolg durchgeführt worden. Bei allen monolithischen Lösungen, gleich welcher Zustelltechnik wie z.b. Stampfen, Gießen, Vibrieren, Selbsfließend oder Spritzen ist auf den Anteil der zugeführten Wassermenge zu achten. Erhöhte Wasseranteile führen zu vermehrten Poren, die zum Einen die Festigkeit der Auskleidung schwächen zum anderen auch mehr Volumen für eine mögliche Alkalikondensation zur Verfügung stellen. Bild 12 zeigt drei Fehler die bei der Installation einer säuregebundenen SIC-Masse gemacht wurden: Der erste Fehler war, dass die Masse in einer zu großen Schichtdicke aufgetragen wurde. Die Schichtdicke sollte 25 mm über Rohrscheitel betragen. Die Schicht wurde um 5 mm mehr aufgetragen. Diese 5 mm hatten keine ausreichende Kühlung und platzten infolge thermischer Überbeanspruchung ab. Unter der Abplatzung sind nun die keramischen Hütchen zu sehen die den Metallstift schützen und die Stampfmasse halten. Es kann davon ausgegangen werden, dass die Masse mit einem Bild 12: Schadhafte SIC-Auskleidung zu großen Wasseranteil angemischt wurde. Die Stampfmasse hat sich unterhalb der Hütchen von diesen gelöst. Es ist ein Spalt entstanden der bis zur Rohrwand reicht. Alkalien haben einen direkten Zugang zur Rohroberfläche, die unverzüglich durch Alkalikorrosion geschädigt wird. Der dritte Fehler war, dass die Oberfläche mit Profilhölzern geglättet wurde, um dem Kunden ein optisch hochwertiges Erscheinungsbild der Auskleidung zu suggerieren. Durch derartige Profilhölzer wird die Masse in Oberflächennähe mehrmals bewegt, wobei einzelne Körner in eine Rollbewegung versetzt werden. Dies kann zu weiteren Hohlräumen in Oberflächennähe der Auskleidung führen. 13

14 Bild 13 zeigt eine einwandfrei installierte SIC-Auskleidung, die keinerlei Fehler aufweist. Die Fläche wurde bündig bis Oberkante Hütchen installiert. Die Profilierung erfolgte von Hand. Es sind keine Fehlstellen festzustellen, die auf ein Eindringen von Alkalien in die Auskleidung hinweisen. Bild 13: SIC-Stampfmasse nach ca Betriebsstunden 4. Zusammenfassung Im Vorstehenden wurde ein Abriss über ca. 40 Jahre Erfahrungen mit SIC-haltigen feuerfesten Produkten gegeben. Diese Erfahrungen reichen von der ersten Generation der Schmelzkammerkessel über die Müllverbrennungsanlagen bis hin zu den neuen Biomasseanlagen, die zur Nutzung regenerativer Energien konzipiert wurden. Im Wesentlichen haben sich monolithische siliziumcarbidhaltige Produkte in allen Verbrennungsanlagen etabliert. Die Standzeiten, die diese Produkte in den verschiedenen Anlagentypen erreichen betragen je nach Belastung der Auskleidung zwischen Betriebsstunden. Die höchsten Standzeiten mit h werden mit Schmelzkammerfeuerungen erreicht. Hier liegen auch die längsten Betriebs- und Entwicklungserfahrungen vor. Bei den Müllverbrennungsanlagen werden derzeit kürzere Standzeiten von maximal h ermöglicht, bei den Biomasseanlagen ist eine konkrete Aussage über die maximale Standzeit noch nicht möglich da hier ausreichende Erfahrungen fehlen. Anlagentyp Standzeit Schmelzkammerfeuerung h h Müllverbrennungsanlage h h Biomasseverbrennung h -? Einige der wesentlichen Parameter, welche die Lebensdauer und die Herstellkosten einer Auskleidung beeinflussen wurden im Vorstehenden erläutert. Diese waren: 14

15 Qualität der SIC-Rohstoffe hochreine SIC-Körner ohne Verunreinigungen Bauüberwachung Kontrolle der Feuchtigkeitsgehalte bei der Verarbeitung Kontrolle der Verarbeitungsqualität Inbetriebnahme der Feuerung Schutz der Auskleidung vor Öltropfen bei der Inbetriebnahme, bevor eine Sinterung erfolgte Wenn die aufgeführten Punkte, welche die Herstellung einer Auskleidung kostenmäßig stark beeinflussen beachtet werden, wird Ihnen das Bild eines Rohrreißers, wie in nebenstehendem Bild gezeigt, durch Versagen einer feuerfesten Auskleidung versagt bleiben. Bild 14: Rohrschaden durch geschädigte SIC- Auskleidung Die größten Erfahrungen im Umgang mit siliziumcarbidhaltigen Massen wurden von den Betreibern der Kraftwerke gewonnen. Die konsequente Umsetzung und Anwendung dieser Erfahrungen in Bezug auf Brennstoffe und Feuerungsverhalten der Kraftwerke hat bei den Betreibern auch zu den größten Erfolgen geführt. Dieser Erfolg zeichnet sich aus in einer hohen Verfügbarkeit der Anlagen und spiegelt sich wider in den längsten Standzeiten von SIC-Auskleidungen in Schmelzkammerfeuerungen. 15