Feuerfeste Spezialmassen für. Ersatzbrennstoff-, Biomasse- und Verbrennungsanlagen. - das Dünnschicht SiSiC-Plattensystem -

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1 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 chemischkorrosiver 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. Seite 1 von 18

2 Korrosionsrate [%] [%] 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 Elektrochemische Korrosion Optimaler Betriebsbereich für Anker Korrosion durch Chloride/Sulfate und deren Verbindungen Temperatur [ C] Korrosion durch Alkali-Verbindungen und durch Schwefelkorrosion 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 C Feuerraumtemperatur liegen alle Alkalien in gasförmiger Form im Rauchgas vor. Die Oberflächentemperatur der Auskleidung beträgt ca C bei einer Oberflächentemperatur der metallischen Rohrwand von ca. 300 C. Seite 2 von 18

3 1000 C Rohrwand 300 C Gaskanäle Brennraumtemperatur 1400 C Pore 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. Bild 3: Durch Alkalieinlagerungen geschädigte feuerfeste Auskleidung. Seite 3 von 18

4 70mm 25mm 41mm 18mm Dr. Uwe Morgenstern 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. 140% monolithische Auskleidung Plattensysteme 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% KERAPLAN SIC-V-85-E KERAPLAN SIC-SF-60-LC KERABRICK SiSiC KERABRICK NSIC 80 NA Bild 4: Prozentuale Änderung der Wärmeübertragung unterschiedlicher Wandverkleidungssysteme. Seite 4 von 18

5 25mm 18mm 41mm 70mm Dr. Uwe Morgenstern 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 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. 160% monolithische Auskleidung Plattensysteme 140% 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% KERAPLAN SIC-V-85-E KERAPLAN SIC-SF-60-LC KERABRICK SiSiC KERABRICK NSIC 80 NA Bild 5: Prozentualer Oberflächentemperaturunterschied unterschiedlicher Wandverkleidungssysteme. Seite 5 von 18

6 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 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 C bis C erfolgt die Reaktion zu SiSiC. Dieser Werkstoff hat folgende Vorteile: keine messbare Porosität Einsatzbereich bis C hohe Abrassionsbeständigkeit hohe mechanische Festigkeit hohe Temperaturwechselbeständigkeit hohe Korrosionsbeständigkeit Seite 6 von 18

7 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 SiC (Oxy-) Hochleistungs Ni-Alloy gebunden Nitride SiSiC Inconel 625 gebunden Siliciumreaktionsgebunden Rohdichte g/cm^3 2,6 2,65 3,05-3,10 8,4 Wasserabsorption -% < 0,1 0 Phasenzusammensetzung Vol% SiC: 90 SiC:78 SiC: Ni- alloy mit Oxyde 10 Si3N4/SiN2O2: Simet: Cr20Mo8Ta3 M.O.R. 4-Point, 20 C MPa M.O.R. 3-Point, 1300 C MPa Wärmeleitfähigkeit 200 C* W/(mK) Wärmeleitfähigkeit 1200 C* W/(mK) (600 C) CTE C 10^- 6K^-1 4,7 5,0 4,3 17,3 GPa Temp. Schock Sehr gut Sehr gut Sehr gut Beständigkeit Maximale C ca Ca ca Anwendungstemperatur ** Tabelle 1: Eigenschaftsvergleich unterschiedlicher feuerfester Systeme Seite 7 von 18

8 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 Seite 8 von 18

9 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. SiC Poren Freies Si Si3N4 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. Seite 9 von 18

10 SiC met. Si 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 Seite 10 von 18

11 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. 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 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 Seite 11 von 18

12 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. Seite 12 von 18

13 SiSiC-Platte SiC-haltige Hinterfüllmasse 8 mm SiC-Körner 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. Seite 13 von 18

14 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. Seite 14 von 18

15 Rohrwand Abstandhalter SiSiC-Platten Selbstverdichtende Hinterfüllmasse 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. Seite 15 von 18

16 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. Seite 16 von 18

17 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. Seite 17 von 18

18 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 Seite 18 von 18