Online-Monitoring von Korrosionsvorgängen in Biomasse-befeuertenAnlagen

Published 2013

Citation: Bernsteiner, C. Online-Monitoring von Korrosionsvorgängen in Biomasse-befeuertenAnlagen, Master Thesis, Technische Universität Graz, Graz, Austria, 2013.

Abstract

Für den ökonomisch und ökologisch effizienteren Betrieb von Dampfkesselanlagen ist die Untersuchung von Korrosionsvorgängen in Wärmetauschern, verursacht durch das Rauchgas aus einer Biomasse-Feuerung, notwendig. Daher wurden bei Bioenergy 2020+ kurzzeitige Korrosionsversuche im Umfang von 300h Betriebszeit an einem Wärmetauscherstahl 13CrMo4-5 mit einer ONLINE-Korrosionssonde der Firma Corrmoran GmbH für die Erstellung eines empirischen Korrosionsmodells durchgeführt. Als Brennstoffe dienten Waldhackgut, Weizenstrohpellets und Altholz. Die Messung benötigt eine Ionen leitende Deckschicht, die sich erst am Beginn des Versuchs aufbaut. Aufgrund der fehlenden Deckschicht wird daher zu Beginn der Messung der Korrosionsleitwert unterschätzt. Daraus ergeben sich systematische Messfehler. Ziel dieser Arbeit war die Eruierung des Zusammenhanges zwischen Messfehler und Versuchszeit. Dabei stellten sich zwei systematische Messfehler als relevant heraus: •Die Abzehrrate ist zum Korrosionsleitwert proportional. Daher wird die Abzehrrate während der Eingangsphase der Messung unterschätzt. •Die Abzehrrate berechnet sich aus dem Korrosionsleitwert, multipliziert mit einem Kalibrierungsfaktor. Dabei ergibt sich der Kalibrierungsfaktor aus dem Verhältnis des gesamten korrosionsbedingten Materialverlustes über die gesamte Versuchsdauer, dividiert durch den über denselben Zeitraum integrierten Korrosionsleitwert. Aufgrund des zu Beginn unterschätzten Korrosionsleitwertes wird der Kalibrierungsfaktor und somit die Abzehrrate, berechnet aus dem reproduzierbaren Signal, überschätzt. Die Literaturrecherche zeigte, dass die Kinetik bei der Hochtemperaturkorrosion bei konstant gehaltenen korrosionsrelevanten Parametern einen linearen, parabolischen oder paralinearen Verlauf einnehmen kann. Die kleinstmögliche Abzehrrate und somit der kleinstmögliche Korrosionsleitwert zu Beginn der Messung ergibt sich bei der Annahme eines linearen Verlaufs, welcher die möglicherweise erhöhten Abzehrraten der Initialkorrosion nicht mitberücksichtigt. Aus dieser Annahme konnte der kleinstmögliche Korrekturfaktor cmin berechnet werden. Dazu mussten die Daten bei konstant gehaltenen Parametern gefiltert und daraus der zeitlich integrierte Korrosionsleitwert PL,Messung gebildet werden. Das Verhältnis von PL,Messung mit einem über die gesamte Versuchszeit konstant angenommenen zeitlich integrierten Korrosionsleitwertes PL,linear ergibt den Korrekturfaktor, der multipliziert mit den ursprünglich bei gleichen Parametern bestimmten Abzehrraten eine neue Abzehrrate k(t)neu ergibt. Der Vergleich mit den Ergebnissen eines Langzeitversuches unter ähnlichen Betriebsbedingungen in einem Biomasse-Heizkraftwerk zeigte dadurch eine Verbesserung der Abweichung der Kurzzeitversuche von 125% auf 55%. Aufgrund der Parametervariationen sowie der Temperaturschwankungen, verursacht durch Ein- und Ausschaltvorgänge der Anlage, haben die bei konstanten Parametern bestimmten Korrekturfaktoren für die durchgeführten Versuche nur bedingt Gültigkeit. Daher wurde in einem weiteren Schritt ein Korrekturfaktor cmin,var bestimmt, welcher alle Daten der Versuchsserie berücksichtigt. Dazu wurde das Signal der Eingangsphase durch ein gleichlanges reproduzierbares Signal, gemessen unter denselben Bedingungen am Ende der Versuchsserien, ersetzt. Es ergibt sich aus dem Verhältnis der zeitlich integrierten Korrosionsleitwerte PL,Messung der Originalkurve zu PL,idealisiert des idealisierten Verlaufs der Korrekturfaktor cmin,var. Dieser hat aufgrund der Berücksichtigung aller gesammelten Daten für alle bei den Versuchen bestimmten Abzehrraten Gültigkeit. Durch cmin,var konnte eine Reduktion der Abweichung auf 110% erreicht werden. Diese wird auf die im Gegensatz zur Langzeitmessung im Biomasse-Heizkraftwerk unterschiedliche Versuchsmethode sowie auf den unbekannten Einfluss der möglicherweise erhöhten Abzehrraten der Initialkorrosion zurückgeführt.