Einbindung von Alkalimetallen bei der Druckkohlensstaubfeuerung

  • Alkali Sorption in the Pressurized Pulverized Coal Combustion

Escobar Muñoz, Isabel Cristina; Schneider, Jochen (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2007)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2007

Kurzfassung

Die Druckkohlenstaubfeuerung (DKSF) ist ein Kohle gefeuertes GuD-Konzept, mit dem Wirkungsgrade > 50% erreicht werden können. Bei diesem Konzept wird das bei der Kohleverbrennung erzeugte Gas direkt auf die Gasturbine geleitet. Ein großes Problem sind die im Brenngas enthaltenen Alkalien, die in Verbindung mit Schwefel zu Hochtemperaturkorrosion an den Ni-Basislegierungen der Turbinenschaufeln führen können. Gemäß den Anforderungen der Turbinenhersteller soll die maximalle Alkalikonzentration im Heißgas unterhalb von 0,01 mg/m3 (i.N.) liegen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Alkalisorptionsverhalten von verschiedenen alumosilikatischen Gettermaterialien bei 1400°C untersucht. Die Sorptionsexperimente wurden mit Hilfe eines Durchflussreaktors mit eingebrachter Schüttung aus Sorptionsmaterial durchgeführt. Das Trägergas wurde mit NaCl bzw. KCl beladen. In dieser Form liegen im Wesentlichen die Alkalien bei der Kohleverbrennung vor. Zur Bestimmung der Alkalikonzentration im Heißgas hinter der Schüttung wurde ein Hochdruckmassenspektrometer (HDMS) verwendet. Auf diese Weise konnten geeignete Gettermaterialien für die Alkalieinbindung identifiziert werden. Die mit Alkalien beladenen Sorbentien wurden mit XRD, EDX, REM und ICP-OES charakterisiert. Damit wurden die Phasen, die sich bei der Alkalieinbindung bilden, sowie die maximale Alkalibeladung der Sorbentien festgestellt. Die Sorptionsexperimente zeigen, dass durch Einsatz von Alumosilikaten die Alkalikonzentration im Heißgas bei 1400°C auf Werte < 100 ppbVol (ca. 0,01 mg/m3, i.N.) reduziert werden kann. Der Mechanismus und die Kinetik der Alkalisorption wurden zusätzlich mittels Impedanzspektroskopie und Thermogravimetrie untersucht. Über thermodynamische Berechnungen wurden die unter Laborbedingungen erhaltenen Ergebnisse auf DKSF Bedingungen übertragen.

Einrichtungen

  • Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik [520000]
  • Lehrstuhl für Werkstoffchemie [521110]

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