Untersuchungen zur Belagsbildung und Charakterisierung der Ascheablagerungen in steinkohlegefeuerten Kraftwerken

Bei der Verfeuerung fester Brennstoffe in Kraftwerken kann es durch Ascheablagerungen auf Heizflächen (Membranwände, Überhitzer, Zwischenüberhitzer, etc.) zur Verminderung des Wärmetransports und zu Betriebsstörungen und Schädigungen an Anlagenteilen kommen. Verantwortlich für diese Ablagerungen sind die mineralischen Bestandteile der Kohle, die beim Verbrennungsprozess zu schmelzflüssigen Phasen umgewandelt werden können. In einem Heizkraftwerk (730 MWth) wird für drei Steinkohlen das Verbrennungsverhalten im Hinblick auf Asche- und Belagsbildung sowie Belagscharakterisierung untersucht. Ein Schwerpunkt ist die Untersuchung des Belagaufbaus auf gekühlten und ungekühlten Depositionssonden. Mit der gekühlten Sonde wird die Initialschicht, die sich unmittelbar auf den Kesselrohren bildet, untersucht, während mit der ungekühlten Sonde eine Untersuchung im Hinblick auf die Deckschicht durchgeführt wird. Die Initialschichten zeigen für alle drei untersuchten Steinkohlen eine Anreicherung an Eisen im Vergleich zur Deckschicht und des Flugstaubes. Ursächlich für diese eisenreiche Grundschicht ist nach bisherigen Erkenntnissen das Mineral Pyrit. Neben den experimentellen und analytischen Untersuchungen werden mit der Software FactSage Gleichgewichtsberechnungen unter Berücksichtigung der im Brennstoff enthaltenen Mineralien (Pyrit, Illit, Kaolinit und Quarz) und der Analyse von Aschepartikeln unter oxidierenden und reduzierenden Verbrennungsbedingungen durch-geführt. Der Einfluss der Feuerraumatmosphäre auf das Ascheschmelzverhalten und die daraus hervorgehenden Ablagerungen wird mit diesen Berechnungen beurteilt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Ablagerung eines Aschepartikels erheblich durch die Partikelhistorie beeinflusst wird. Abgesehen von der Partikelzusammensetzung haben insbesondere die Temperatur und die jeweilige Atmosphäre, die ein Partikel auf seiner Flugbahn bis zum Auftreffen auf die Heizfläche durchläuft, großen Einfluss auf die Mineralumwandlung und das Anhaften des Partikels

Semi-Finished Material and Semi-Solid Forging of Sic Particle Reinforced Al-Mg Light Metal Matrix Composites – New Results on Process Development and Characterisation

Particle reinforced light metal matrix composites (MMC) were manufactured by thermal spraying of semi-finished material (atomisation and co-deposition of reinforcement particles and metal melt), followed by inductive reheating and semi-solid forging. The matrix alloy was Al Mg3, silicon carbide was used as particulate reinforcement. Semi-finished material processing was optimised regarding particle size and temperature distribution during material deposition in order to obtain a suitable microstructure for subsequent semi solid processing. Twin wire electric arc spraying with cored wires was applied, providing the matrix and reinforcement materials at the same time for simultaneous deposition. Process analysis was made by in-flight particle diagnostics. Semi-solid processing ability of the MMC material after thermal spraying was verified by manual deformation testing. Inductive reheating of the particle reinforced material was coupled with fast semi-solid forging by an axial press into a closed, plate-shaped die. Optical and Scanning Electron Microscopy showed some inhomogeneity in the SiC particle distribution. However, mechanical properties from tensile and 4-point bending experiments were encouraging