Verschleiß von SiC-Werkstoffen in Müllverbrennungsanlagen

Kurzfassung

In den wohl meisten Fällen werden rostgefeuerte Kessel zur thermischen Nutzung von Abfällen, Biomassen und Ersatzbrennstoffen (EBS) mit siliciumnitridgebundenen Siliciumcarbid-Platten ausgekleidet. Zum einen hat dies wärmetechnische Gründe zum anderen weisen diese feuerfesten Systeme im Vergleich zu anderen Feuerfestmaterialen in der Regel höhere Standzeiten auf. Allerdings unterliegen auch die SiC-Materialien auf Grund der heterogenen und stark korrosiven Brennstoffe einem thermischen und korrosiven Verschleiß. Hochkalorische Brennstoffe in Verbindung mit bestimmten Aschezusammensetzungen ziehen Schlackefluss nach sich, was meist zu partiellen Auswaschungen an den SiC-Platten führt. In Kesseln, in denen aus konstruktiven Gründen höhere Rauchgastemperaturen auftreten, kann bedingt durch erhöhten Schlackefluss das gesamte Feuerfestsystem versagen. Stark heterogene Brennstoffe insbesondere mit stark wechselnden Wasseranteilen verursachen in bestimmten Zonen der FF-Auskleidung Temperaturwechselrisse in den Platten, die sich dann in Folge von der Kesselwand lösen. Alkali- und Erdalkalichloride aus den Rauchgasen reagieren in komplexer Weise mit der Bindematrix der SiC-Platten. Diese Materialveränderungen führen dann meist zum Reißen und Herabfallen der Platten. Die hier beschriebenen erhöhten Beanspruchungen treten in der Regel bei erhöhten Materialtemperaturen auf, wenn durch Temperaturwechselbeanspruchungen Spalte zwischen der Rohrwand und der feuerfesten Auskleidung entstehen.

Abstract

Boilers for waste incineration, biomass and refused derived fuel (RDF) are usually lined with silicon nitride bonded silicon carbide tiles. Beside thermotechnical aspects there are corrosion protection reasons for their application. These refractory systems generally have a longer lifetime compared to other refractory materials. However, the SiC-materials are exposed to thermal and corrosive wear due to heterogeneous and highly corrosive fuels. High calorific fuels in conjunction with certain ash compositions result in slag flow, which usually causes partial material losses on the SiC tiles. In boilers which were designed for higher flue gas temperatures, the entire refractory system may fail due to increased slag flow. Highly heterogeneous fuels, in particular showing high water content fluctuations cause thermal fatigue cracking of the tiles in certain zones of the refractory lining. Subsequently the cracked tiles may separate from the boiler wall. Potassium, sodium and calcium chlorides formed in the flue gases react in a complex manner with the binding matrix of the SiC tiles. These material degradations then usually lead to tile cracking and in consequence to a breakdown of the refractory system. These severe loading conditions generally occur at elevated material temperatures, when high thermal fatigue overloading causes gaps between the boiler wall and the refractory system.