TY - THES A1 - Hünert, Daniela T1 - Korrosionsprozesse und Aufkohlung von ferritisch-martensitischen Stählen in H2O-CO2 Atmosphären N2 - Ca. ein Viertel des in Deutschland emittierten CO2stammt aus fossil befeuerten Dampfkraftwerken, dessen Anteil es durch die Weiterentwicklung von CO2-Abtrennungstechnologien mit anschließender Speicherung in geologischen Formationen und durch die Gestaltung neuer CO2-armer Kraftwerksprozesse zu reduzieren gilt. Die hierzu in Deutschland laufenden Programme werden unter anderem innerhalb des COORETEC-Programms (CO2-Reduktions-Technologie-Programm) koordiniert [COR-04]. Allen CO2-Reduktionstechnologien ist gemein, dass die Erzeugung von speicherfähigem CO2 (Luftzerlegung zur Produktion von reinem Sauerstoff, der Separationsprozess von CO2 aus dem Rauchgas und das Komprimieren des CO2) energieaufwändig ist. Um eine CO2- Abtrennung aus den Rauchgasen und dessen Kompression wirtschaftlich zu machen, wird für kohlebefeuerte Kraftwerke eine Erhöhung des Wirkungsgrades der thermisch-elektrischen Energiewandlung angestrebt [KRA-06]. Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis der gewonnenen elektrischen Leistung zur Wärme, die aus der Verbrennung eines Brennstoffes entsteht [DUB-90]. Er lasst sich für Dampfkraftwerke unter anderem erhöhen durch die Anhebung der Dampfparameter (Druck und Temperatur). Derzeit liegen die Dampfparameter im Bereich von 600°C und 250 bar Druck [VIS-00][VIS-06] und sollen auf 720 °C Dampftemperatur und 350 bar Druck angehoben werden [COR-99]. Eine Erhöhung des Wirkungsgrades des Grundkraftwerks ohne CO2-Abscheidung von 50 % oder mehr wird angestrebt, um eine CO2-Speicherung technisch und wirtschaftlich möglich machen [COR- 04]. Ein Ziel sind Dampfkraftwerke mit Oxyfuel-Verbrennung, bei denen die Abtrennung von CO2 nach dem Verbrennungsprozess stattfindet (post-combustion) [VAT-08]. Die Kohle wird mit reinem Sauerstoff an Stelle von Luft zu einem kohlendioxidangereicherten Rauchgas umgesetzt, aus denen sich nach der Kondensation des Wassers, der Entschwefelung und der Entstickung je nach Stickstoffanteil des Brennstoffs ein kohlendioxidreiches Gas generieren lasst. Je nach Kohle und Vorbehandlung der Kohlen variiert der CO2-Gehalt am Verbrennungsraumausgang (Boiler) zwischen 50 und 70 Vol %. Der Wasseranteil beträgt 16-25 Vol % und der überschüssige Sauerstoff ändert sich im Bereich von 2,5 und 4,5 Vol % [KAs-08-1][ KAs-08-2][BOI-09][CAU-09][STR-09]. Das gleiche Verbrennungsgas entsteht wahrend der druckgeladenen Wirbelschichtfeuerung mit reinem Sauerstoff [HON-09]. Für die Korrosionsuntersuchungen in dieser Arbeit wurde eine Gaszusammensetzung von 70 mol % Kohlendioxid und 30 mol % Wasserdampf genutzt. Ein Schaubild der von Vattenfall im September 2008 in Betrieb genommenen Oxyfuel-Pilotanlage ist in Abbildung 1-1 zu sehen. Wichtige Komponenten sind der gesamte Dampfkreislauf mit Dampfturbine, die Luftzerlegungsanlage zur Erzeugung von reinem Sauerstoff und der Kessel, in dem die eigentliche Verbrennung stattfindet, sowie die Entstaubung und Entschwefelung [VAT-08]. Eine weitere effiziente Technologie mit CO2-Abscheidung stellt der IGCC-Prozess (Integrated Gasification Combustion Cycle) dar. Er gehört zu den pre-combustion-Technologien, bei denen die Abscheidung des CO2 vor der Verbrennung stattfindet. An dieser Stelle sei auf die umfangreiche Literatur hingewiesen, in der IGCC-Prozesstechnik thematisiert wird. Die Entwicklung und die Eigenschaften der Werkstoffe spielen bei Erhöhung der Wirkungsgrade in Oxyfuel-Kraftwerken eine bedeutende Rolle, da sie erhöhten Dampfparametern und veränderten Rauchgaszusammensetzungen widerstehen müssen. Heute werden die Dampferzeugerrohre und Dampf führende Rohrleitungen in konventionellen Kohle befeuerten Dampfkraftwerken aus kriechfesten und korrosionsbeständigen Materialien gefertigt, die unter Kraftwerksbedingungen eine Lebensdauer von 100 000 h erreichen sollen [HAH-04][VIS-00][VIS-06][FUJ-92][ENN-07-2]. In Abhängigkeit von der Belastung werden für die verschiedenen Komponenten im Kraftwerk unterschiedliche Werkstoffe eingesetzt, welche optimiert für die anliegenden Bedingungen sind. Der Kessel (Verbrennungsraum) besteht aus einem Rohrsystem, die Membranwände genannt werden. Diese werden in mit Luft befeuerten Kraftwerken aus niedrig legierten Stahlen wie z.B. 13CrMo44 und T24 gefertigt. Sie werden maximal Temperaturen bis 525 °C ausgesetzt [ASM-96][VIS-00]. Innerhalb des Verbrennungsraumes sind Überhitzerrohre angeordnet, in denen Wasserdampf überhitzt und unter Druck gesetzt wird. Für Überhitzerrohre werden kriechresistente ferritisch-martensitische Stähle genutzt, welche sich durch eine hohe Festigkeit, hohe Bruchzähigkeit, Schweißbarkeit und im Vergleich zu austenitischen Stahlen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten auszeichnen [BEN- 02][VIS-00][VIS-06]. Die höchsten Einsatztemperaturen liegen für die ferritisch-martensitischen Stähle in Abhängigkeit ihrer Kriechfestigkeit heute bei maximal 620°C [VIS-00][VIS-06]. Typische Vertreter gehören zur Gruppe der hochwarmfesten Stahle 9-12 % Chrom-Stahle (z.B. X20CrMoV12-1, T91, T92) [BUR-06]. Die Anhebung der Dampfparameter Druck und Temperatur in Kombination mit der veränderten Rauchgaszusammensetzung im Oxyfuel-Kraftwerk haben einen unbekannten Einfluss auf die in Kraftwerken typischerweise eingesetzten kriech- und korrosionsresistenten Werkstoffe. In der vorliegenden Arbeit werden entsprechend den beschriebenen Bedingungen Temperaturen zwischen 500 und 650 °C, Drucke von 1, 30 und 80 bar und eine Gaszusammensetzung von 30 mol % H2O und 70 mol % CO2 auf verschiedene Stahle angewendet. Die Einflüsse der genannten Parameter sind Gegenstand dieser Arbeit. T3 - BAM Dissertationsreihe - 61 KW - CO2-capture KW - carburization KW - corrosion KW - steel KW - power plant KW - Carbon-dioxide-steam PY - 2010 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-978 SN - 978-3-9813550-4-8 SN - 1613-4249 VL - 61 SP - 1 EP - 189 PB - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) CY - Berlin AN - OPUS4-97 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kranzmann, Axel A1 - Neddemeyer, Torsten A1 - Ruhl, Aki Sebastian A1 - Hünert, Daniela A1 - Bettge, Dirk A1 - Oder, Gabriele A1 - Saliwan Neumann, Romeo T1 - The challenge in understanding the corrosion mechanisms under oxyfuel combustion conditions N2 - Basic research on the corrosive effect of flue gases has been performed at the BAM Federal Institute for Materials Research and Testing (Germany). Conditions at both high and low temperatures were simulated in specially designed experiments. Carburization occured in flue gases with high CO2 content and temperatures higher than 500 °C. In SO2 containing flue gases sulphur was detected in the oxide scale. At lower temperatures no corrosion was observed when gases with low humidity were investigated. Humidity higher than 1500 ppm was corrosive and all steels with Cr contents lower than 12% revealed corroded surfaces. At low temperatures below 10 °C a mixture of sulphuric and nitric acid condensed on metal surfaces. Acid condensation caused severe corrosion. Humidity, CO2, O2, and SO2 contents are the important factors determining corrosion. Below 300 °C acid condensation is the primary reason for corrosion. Low humidity and low temperatures are conditions which can be expected in the CO2 separation and treatment process. This work includes major conditions of the flue gas and CO2 stream in CCS plants and CCS technology. KW - Coal KW - Oxyfuel power plant KW - Corrosion KW - Carburization KW - Sulphur KW - Sulphuric acid PY - 2011 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2011.05.029 SN - 1750-5836 VL - 5 IS - Supplement 1 SP - S168 EP - S178 PB - Elsevier CY - New York, NY [u.a.] AN - OPUS4-24705 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hünert, Daniela A1 - Schulz, Wencke A1 - Kranzmann, Axel T1 - Corrosion of steels in H2O-CO2 atmospheres between 500°C and 700°C T2 - 15th International Conference on the Properties of Water and Steam CY - Berlin, Germany DA - 2008-09-07 PY - 2008 AN - OPUS4-18051 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kranzmann, Axel A1 - Hünert, Daniela T1 - Influence of pressure and chromium content on corrosion reactions at 600 C in a CO2-H2O atmosphere T2 - NACE CORROSION 2008 Conference and Expo CY - New Orleans, LA, USA DA - 2008-03-16 PY - 2008 AN - OPUS4-16450 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Nofz, Marianne A1 - Sojref, Regine A1 - Dreßler, Martin A1 - Hünert, Daniela A1 - Dörfel, Ilona A1 - Saliwan Neumann, Romeo T1 - Sol-gel alumina coatings for high-temperature corrosion protection of Ni-base alloy SC16 in water vapour containing atmosphere N2 - Alumosols in combination with well dispersed corundum were successfully used to form up to 2.5 ìm thick coatings on the Ni-base alloy SC16. These coatings withstood heat treatments at 700 °C in a water vapour containing atmosphere. The heat treatment caused formation of delta-alumina in the coating and diffusion of chromium and titanium into the coating. KW - Alumina KW - Coating KW - Sol-gel KW - Corrosion KW - Protection PY - 2009 SN - 0020-5214 VL - 58 IS - 4 SP - 192 EP - 195 PB - DVS-Verl. CY - Düsseldorf AN - OPUS4-19726 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kranzmann, Axel A1 - Hünert, Daniela A1 - Rooch, Heidemarie A1 - Urban, Ingrid A1 - Schulz, Wencke A1 - Österle, Werner T1 - Reactions at the interface between steel and oxide scale in wet CO2 containing atmospheres N2 - The resistance of structural steels against corrosion in CO2-H2O and CO2-H2O-O2 atmospheres at temperatures above 550°C was observed with high magnification methods. The test atmosphere is the basic composition of an oxyfuel coal combustion atmosphere. The analytical information base was applied to develop reaction schemes for the oxidation of steels. It was demonstrated that the formation of phases and the kinetics of oxidation reactions in this atmospheres is affected by the formation of intermediate iron hydroxide and a high carbon activity. In the temperature regime above 550°C the thermal equilibrium between H2O, CO2 and Fe reacted and formed CO. CO triggers the formation of FeO and carbides and increases the reaction kinetics. Porosity at the interface is established by gaseous phases such as Fe(OH)2 or H2O. H2 formation is not limited to the steel - oxide interface but can occur in the whole oxide scale. Examples of the experimental results were compared with a thermodynamic approach. The objective of the work was to derive qualitative rules of the basic corrosion reactions. T2 - NACE International corrosion conference 2009 CY - Atlanta, Georgia, USA DA - 2009-03-22 KW - High temperature corrosion KW - Corrosion gases KW - Mild steels KW - 9-12% Cr-steels KW - Hydrogen transport KW - Oxyfuel combustion PY - 2009 SP - 1 EP - 10 (Paper 09265) AN - OPUS4-22334 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hünert, Daniela A1 - Schulz, Wencke A1 - Nitschke, Heike A1 - Saliwan Neumann, Romeo A1 - Oder, Gabriele A1 - Kranzmann, Axel T1 - Corrosion behaviour of ferritic and martensitic power plant steels under conditions of dual atmospheres N2 - The most efficient construction materials for boiler water walls and superheaters in steam power plants are ferritic and martensitic steels. In practical operation tubes are simultaneously exposed to combustion gas and air/steam on their opposite surfaces. The corrosion behaviour of ferritic-martensitic steels under such dual atmospheres is nondistinctive and has therefore been investigated in a special designed test equipment between 500 and 620°C. The power plant conditions were simulated wi th a flowing and pressurised (80 bar) combustion gas on the inner side of the tube which mainly consists of H2O and/or CO2. On the outer side, the tube material was exposed to air. It was discovered that under similar temperatures the oxides formed on the air side under dual atmosphere conditions were significantly different to the oxide scales formed when the alloy was exposed to air only. It is assumed that the anomalous corrosion behaviour during the dual atmosphere exposure is due to the hydrogen transport through the bulk alloy from the combustion gas side to the air side. T2 - NACE International corrosion conference 2009 CY - Atlanta, Georgia, USA DA - 2009-03-22 KW - High temperature corrosion KW - Dual atmosphere KW - Corrosive gases KW - Mild steels KW - 9-12% Cr-steels KW - Hydrogen transport PY - 2009 SP - 1 EP - 10 (Paper 09263) AN - OPUS4-22335 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hünert, Daniela A1 - Schulz, Wencke A1 - Nitschke, Heike A1 - Saliwan Neumann, Romeo A1 - Oder, Gabriele A1 - Kranzmann, Axel T1 - Corrosion behaviour of ferritic and martensitic power plant steels under conditions of dual atmospheres T2 - NACE 2009 CY - Atlanta, GA, USA DA - 2009-03-22 PY - 2009 AN - OPUS4-22713 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hünert, Daniela A1 - Schulz, Wencke A1 - Kranzmann, Axel T1 - Impact of hot CO2 rich gases on steels T2 - Clean Coal Conference (CCT) CY - Dresden, Germany DA - 2009-05-18 PY - 2009 AN - OPUS4-22714 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Hünert, Daniela A1 - Schulz, Wencke A1 - Kranzmann, Axel T1 - Corrosion behavior of ferritic and martensitic power plant steels under conditions of dual atmospheres N2 - The most efficient construction materials for boiler water walls and superheaters in steam power plants are ferritic and martensitic steels. In practical operation, tubes are exposed simultaneously to combustion gas and air/steam on their opposite surfaces. The corrosion behavior of ferritic-martensitic steels under such dual atmospheres is nondistinctive and has been investigated in a specially designed test equipment between 500°C and 620°C. The power plant conditions were simulated with a flowing and pressurized (80 bar) combustion gas on the inner side of the tube, which contains water (H2O) and carbon dioxide (CO2). On the outer side, tube material was exposed to air. Oxides that formed on the air side under dual atmosphere conditions were significantly different from the oxide scales formed when the alloy was exposed to air only. It is assumed that the anomalous corrosion behavior during the dual atmosphere exposure is due to hydrogen and carbon diffusion through the bulk alloy from the combustion gas side to the air side. Both species are produced when the material reacts with the gas phase. Because of its high diffusivity, hydrogen is thought to affect the corrosion process on the air side from the beginning of the corrosion exposure, whereas carbon reaches the opposite side after a considerably longer time period. KW - Chromium steels KW - Corrosive gases KW - Dual atmosphere KW - High-temperature corrosion KW - Hydrogen transport KW - Mild steel PY - 2010 SN - 0010-9312 SN - 1938-159X VL - 66 IS - 12 SP - 126001-1 - 126001-7 PB - National Association of Corrosion Engineers CY - Houston, Tex. AN - OPUS4-23217 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -