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In Kohlekraftwerken mit Oxyfuel-Technologie erfolgt die Verbrennung unter Zufuhr von reinem Sauerstoff. Damit steht für die Abscheidung und Speicherung von CO2 ein Rauchgas mit hohem CO2-Anteil zur Verfügung (CCS-Technologie). Aufgrund dieses Verbrennungsprozesses ändert sich im Wesentlichen die Rauchgaszusammensetzung hin zu hohem H2O- und SO2 -Anteil. Deshalb wurden in verschiedenen Laboratorien kommerzielle Kraftwerksstähle unter den entsprechenden korrosiven Bedingungen getestet. Im Vergleich zur herkömmlichen Verbrennungsmethode zeigten die ferritisch-martensitischen Stähle schon nach 1000 h Auslagerungszeit unter Oxyfuel-Bedingungen eine durch einen deutlich erhöhten Materialverlust gekennzeichnete Korrosion. Eine Möglichkeit um dennoch die Lebensdauer dieser Stähle zu gewährleisten, besteht im Aufbringen geeigneter Schutzschichten auf die Stahloberfläche. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Herstellung und Bewertung von Sol-Gel-Aluminiumoxidschichten als Schutz vor Korrosion in Oxyfuel-Rauchgas-Atmosphäre. Diese wurden auf den warmfesten Stahl X20CrMoV12-1 (X20) mittels der Tauchmethode aufgebracht. Anschließend erfolgte eine Auslagerung der beschichteten Proben für 1000 h bei 600 °C in einer H2O-CO2-O2-SO2 -Atmosphäre.
Im Vergleich zum unbeschichteten Stahl X20 war der Materialverlust des beschichteten Stahls deutlich geringer. Insbesondere konnte durch die Aluminiumoxidschicht der Transport von CO2 und SO2 zur Stahloberfläche verhindert werden.
In Kohlekraftwerken mit Oxyfuel-Technologie erfolgt die Verbrennung unter Zufuhr von reinem Sauerstoff. Damit steht für die Abscheidung und Speicherung von CO2 ein Rauchgas mit hohem CO2-Anteil zur Verfügung (CCS-Technologie). Aufgrund dieses Verbrennungsprozesses ändert sich im Wesentlichen die Rauchgaszusammensetzung hin zu hohem H2O- und SO2 -Anteil. Deshalb wurden in verschiedenen Laboratorien kommerzielle Kraftwerksstähle unter den entsprechenden korrosiven Bedingungen getestet. Im Vergleich zur herkömmlichen Verbrennungsmethode zeigten die ferritisch-martensitischen Stähle schon nach 1000 h Auslagerungszeit unter Oxyfuel-Bedingungen eine durch einen deutlich erhöhten Materialverlust gekennzeichnete Korrosion. Eine Möglichkeit um dennoch die Lebensdauer dieser Stähle zu gewährleisten, besteht im Aufbringen geeigneter Schutzschichten auf die Stahloberfläche. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Herstellung und Bewertung von Sol-Gel-Aluminiumoxidschichten als Schutz vor Korrosion in Oxyfuel-Rauchgas-Atmosphäre. Diese wurden auf den warmfesten Stahl X20CrMoV12-1 (X20) mittels der Tauchmethode aufgebracht. Anschließend erfolgte eine Auslagerung der beschichteten Proben für 1000 h bei 600 °C in einer H2O-CO2-O2-SO2 -Atmosphäre.
Im Vergleich zum unbeschichteten Stahl X20 war der Materialverlust des beschichteten Stahls deutlich geringer. Insbesondere konnte durch die Aluminiumoxidschicht der Transport von CO2 und SO2 zur Stahloberfläche verhindert werden.
Comparative study on high temperature oxidation of T92 steel in dry and wet oxyfuel environments
(2015)
Fireside oxidation of T92 steel was studied after exposure times up to 1000 h in the temperature range of 580–650 °C in simulated dry (CO2–27 % N2–2 % O2–1 % SO2) and wet (CO2–20 % H2O–7 % N2–2 % O2–1 % SO2) oxyfuel environments. Water vapour addition to the oxyfuel gas substantially increased the oxidation rate. The oxide scales developed under wet environment contained more defects, resulting in higher access of oxidants to the substrate material and enhanced oxidation. In addition, the oxide scales had lower chromium enrichment in the inner layer as compared to that in the dry condition. The oxide scales consisted of hematite and magnetite in the outer layer and a mixture of (Fe, Cr)-spinel, sulphides and wustite in the inner layer. The sulphur distribution differed between the oxide scales developed in dry and wet oxyfuel environments. Sulphur was mainly concentrated in the inner layer and at the oxide/alloy interface. In contrast to the wet oxyfuel gas, very high sulphur concentration was measured in the inner oxide scale formed in the dry oxyfuel gas. Additionally, Fe-sulphide was formed at the interface of inner and outer oxide layer in the wet condition.
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.
Future coal power plants will in case of oxyfuel combustion be operated with altered atmospheres. Hence, corrosion attack might become more severe and steels have to be protected. An alumina-sol was used to coat X20CrMoV12-1 (X20) with alumina to test the protection. Testing was performed at 600 °C in flowing H2O–CO2–O2 and static laboratory air for 1000 h. Oxidation under air is minor compared to exposure in oxyfuel atmosphere. In both cases a multilayered oxide (hematite, magnetite, spinel) was formed on uncoated steels. Carburization appeared on uncoated X20 in H2O–CO2–O2. The coating demonstrates a high protection.