TY - THES A1 - Abang, Roger Atini T1 - Thermodynamic modeling and experimental investigations of high temperature corrosion and oxidation due to increased power plant cycling T1 - Thermodynamische Modellierung und experimentelle Untersuchungen der Hochtemperaturkorrosion und -oxidation aufgrund des erhöhten Lastwechsels von Kraftwerken N2 - With the rapid growth of renewable energy sources (RES) in the power generation mix in accordance with the German energy transition policy (‘Energiewende’), fewer baseload coal power plants will be required. Future power generation will be supplied through decentralized power utilities such as off-shore wind parks and also through high operational flexibility of existing conventional coal power units. High operational flexibility means conventional power plants have to increase cyclic operations to cope with feed-ins from variable-RES such as wind and solar. Unlike medium and peak load power plants that can react quickly to load changes and power ramps, baseload power plants are not suited for such operations. Important technical requirements for flexible operation include among others; frequent start-ups and shut-downs, a minimum downtime, shorter startup time and short operational periods. Baseload coal power plants however do not meet these requirements. This increased cyclic mode of operation can have severe impacts on vital power plant components such as superheater and reheater tubes resulting in high temperature cyclic oxidation/corrosion especially because these plants were not designed for frequent cyclic operations. To optimize plant operations, minimize material damage and reduce operational and maintenance cost, it is therefore important to understand the oxidation and corrosion risk to plants materials associated with this flexible mode of operation. In this context, thermochemical modeling in FactSage 6.4ᵀᴹ as well as experimental investigations were carried out. For the experimental investigations, five commercial coal boiler superheater and reheater materials, namely T91, VM12-SHC, TP347-HFG, DMV304 HCu and DMV310 N were exposed for 1000 hours under discontinuous isothermal oxidation conditions and 1000 hours thermo–cyclic oxidation conditions at a metal surface temperature of 650 °C. The synthetic corrosive flue gas consisted of a mixture of CO₂, O₂, SO₂, N₂ and H₂O. The test material samples were partly covered in fly ash to investigate the effect ash deposits on the corrosion and oxidation behavior of the test materials. After exposure metallographic analysis by means of light microscopy and scanning electron microscopy (LOM and SEM–EDS) were carried out to study the oxide morphology and micro–structural properties of the materials. The oxidation kinetics (weight change) results showed significant oxide growth rates (weight gain) under cyclic oxidation conditions especially in the martensitic alloys – T91, VM12-SHC. Furthermore, metallographic analysis revealed severe oxide spallation in the ash covered sections of these alloys. The austenitic materials (TP374-HFG, DMV310 N) with the exception of DMV304 HCu showed good oxidation behavior with minimal oxide growth both under isothermal and thermal cyclic conditions. However, severe grain boundary attack and internal sulphidation were found in these alloys. DMV310 N showed the best corrosion and oxidation performance. The thermochemical modeling calculations supported the experimental results. N2 - Bedingt durch die Zunahme der erneuerbaren Energien im Rahmen der Energiewende sind zunehmend weniger Großkraftwerke erforderlich. Zukünftig erfolgt die Bereitstellung der elektrischen Energie durch dezentrale Energieerzeuger, wie Offshore-Windparks, Solar-Parks sowie die in der Flexibilität gesteigerten konventionellen Kraftwerke. An ein konventionelles Kohlekraftwerk besteht zukünftig der Anspruch einer möglichst flexiblen Fahrweise und die Herausforderung, den bisherigen Dauerbetrieb unter Volllast auf einen Teilbetrieb mit wenigen Betriebsstunden unter Teillast absenken zu können. Für die nötige flexible Fahrweise sind, neben anderen Faktoren, eine kurze Anfahrdauer, kurze Einsatzzeiten, hochfrequente An- und Abfahrzyklen sowie minimale Stillstandzeiten sehr wichtige Kriterien, um die Betriebsweise dem schwankenden Bedarf optimal angleichen zu können. Diese Kriterien können bisher jedoch nur von Mittel- und Spitzenlastkraftwerken erfüllt werden. Durch die zunehmende Schwankungsbreite der Einspeisung von elektrischer Energie, in Folge des Ausbaus regenerativer Energieerzeugung und dem Abbau von Grundlastkraftwerken, sind zunehmend auch die verbleibenden Grundlastkraftwerke auf eine flexible Fahrweise angewiesen. Diese Betriebsweise führt in kohlebefeuerten Grundlastkraftwerken zur drastischen Verkürzung der Betriebszeiten durch schneller stattfindende Materialschädigungen, wie beispielsweise Hochtemperaturkorrosion und -oxidation. Um solche Anlagen bei Reduzierung der Betriebskosten für eine flexiblere Fahrweise zu optimieren, ist es notwendig das Korrosionsverhalten der Dampferzeugerwerkstoffe genauer zu untersuchen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden sowohl thermochemische Modellierungen in FactSageᵀᴹ 6.4 als auch experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Für die experimentellen Untersuchungen wurden fünf kommerzielle Stähle für den Einsatz in Dampferzeugern, Überhitzern und Zwischenüberhitzern ausgewählt (TP91, VM12-SHC, TP347-HFG, DMV304 HCu und DMV310 N). Diese wurden jeweils für 1000 Stunden unter isothermen sowie thermozyklischen Oxidationsbedingungen bei einer Temperatur von 650°C dem synthetischen Rauchgas ausgesetzt. Das korrosive Rauchgas bestand aus einer Mischung von CO₂, O₂, SO₂, N₂ und H₂O. Die Materialproben wurden zum Teil mit Flugasche bedeckt, um die Auswirkungen der Ascheablagerungen auf das Korrosionsund Oxidationsverhalten der Werkstoffe zu untersuchen. Die korrodierten Proben wurden licht- und rastereletronenmikroskopisch analysiert (LiMi und REM-EDX). Bei der Charakterisierung von Oxidschicht und Material wurden neben den morphologischen auch die mikrostrukturellen Eigenschaften untersucht. Bezüglich der Oxidationskinetik (Gewichtsänderungen) zeigten insbesondere die martensitischen Stähle (T91, VM12-SHC) unter thermozyklischen Bedingungen signifikante Oxidwachstumsraten (Gewichtszunahmen). Darüber hinaus konnten metallographische Analysen Oxidschichtabplatzungen in den mit Asche bedeckten Bereichen nachweisen. Hingegen wiesen die austenitischen Stähle (TP347-HFG, DMV310 N), mit Ausnahme von DMV304 HCu, sowohl unter isothermen als auch unter thermozyklischen Bedingungen ein gutes Oxidationsverhalten mit minimalem Oxidschichtwachstum auf. Dennoch konnten Korngrenzenangriffe sowie innere Sulfidbildungen in diesen Legierungen beobachtet werden. Von allen Stählen wies DMV310 N den höchsten Widerstand gegenüber Korrosion und Oxidation auf. Die thermochemische Modellierung bestätigte die experimentellen Ergebnisse. KW - Thermo-chemical modeling KW - Oxidation KW - High temperature corrosion KW - Cycling KW - Flexible generation KW - Oxidation KW - Hochtemperaturkorrosion KW - Lastwechsel KW - Flexible Kraftwerke KW - Thermochemische Modellierung KW - Kraftwerk KW - Hochtemperaturkorrosion KW - Lastwechselverhalten KW - Oxidation KW - Thermodynamik KW - Modellierung Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-40032 ER - TY - THES A1 - Berding, Jens T1 - Entwicklung eines wandlungsfähigen Pressensystems mit Servospindelantrieb T1 - Development of a versatile press system with servo spindle drives N2 - Unternehmen der Umformtechnik sehen sich vermehrt steigenden Anforderungen bei schwankenden Einflussfaktoren ausgesetzt. Für eine wirtschaftliche Fertigung sind Pressen erforderlich, die sich den steigenden Anforderungen und schwankenden Einflussfaktoren anpassen und mit möglichst hoher Produktivität, Qualität und Wirtschaftlichkeit eine breite Produktpalette fertigen können. Unter diesen Voraussetzungen bietet sich der Einsatz von kraftgebundenen Servospindelpressen an. Diese ermöglichen frei programmierbare Stößelbewegungsprofile und stellen die Nennkraft über den gesamten Stößelhub zur Verfügung. Allerdings erfüllen die bekannten Servospindelpressen die Forderung nach wandlungsfähigen Pressen, welche an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden, besonders die Änderung der Abfolge von Teilprozessen und der Austausch von Maschinenkomponenten, nur sehr eingeschränkt. Aus diesem Grund wird ein neuartiges wandelbares Pressensystem entwickelt. Dieses soll dem Anwender weitreichende Vorteile bringen: Die Nennkraft des Pressensystems wird auf mehrere, in Durchlaufrichtung der Teile frei positionierbare und miteinander koppelbare Pressenmodule mit eigenen Pressenantrieben und -stößeln aufgeteilt. Durch Servospindelantriebe werden prozessangepasste Stößelbewegungsprofile für einzelne Teilprozesse ermöglicht. Dies erlaubt eine wandelbare Anordnung von Teilprozessen, wodurch die Prozesskette skaliert werden kann. Unterstützt wird die Wandlungsfähigkeit des Pressensystems, indem es durch den Anwender erweitert werden kann und sich weitere Prozesse wie Schweißen, Löten oder Kleben integrieren lassen. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung des beschriebenen wandlungsfähigen Pressensystems mit Servospindelantrieb für die Komplettbearbeitung von kleinen Bauteilen. Grundlage bildet die Untersuchung des Standes der Pressentechnik und der Methoden der Produktentwicklung. Der Entwicklungsprozess wird in die Phasen Anforderungsfindung, Konzeptfindung und Entwurfsfindung gegliedert. Zur Überprüfung wird aus dem Entwurf ein Prototyp ausgearbeitet. Im Anschluss werden Maßnahmen zur Produktstrukturierung durchgeführt, aus denen die Weiterentwicklung des Entwurfes zu einer Typengruppe und einem Baukastensystem resultiert. Zum Abschluss wird das Pressensystem bewertet, sein Einsatzspektrum beschrieben und das Pressensystem innerhalb bestehender Pressen eingeordnet. N2 - Companies that supply forming technology are confronted with increasing demands and varying influences. Nowadays, presses which can be adapted to more stringent requirements and changing influencing factors are a prerequisite for an economical production. These presses have to manufacture a wide range of products with high productivity and quality while considering the costs. In the light of the above, the use of force-linked servo-presses with ball screw is recommended. These servo screw presses permit a freely programmable ram's movement and constant press force during the ram's stroke. Even so, the known servo screw presses only satisfy insufficiently the demand for changeable presses, which can be adapted to various requirements. Examples of changeability in forming technology are the modification of the sequence of subprocesses or the replacement of machine components. For that reason, a new changeable press system is to be developed. This is intended to bring the following advantages for the user: The nominal force is allocated to several press modules with separate press drives and rams, which can be positioned freely and combined to other press modules. The servo-drive with ball screw enables a process-adapted ram's movement for separated subprocesses. By this means, the sequence of subprocesses is changeable and the process chain can be scaled. The changeability is contributed by the possibility to extend the press system as well as to integrate further processes such as welding, soldering and adhesive bonding. The objective of this examination is to develop a changeable press system with servo-drive and ball screw for all-in-one processing of small components. Basis therefor is an investigation into the state of press technology and product development methods. The product development process is divided into three phases: the requirements analysis, the conceptual design and the embodiment design. In order to verify the embodiment design, a detail design for a prototype is being compiled. Subsequently, product structuring methods are implemented. These further development results in a type group and a modular system. Finally, the changeable press system is valued, the range of applications is explained and a classification within existing presses will be given. KW - Umformtechnik KW - Pressensystem KW - Wandlungsfähigkeit KW - Servopresse KW - Spindelpresse KW - Forming technology KW - Press system KW - Adaptability KW - Servo press KW - Spindle press KW - Presse KW - Spindel KW - Servomotor Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41227 SN - 978-3-86624-633-1 PB - Winter-Industries GmbH CY - Berlin ER -