Untersuchungen zur Freisetzung und Einbindung von Alkalimetallen bei der reduzierenden Druckwirbelschichtverbrennung

Wolf, Karl Josef; Singheiser, Lorenz

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-5195

Untersuchungen zur Freisetzung und Einbindung von Alkalimetallen bei der reduzierenden Druckwirbelschichtverbrennung

Wolf, Karl Josef (Author)

2003

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Karl Josef Wolf

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2003

Umfang145 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2003

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Singheiser, Lorenz (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2003-02-07

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-5195
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/61501/files/Wolf_Karl.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Maschinenwesen (400000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Ingenieurwissenschaften (frei) ; Druckwirbelschicht (frei) ; Massenspektrometrie (frei) ; Alkalireinigung (frei) ; Alumosilikate (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Moderne GuD-Kraftwerke mit Druckwirbelschichtfeuerung der 2. Generation liefern einen wichtigen Beitrag, den Wirkungsgrad bei der Kohleverstromung zu erhöhen. Konzeptionsbedingt ist bei GuD-Anlagen eine Heissgasreinigung unumgänglich. Insbesondere die Alkalimetalle Natrium und Kalium führen durch die direkte Beaufschlagung der Gasturbinenbeschaufelung mit heißem Abgas zu Hochtemperaturkorrosion. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Reduktionspotential für Alkalien durch Sorptionsmaterialien auf Alumosilikat-Basis unter reduzierenden Bedingungen bei 750 °C ermittelt. Die Untersuchungen wurden mit Hilfe eines Durchflussreaktors mit eingebrachter Schüttung aus Sorptionsmaterial durchgeführt. Die Alkalien wurden dem Trägergas in Form von Chloriden zugeführt. Die qualitative und quantitative Analyse der die Schüttung verlassenden Alkalispezies wurde mit Hilfe eines Hochdruckmassenspektrometers (HDMS) erreicht. Auf diese Weise konnte der Einfluss verschiedener Gasatmosphären auf die Alkalisorption überprüft werden und somit Rückschlüsse auf die im Sorptionsmaterial ablaufenden chemischen Reaktionen gezogen werden. Durch Auslagerungsversuche wurde die maximal erreichbare Alkalibeladung der Sorptionsmaterialien gefunden. REM- und Röntgenbeugungsanalysen von ausgelagertem Sorptionsmaterial ermöglichten die Bestimmung der im Sorptionsmaterial gebildeten Alkalialumosilikat-Phasen. Mit Hilfe thermodynamischer Rechnungen wurden die unter Laborbedingungen gefundenen Ergebnisse auf reale Bedingungen im Kraftwerk übertragen. Die Untersuchungen zeigen, dass sich durch Einsatz von Alumosilikaten die Alkalikonzentration im Heißgas unter Kraftwerksbedingungen auf turbinenverträgliche Werte < 25 ppbvol verringern lassen.

Modern 2nd Generation Pressurized Fluidized Bed Combustion (PFBC) Combined Cycle Power Systems are a sufficient way to increase the efficiency of coal combustion. However, Combined Cycle Power Systems require a reliable hot gas cleanup. Especially alkalimetals, such as Sodium and Potassium, can lead to severe damage of the gasturbine blading due to hot corrosion. The investigations described in this thesis were performed to determine the potential of alkalimetal reduction from hot gases by alumosilicate sorbents unter reducing atmospheres at 750 °C. Using a flow channel reactor, an alkalichloride laden gas stream was passed through a bed of alumosilicate sorbent. Both, qualitative and quantitative analysis of the hot gas downstream the sorbent bed was achieved using High Pressure Mass Spectrometry (HPMS). Thus, the influence of several different gas atmospheres on the alkalisorption behaviour could be observed and conclusions be drawn concerning the chemical reactions occuring inside the sorbent bed. Several annealing experiments were performed to determine the maximum loading capacity of the sorbent, subsequent REM and XRD analysis showed the phases formed inside the tested sorbent materials. Finally, thermodynamic calculations were done to upscale the results of the laboratory experiments to conditions prevailing in 2nd Gen. PFBC systems. The investigations revealed the possibility of reducing the overall alkali concentration in the hot gas under 2nd Gen. PFBC conditions to values < 25 ppbvol by alumosilicate sorbents.

Fulltext:
PDF