Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Eine umweltschonende Energienutzung von Heiz\u00f6l bei der Geb\u00e4udebeheizung ist heute mit emissionsarmen Verbrennungstechnologien, wie die der Rezirkulationsbrenner, in Kombination mit der energieeffizienten Brennwerttechnik und der Verwendung von schwefelarmem Heiz\u00f6l m\u00f6glich. \u00dcber den ho-hen Wirkungsgrad der Heizungsanlage wird eine Verminderung der spezifischen CO2-Emissionen um ca. 6 % und wegen des niedrigen Schwefelgehaltes des Heiz\u00f6ls eine Reduzierung der Schwefeldioxidemis-sionen von bis zu einem Faktor 40 erreicht. Die in den Rezirkulationsbrennern genutzte Technologie, die den niedrigen Stickoxidaussto\u00df sicherstellt, erfordert den Einsatz von Flammenrohren. Bei der Verwendung von schwefelarmem Heiz\u00f6l EL k\u00f6nnen an diesen Flammenrohren Sch\u00e4den durch katastrophale Aufkohlung entstehen. Dieses ungel\u00f6ste Korrosionsproblem beeintr\u00e4chtigt zurzeit die Verwendung der schwefelarmen Heiz\u00f6lqualit\u00e4ten. Im Projekt sollen werkstoffseitig und auf der Seite der Brennerkonstruktion L\u00f6sungen f\u00fcr das Korrosionsproblem erschlossen werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEine der Ursachen f\u00fcr die Korrosion sind lokale aufkohlende Gasatmosph\u00e4ren an der Flammenrohrwand. Von der str\u00f6mungstechnischen Konstruktion einer Mischeinrichtung h\u00e4ngt ab, welche Gaskonzentrationen sich in den Flammenrohren einstellen. Daher sollen im Vorhaben verschiedene Mischeinrichtungen gebaut und an ihnen die Wechselwirkung von Str\u00f6mungsf\u00fchrung und Korrosionsangriff durch Metal-Dusting untersucht werden. Es werden Messungen der Gaskonzentrationen und Korrosionsversuche durchgef\u00fchrt. Aus den Ergebnissen der Untersuchungen k\u00f6nnen f\u00fcr neu zu entwickelnde Mischeinrichtungen Konstruktionskriterien im Hinblick auf eine Vermeidung des Metal-Dusting generiert werden. Eine materialseitige L\u00f6sung – die einzig m\u00f6gliche L\u00f6sung f\u00fcr im Feld befindliche Anlagen – wird mit der Erprobung einer Voroxidation von Flammenrohren angestrebt. Im Forschungsvorhaben soll ein Gl\u00fchverfahren mit geeigneten Temperaturen und Ofenatmosph\u00e4ren f\u00fcr die Voroxidation von marktg\u00e4ngigen Nickelbasis-Hochtemperaturlegierungen entwickelt werden. Oxidationsversuche und Analysen der erhaltenen Oxidschichten werden durchgef\u00fchrt und die Korrosionsbest\u00e4ndigkeit von voroxidierten Rohren unter rea-len Bedingungen gepr\u00fcft.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Vorhaben wurde eine Mischeinrichtung f\u00fcr den Leistungsbereich 14 kW bis 25 kW f\u00fcr Rezirkulationsbrenner entwickelt und gefertigt. Dabei handelt es sich um die Optimierung eines von MEKU bereits eingesetzten Mischkonzeptes, bei dem die Verbrennungsluft verdrallt zugef\u00fchrt wird. Sowohl die Betriebsstabilit\u00e4t als auch die Einhaltung der Grenzwerte f\u00fcr die Kohlenmonoxid- oder Stickoxid-Emissionen wurden f\u00fcr dieses Modell sichergestellt. Das Ziel der Entwicklung war eine wesentliche Reduzierung des Gefahrenpotentials f\u00fcr das Auftreten der Korrosionsform Metal-Dusting. Der Nachweis daf\u00fcr, dass die Modellmischeinrichtung dieses Ziel erreicht, wurde durch Messung der Zusammensetzung der Atmosph\u00e4re im Flammenrohr w\u00e4hrend des station\u00e4ren Brennerbetriebs erbracht. Bei der entwickelten Mischeinrichtung ist die Kohlenstoffaktivit\u00e4t, die die treibende Kraft des Metal-Dusting darstellt, nur in einem r\u00e4umlich eng begrenzten Bereich erh\u00f6ht und \u00fcberschreitet in diesem Bereich einen kritischen Wert nicht. In einem Testlauf der Mischeinrichtung mit schwefelarmem Heiz\u00f6l blieb das Flammenrohr schadensfrei. Das Herzst\u00fcck der Mischeinrichtung ist ein Mischkopf, der an die Bauformen anderer Hersteller ange-passt werden kann. Von der Mischeinrichtung wurden auch zwei Varianten mit zweistufiger Luftk\u00fchlung entwickelt, die den h\u00f6heren Leistungsbereich von 25 kW bis 70 kW abdecken. Es zeigte sich, dass bei der zweistufigen Luftzuf\u00fchrung weiterer Entwicklungsbedarf besteht, da weniger gute Werte als f\u00fcr die einstufige Mischeinrichtung gemessen wurden.
\nIm Forschungsvorhaben konnte mit einer Gl\u00fchung bei 900 \u00b0C in Luft, einer N2-H2-H2O- oder einer Ar-H2-H2O-Atmosph\u00e4re eine geschlossene Oxidschicht in der industriell praktikablen Gl\u00fchzeit von 4 h auf Rohren aus Alloy 601 erzeugt werden. Mit diesen Rohren wurden in einem Metal-Dusting-Pr\u00fcfbrenner Korrosionstests durchgef\u00fchrt. Der Korrosionsangriff setzte gegen\u00fcber den Beobachtungen bei unbehandelten Rohren verz\u00f6gert ein, wurde aber durch die Voroxidation nicht verhindert. Die Voroxidation des Alloy 601 ist daher als Ma\u00dfnahme zur L\u00f6sung des Korrosionsproblems nicht geeignet.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Es ist geplant die im Rahmen des Forschungsvorhabens erarbeiteten Ergebnisse der Allgemeinheit \u00fcber Fachartikel in der Fachzeitschrift Heizungsjournal zug\u00e4nglich zu machen. Die MEKU fertigt Mischeinrichtungen f\u00fcr verschiedene Kunden und ist auch bei deren Entwicklung unterst\u00fctzend t\u00e4tig, so dass \u00fcber diesen Weg die gewonnenen Erkenntnisse direkt weitergegeben werden. Ein Vortrag f\u00fcr die Europ\u00e4ischen Kongress EUROMAT 2007 im September in N\u00fcrnberg, dessen Schwerpunkt die materialseitigen Aspekte des Forschungsvorhabens sein werden, wurde bereits eingereicht. Weitere wissenschaftliche Ver\u00f6ffentlichungen in Zeitschriften aus dem Themenbereich Korrosion sind vorgesehen.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Bei der im Forschungsvorhaben konstruierten Mischeinrichtung MBK f\u00fcr den Leistungsbereich von 14 kW bis 25 kW wird das Prinzip der Luftzuf\u00fchrung \u00fcber ein Drallgitter verwendet, das dem Luftstrom einen Tangentialimpuls verleiht. Mit dieser Str\u00f6mungsf\u00fchrung kann das Gefahrenpotential f\u00fcr das Auftreten von Metal-Dusting am Flammenrohr wesentlich verringert werden. Zwei weitere f\u00fcr h\u00f6here Leistung entwi-ckelte Modelle mit gestufter Luftzuf\u00fchrung zeigten, dass auch in diesem Fall ein Verdrallen der Sekund\u00e4r-luft im Hinblick auf niedrige Kohlenwasserstoffkonzentrationen am Flammenrohr vorteilhafter ist als eine axiale Luftzuf\u00fchrung. Insgesamt schw\u00e4cht die gestufte Luftzuf\u00fchrung aber den bei einstufiger Luftzuf\u00fchrung erreichten positiven Effekt. Die Untersuchungen ergaben au\u00dferdem, dass, falls die Freiheit besteht, ein gro\u00dfer Durchmesser f\u00fcr das Flammenrohr gew\u00e4hlt werden sollte.
\nMit den im Forschungsvorhaben durchgef\u00fchrten Gl\u00fchungen bei 900 \u00b0C in Luft, einer N2-H2-H2O- oder einer Ar-H2-H2O-Atmosph\u00e4re konnte eine geschlossene Oxidschicht in der industriell praktikablen Gl\u00fchzeit von 4 h auf der Au\u00dfen- und Innenseite von Rohren erzeugt werden. Die Korrosionstests an auf diese Weise voroxidierten Rezirkulationsaufs\u00e4tzen in einem Metal-Dusting-Pr\u00fcfbrenner ergaben f\u00fcr alle drei Gl\u00fchatmosph\u00e4ren, dass der Korrosionsangriff gegen\u00fcber den Beobachtungen beim unbehandelten Werkstoff verz\u00f6gert einsetzte, jedoch nicht verhindert wurde. Die Voroxidation scheidet daher als Ma\u00dfnahme zur L\u00f6sung des Korrosionsproblems aus.
\nAus Kostengr\u00fcnden liegt im Interesse der Branche, die Forschung nach einer werkstoffseitigen L\u00f6sung fortzusetzen, die nicht den Einsatz von kostspieligen metallischen Werkstoffen oder von Keramik beinhaltet. Die Rolle, die den einzelnen in geringem Gehalt vorhandenen Legierungselementen des Alloy 601 und den Phasen in der Oxidschicht, insbesondere dem Mangan-Spinell, bei dem Korrosionsmechanismus des Metal-Dusting zukommt, ist noch nicht gekl\u00e4rt. Zuk\u00fcnftige Forschungen sollten diese Fragestellung bearbeiten<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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