Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-4078
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.
The investigations described in this thesis were performed to determine the potential of alkali
metal reduction from hot gases by alumosilicate sorbents under 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 behavior 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 alkaliconcentration in the hot gas under 2nd Gen. PFBC
conditions to values < 25 ppbvol by alumosilicate sorbents.
Wolf, Karl Josef
Untersuchungen zur Freisetzung und Einbindung von Alkalimetallen bei der reduzierenden Druckwirbelschichtverbrennung
145 S., 2003
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.
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 alkali metals, such as
Sodium and Potassium, can lead to severe damage of the gasturbine blading due to hot corrosion.
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