Forscher bieten besseres Verständnis der Korrosion in Kalköfen, die mit Biokraftstoff befeuert werden

Um die Kohlendioxidemissionen von Kalköfen zu reduzieren, besteht ein wachsendes Interesse an der Einführung biobasierter Brennstoffe als Alternative zu fossilen Brennstoffen. Naresh Kumar Wagri vom Fachbereich Angewandte Physik und Elektronik der Universität Umeå zeigt in seiner Dissertation, dass dies aufgrund der unterschiedlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften von Biokraftstoffen Herausforderungen mit sich bringt.

„Das Eindringen von Ascheschlacke, die sich in den schützenden Innenwänden des Ofens absetzt, ist bei Biomasse-Brennstoff aufgrund der unterschiedlichen Chemie der Brennstoffe umfangreicher als bei Kohlebrennstoff“, erklärt er.

In Industrieöfen, Kesseln und Verbrennungsanlagen, in denen Hochtemperaturprozesse stattfinden, ist eine Innenhülle zum Schutz vor hohen Temperaturen und chemischen Angriffen erforderlich. Diese Auskleidungen bestehen in der Regel aus Steinen aus keramischen Materialien, die hohen Temperaturen standhalten. Typische Branchen, in denen diese feuerfesten Auskleidungen eingesetzt werden, sind die Metallurgie, die Branntkalkproduktion, die Zementproduktion, die Glasproduktion sowie der Erdöl- und Energiesektor.

Ein Problem besteht darin, dass die hohen Temperaturen und chemischen Wechselwirkungen in einigen industriellen Prozessen zu einer Zersetzung der feuerfesten Materialien führen. Wenn geschmolzene Brennstoffasche durch Poren und kleine Risse in die Feuerfestmaterialien eindringt, kann es zu Korrosion kommen. Wenn die feuerfesten Materialien abgenutzt sind, muss die Auskleidung ausgetauscht werden, was zu einem mehrtägigen Stillstand des gesamten Prozesses führt. Diese Ausfälle führen zu Produktionsausfällen und teuren Wartungsarbeiten, einschließlich neuer Auskleidungsmaterialien.

Kalkstein wird in Kalköfen bei Temperaturen über 1.000 °C zu Kalk gebrannt. Naresh Kumar Wagri hat in seiner Abschlussarbeit untersucht, wie sich die Umstellung auf Biobrennstoffe in Kalkproduktionsöfen auf das Auskleidungsmaterial auswirkt. Das übergeordnete Ziel der Forschung besteht darin, Erkenntnisse darüber zu gewinnen, was mit feuerfesten Materialien in Kalköfen passiert, wenn fossile Brennstoffe durch erneuerbare Brennstoffe ersetzt werden.

Biomassebrennstoffe können aus biobasierten Abfallströmen der Industrie stammen oder speziell für die Verbrennung angebaut werden. Allerdings sind der Aschegehalt und die Eigenschaften biobasierter Kraftstoffe aus aschechemischer Sicht problematisch. Daher ist es wichtig, vor der Einführung einer neuen Brennstoffquelle deren mögliche Auswirkungen auf das Ofenauskleidungsmaterial zu untersuchen.

Die Ergebnisse von Kumar Wagri zeigen, dass das Eindringen von Ascheschlacke in das Auskleidungsmaterial die Mikrostruktur von feuerfesten Materialien verändert und zu einer Verschlechterung führt. Aufgrund der unterschiedlichen Chemie der Brennstoffe ist das Problem weiter verbreitet als bei der Verwendung von Kohlebrennstoffen.

„Der nächste Schritt könnte auf andere Arten von Biomassebrennstoffen und andere Qualitäten von Feuerfestmaterialien ausgeweitet werden“, sagt er.