Asche und Schlacke: Die Feinde der Feuerfestauskleidung in Biomasseanlagen

Warum Biomasseasche so aggressiv ist

Biomasseasche unterscheidet sich fundamental von Kohleasche. Während Kohleaschen überwiegend aus relativ inerten Silicium- und Aluminiumoxiden bestehen, enthalten Biomasseaschen hohe Konzentrationen an Alkalien, insbesondere Kalium und Natrium, sowie Chlor, Schwefel und Phosphor. Diese Elemente bilden bei Verbrennungstemperaturen niedrigschmelzende Verbindungen, die als flüssige Phase die Feuerfestauskleidung angreifen. Der chemische Angriff erfolgt durch Infiltration der Schmelzphase in die Porenstruktur des Feuerfestmaterials, wo sie mit den Matrixbestandteilen reagiert und das Gefüge zerstört.

Angriffsmechanismen im Detail

• Infiltration: Flüssige Schlacke dringt durch Kapillarkräfte in die offene Porosität des Feuerfestmaterials ein. Die Eindringtiefe hängt von der Viskosität der Schlacke und der Porengrößenverteilung des Materials ab
• Korrosion: Die infiltrierte Schlacke reagiert mit den Matrixbestandteilen des Feuerfestmaterials und bildet neue Mineralphasen mit veränderten Eigenschaften. Häufig entstehen dabei Verbindungen mit höherem Volumen, die Spannungen im Gefüge erzeugen
• Erosion: Mitgerissene Aschepartikel im Rauchgasstrom wirken wie Sandstrahlgut und tragen die Oberfläche mechanisch ab. Besonders betroffen sind Bereiche mit hoher Strömungsgeschwindigkeit und Umlenkungen
• Verschlackung: Anbackende Schlackeschichten verändern die Geometrie des Feuerraums, beeinträchtigen den Wärmeübergang und können bei unkontrolliertem Ablösen die darunterliegende Auskleidung beschädigen

Schutzmaßnahmen gegen Asche und Schlacke

Der wirksamste Schutz beginnt bei der Brennstoffauswahl und der Verbrennungsführung. Eine möglichst konstante Brennstoffqualität mit bekanntem und kontrolliertem Aschegehalt reduziert die Belastungsspitzen für die Auskleidung. Die Verbrennungstemperatur sollte so gesteuert werden, dass sie möglichst unterhalb des Ascheerweichungspunkts liegt, was allerdings in der Praxis nicht immer realisierbar ist. Auf der Materialseite bieten dichte, porenarme Feuerfestmaterialien den besten Schutz gegen Infiltration. Materialien mit niedrigem Aluminiumoxidgehalt und hohem Siliciumcarbid-Anteil zeigen gute Beständigkeit gegen Alkalikorrosion. In besonders kritischen Bereichen können Spezialschlichtungen oder keramische Beschichtungen eine zusätzliche Barriere gegen den Schlackenangriff bilden.

Betriebliche Maßnahmen und regelmäßige Wartung

Neben der richtigen Materialwahl sind betriebliche Maßnahmen unverzichtbar. Die regelmäßige Entfernung von Schlackenanhaftungen, bevor sie sich zu massiven Ansätzen entwickeln, verlängert die Standzeit erheblich. Thermografische Inspektionen ermöglichen die frühzeitige Erkennung von Hotspots, die auf fortgeschrittene Infiltration hindeuten. Und eine systematische Dokumentation der Verschleißraten in verschiedenen Zonen liefert die Datengrundlage für die kontinuierliche Optimierung des Materialkonzepts. Bei SBS Refractory Service verbinden wir die Erfahrung aus hunderten von Brennkammerprojekten mit einem tiefen Verständnis der werkstofftechnischen Zusammenhänge. So entwickeln wir für jede Anlage eine individuelle Strategie gegen die spezifischen Aschebelastungen.