Korrosion bei der Rauchgasreinigung
Beim Verbrennen von Industriemüll entstehendes Rauchgas enthält Stäube und Schadstoffe in hoher Konzentration. Entsprechend den gesetzlichen Bestimmungen wird es deshalb aufwendig in mehreren Schritten gereinigt: Nach dem Herausfiltern von Stäuben wäscht man in einer ersten Stufe vor allem Fluoride, Chloride und Schwermetalle bei niedrigen pH-Werten von 1 bis 2 aus, in einer zweiten Schwefelverbindungen. Stickoxide werden anschließend zu Stickstoff und Wasser reduziert, Dioxine, Furane und noch eventuell enthaltene Schadstoffe in einer Adsorptionsstufe – beispielsweise mit einem Aktivkohlefilter – aufgefangen.
Niedrige pH-Werte, hohe Temperaturen und große Konzentrationen an Stäuben verursachen vor allem Lochfraß und Spaltkorrosion, aber auch Spannungsriß-, Erosions- und Kontaktkorrosion. Am Beispiel einer Helixvollkegeldüse aus einem Gußwerkstoff auf Kobaltbasis wollen wir einige Mechanismen erläutern.
Mit dem hier gezeigten Exemplar wurde Kalkmilch als Waschsuspension in einen Hauptwäscher gesprüht; die Konstruktion sorgte für eine feine Verteilung kleiner Tröpfchen, also für eine große aktive Gesamtoberfläche. Im Betrieb war die Düse außen dem vorgereinigten, 70 Grad Celsius heißen Rauchgas ausgesetzt, innen der nur wenig kühleren Waschsuspension, die mit 375 bis 580 Liter pro Minute und einem Druck von 0,2 bis 0,6 bar ausströmte.
Auf diesen Innenflächen entstanden überall dort gut sichtbare Löcher, wo Kalkmilch auf Metall traf. Das Schadensbild entspricht dem einer Erosionskorrosion, wie sie an schnell in Flüssigkeit oder Gas bewegten Bauteilen beziehungsweise solchen mit hoher Durchströmung häufig auftritt. Hauptverursacher sind meist mitgeführte Festkörperpartikel.
Mit dem Rasterelektronenmikroskop ließen sich zudem feinverteilte Schwindungsporen im Gußgefüge nachweisen, sogenannte Mikrolunker. Nahe der Oberfläche gelegen waren sie Schwachstellen und damit Angriffspunkte für die abrasive Korrosion. Zudem erneuerte sich die Passivschicht in den Mulden nicht schnell genug, und ein aggressiver Elektrolyt baute sich auf. Einmal begonnen, verstärkte das die Auflösung des Metalls, und Lochfraß war die Folge. Könnte man den Gußwerkstoff fehlerfrei herstellen, hätte eine solche Düse fraglos eine längere Gebrauchsdauer, und die Instandhaltungskosten würden sich verringern. Möglich wäre auch, verschleißfesteres Siliciumcarbid zu verwenden. Das Material ist aber spröde und deshalb für einen Einsatz bei ausgeprägten Temperaturwechseln – etwa im Vorwäscher – nicht geeignet; für Düsen der zweiten Waschstufe läßt es sich dagegen verwenden.
Des weiteren entstand Spaltkorrosion an der Flanschverbindung von Düse und Zuleitungsrohr. Das Schadensbild war typisch: Elektrolyt – in diesem Fall die Waschsuspension und Rauchgaskomponenten – tritt in einen engen Spalt ein, wird aber kaum noch erneuert. Der Gehalt der Lösung an Sauerstoff sinkt, damit kann aber die schützende Passivierungsschicht von Metalloxid im Spalt nicht aufrecht erhalten werden, und positiv geladene Metall-Ionen lösen sich ab. (Der enge Spalt wirkt dann als Anode eines galvanischen Elements, die umliegende gut belüftete Metalloberfläche als Kathode; dort bilden Sauerstoff, Wasser und die an der Anode freigesetzten Elektronen OH--Ionen.) Angezogen von der positiven Raumladung wandern Chlorid-Ionen ein und bilden mit Wasser Salzsäure – die Korrosion wird verstärkt.
Deshalb gilt es, neben der Werkstoffwahl bei einem Bauteil wie der Helixvoll-kegeldüse auch Spalte zu vermeiden, also etwa Löt- oder Schweißverbindungen einer Verschraubung vorzuziehen, sie durch geeignete Dicht- und Klebmassen zu verschließen oder auf mehr als einen Millimeter aufzuweiten, um einen Austausch mit dem äußeren Elektrolyten zu ermöglichen. Auch derartige konstruktive Maßnahmen helfen, Korrosion zu vermeiden und damit verbundene Kosten zu verringern.
Aus: Spektrum der Wissenschaft 7 / 1998, Seite 107
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
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