Ursachen der Niedertemperaturkorrision im Abgasweg von Zementdrehofenanlagen

Drehofenanlagen der Zementindustrie sind im Regelfall für einen Betrieb von mindestens 20 Jahren ausgelegt. Nicht alle Komponenten besitzen die gleiche erwartete Lebenszeit der ganzen Anlage. Stetige Modifikationen an den einzelnen Aggregaten zur Optimierung des Produktionsprozesses und insbesondere der Verschleiß auf Grund hoher thermischer, mechanischer und chemischer Belastungen führen dazu, dass die einzelnen Bauteile in regelmäßigen Zeitintervallen gewartet, repariert oder ersetzt werden. Auf diese Weise werden in der Praxis Lebenszeiten der Ofenanlagen von 40 und mehr Jahren erreicht.
Während der jährlichen Grundreparatur sind an den einzelnen Anlagenkomponenten meist kostenintensive Instandhaltungsmaßnahmen nötig. Der vollständige Abgasweg nach dem Wärmetauscherturm, insbesondere die gasführenden Rohrleitungen hinter dem Verdampfungskühler, der Hauptabgasfilter (Schlauch- bzw. Elektrofilter) und der Abgaskamin sind in den meisten Fällen von Korrosionsschäden betroffen. Vielfach sind großflächige Materialabträge wie auch muldenförmiger Lochfraß zu beobachten. Sobald kritische Schäden lokalisiert werden, müssen diese zur Sicherstellung des reibungslosen Produktionsbetriebes ausgebessert werden.
Emissionsmessungen an Drehofenanlagen zeigen, dass anorganische Chlorverbindungen, Schwefeldioxid und Stickoxide in unterschiedlichen Konzentrationen im Abgas auftreten können [VDZ 11]. Diese Gasspezies besitzen das Potential, mit der stets vorhandenen Prozessfeuchte Säuren zu bilden. Die Gase CO2, O2, H2O besitzen gegenüber Stahl eine oxidierende bzw. aufkohlende Wirkung, die jedoch im Vergleich zur Agressivität der bildbaren Säuren nicht von großer Relevanz ist. Der Staub des Rohgases beinhaltet zusätzlich chloridische und sulfatische Salze, die in Verbindung mit kondensierten wässrigen Medien auch ein gewisses Korrosionspotential besitzen.
In der Zementindustrie wird Korrosion im Abgasweg zunächst auf den Angriff von kondensierten Säuren während des laufenden Betriebes zurückgeführt und teilweise kontrovers diskutiert. Analog wird argumentiert, dass durch die sehr hohe Beladung des Abgases mit karbonatischen Stäuben jegliche potentiell gebildete Säure augenblicklich neutralisiert wird und die Korrosion deshalb anderer Genese sein muss. Zur Überprüfung dieser Hypothesen wurden im Rahmen dieser Arbeit Laborversuche durchgeführt, um das Absorptionspotential des im Abgas auftretenden Staubes bezüglich Schwefel- und Salzsäure zu untersuchen. Bisher wurden noch keine wissenschaftlich fundierten Untersuchungen durchgeführt, die grundlegend klären, ob diese Annahmen gerechtfertigt sind, sowie um welche Korrosionsmechanismen es sich denn handelt.
Das Fachgebiet der Korrosion zeichnet sich durch seine Breite und Komplexität aus. Ziel der vorliegenden Arbeit ist deshalb, die potentiellen Ursachen der beobachteten Korrosionsschäden während des laufenden Betriebes einer Drehofenanlage der Zementindustrie zu untersuchen. Dabei soll insbesondere geklärt werden, ob überhaupt und im Speziellen welche Säuren sich im Abgasweg von Zementdrehofenanlagen nachweisen lassen und ob sich diese korrosiv auswirken. Weiterhin ist zu klären, ob neben den genannten Gasspezies grundsätzlich auch Schwefeltrioxid bzw. Schwefelsäure im Abgas von Drehofenanlagen auftreten. Während des laufenden Produktionsbetriebes sind lediglich Säuren für die betrachteten Korrosionserscheinungen von Relevanz, die auf Grund der vorherrschenden Bedingungen im Abgas tatsächlich auskondensieren. Neben der Definierung der Voraussetzungen für die Säurekondensation ist fraglich, inwieweit die bisher eingesetzte Mess- bzw. Probenahmetechnik für die korrekte Bestimmung saurer Gaskomponenten im hochstaubhaltigen Abgas von Drehofenanlagen der Zementindustrie geeignet ist.
Mit Hilfe des im Rahmen dieser Arbeit neu entwickelten und konstruierten Probenahmesystems „HDTP300“ wurden Messungen in verschiedenen Zementwerken durchgeführt, um den qualitativen Nachweis von Schwefelsäure zu erbringen, sowie die quantitativen Mengen an Schwefelsäure im Rohgas von Drehofenanlagen zu erfassen. Im Falle, dass SO3 nachgewiesen werden konnte, galt es, den Mechanismus der Genese dieser Verbindung zu erschließen. Aufbauend auf den durchgeführten Untersuchungen sollten wirtschaftlich vertretbare Maßnahmen zur Verminderung der Säurekonzentrationen im Abgas definiert werden, um dadurch die Korrosionsschäden zu vermindern oder zu vermeiden.