Ash-related issues during biomass combustion: Alkali-induced slagging, silicate melt-induced slagging (ash fusion), agglomeration, corrosion, ash utilization, and related countermeasures

A concentrating solar power (CSP) system converts sunlight into a heat source which can be used to drive a conventional power plant. Thermal energy storage (TES) improves the dispatchability of a CSP plant. Heat can be stored in either sensible, latent or thermochemical storage. Commercial deployment of CSP systems have been achieved in recent years with the two-tank sensible storage system using molten salt as the storage medium. Considerable research effort has been conducted to improve the efficiency of the CSP system and make the cost of electricity comparable to that of the conventional fossil-fuel power plant. This paper provides a comprehensive summary of CSP plants both in operation and under construction. It covers the available technologies for the receiver, thermal storage, power block and heat transfer fluid. This paper also reviews developments in high temperature TES over the past decade with a focus on sensible and latent heat storage. High temperature corrosion and economic aspects of these systems are also discussed.

Review on concentrating solar power plants and new developments in high temperature thermal energy storage technologies

The implications of chlorine-associated corrosion on the operation of biomass-fired boilers

The chemical composition of solid biofuels (as defined in [Directive 2000/76/EC of the European Parliament and of the Council on the Incineration of Waste. In: European Commission, editor. Official Journal of the European Communities, vol. L 332; 2000. p. 91–111] and [CEN/TC 335—WG2 N94. Final draft. European Committee for standardization, editor. Solid biofuels—fuel specifications and classes. Brussels, Belgium; 2003.] has manifold effects on their thermal utilisation. C, H and O are the main components of solid biofuels and are of special relevance for the gross calorific value, H in addition also for the net calorific value. The fuel N content is responsible for NOx formation. NOx emissions belong to the main environmental impact factors of solid biofuel combustion. Cl and S are responsible for deposit formation and corrosion and are therefore relevant for a high plant availability. Furthermore, Cl causes HCl as well as PCDD/F and S SOx emissions and both elements are involved in the formation of aerosols (submicron particle emissions). The ash content influences the choice of the appropriate combustion technology and influences deposit formation, fly ash emissions and the logistics concerning ash storage and ash utilisation/disposal. Major ash forming elements (Al, Ca, Fe, K, Mg, Na, P, Si, Ti) are of relevance for the ash melting behaviour, deposit formation and corrosion. In addition, volatile elements such as Na and K are main constituents of aerosols. Volatile minor elements (As, Cd, Hg, Pb, Zn) play a major role in gaseous and especially aerosol emissions as well as in deposit formation, corrosion and ash utilisation/disposal. Either partly or non-volatile minor elements (Ba, Co, Cr, Cu, Mo, Mn, V) are of special relevance for ash utilisation. The present paper discusses the influence of chemical fuel properties on biomass combustion plants as well as possibilities and recommendations for controlling them.

Chemical properties of solid biofuels¿significance and impact

https://scholarsarchive.byu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2573&context=facpub

Supercritical CO2 Brayton cycles for solar-thermal energy

The effects of chlorides, hydrogen chloride, and sulfur dioxide in the oxidation of steels below deposits

Der Einflus von auf die Zunderschichten aufgebrachten NaCl-Ablagerungen auf die Oxidation des 2¼ Cr-1 Mo-Stahls wurde bei 450 °C–650 °C untersucht. Die Anwesenheit von NaCl fuhrt zu stark beschleunigter Oxidation unter Bildung poroser und rissiger Fe2O3-Schichten, sowie von festem FeCl2 an der Metall/Oxid-Grenzflache. Durch Reaktion des Chlorids mit der Zunderschicht entsteht Cl2, das in die Schicht eindringt und an der inneren Phasengrenze FeCl2 bildet, dieses verdampft stetig und wird dann bei der Diffusion zur Oberflache zu Eisenoxiden oxidiert, wobei das Chlor wieder freigesetzt wird. Es resultiert eine durch Cl2 katalysierte “aktive Oxidation”. Die Geschwindigkeit der beschleunigten Oxidation wird im wesentlichen bestimmt durch die Verdampfung und Auswartsdiffusion des gasformigen FeCl2 und damit durch Temperatur und Oxidschichtdicke. Andere Parameter, wie die Stromungsgeschwindigkeit, die mit NaCl bedeckte Flache oder der Cl2-Druck, der sich und der auseren Oxidoberflache einstellt, haben einen geringeren Einflus auf die Gesamtreaktionsgeschwindigkeit.



Effects of chlorides on the oxidation of the 2¼ Cr-1 Mo steel



Effects of NaCl deposited on oxide scales were investigated for the oxidation of the 2¼Cr-1 Mo steel in the temperature range 450–650 °C. The presence of NaCl causes accelerated oxidation under formation of porous and cracked Fe2O3 layers and of solid FeCl2 at the metal/oxide interface. By reaction of the chloride with the oxide scale Cl2 is formed, which penetrates into the scale and forms FeCl2 at the inner phase boundary, this is evaporating continuously and is oxidized to iron oxide upon diffusing to the surface, whereby the chlorine is set free again. An active oxidation results which is catalysed by Cl2. The rate of the accelerated oxidation is determined mainly by the evaporation and outward diffusion of gaseous FeCl2 and therefore by temperature by temperature and thickness of the oxide scale. Other parameters such as the flow velocity, the area covered with NaCl or the chlorine pressure, which is present at the outer oxide scale have less effect on the overall rate.

Einfluß von Chloriden auf die Oxidation des 2¼ Cr‐1 Mo‐Stahls

Die Oxidation des 2 1/4Cr1Mo-Stahls in oxidierenden He-O2-HCl-Atmospharen bei 773 K wurde untersucht. Der Zusatz von HCl zu He-O2-Atmospharen fuhrt zu stark beschleunigter Oxidation. Unter porosen und rissigen Oxidschichten bilden sich feste Chloride. Bei niedrigen HCl-Drucken 0–1000 vppm bestimmt „aktive Oxidation” den Korrosionsprozes; d.h. Oxidation fluchtiger Chloride innerhalb der Oxidschicht. Bei hoheren HCl-Drucken 1000–3000 vppm erfolgt ein Ubergang zum paralinearen Korrosionsverhalten, d.h. gleichzeitiges parabolisches Oxidwachstum und lineare Massenabnahme durch das Abdampfen von Chloriden.



Influence of HCl and Cl2 on high temperature corrosion of 2 1/4Cr 1 Mo Steel in atmospheres with high oxygen pressures



The oxidation of the 2 1/4 Cr 1 Mo steel was investigated at 773 K in oxidizing He-O2-HCl atmospheres. The addition of HCl to He-O2 atmospheres leads to accelerated oxidation rates. Below porous and cracked oxide scales condensed chlorides are formed. At low HCl pressures 0–1000 vppm the “active oxidation” is determining the corrosion process; i.e. oxidation of evaporating chlorides within the oxide scale. For higher HCl contents 1000–3000 vppm the corrosion behaviour changes to paralinear; i.e. simultaneous parabolic oxide growth and linear mass loss by chloride evaporation.

Einfluß von HCl und Cl2 auf die Hochtemperaturkorrosion des 2 1/4 Cr 1 Mo‐Stahls in Atmosphären mit hohen Sauerstoffdrücken

Untersucht wurde der Einflus fester NaCl-Ablagerungen auf der Zunderschicht auf die Oxidation der technischen Stahle X10 CrMoV 12 1, X15 CrNiSi 20 12 und X10 CrNiSi 25 20 bei 700°C. Unabhangig von der Legierungszusammensetzung loste die Anwesenheit von NaCl(s) auf der Oberflache voroxidierter Proben stark beschleunigtes Wachstum von Fe2O3 aus, unter Bildung voluminoser, nicht-schutzender Schichten. Unterhalb dieser Zunderschichten, auf der metallischen Matrix, wurde in allen Fallen Chlorid festgestellt. Das Oxidwachstum erfolgt nach dem Mechanismus der “aktiven Oxidation”, in dem das Chlor eine katalytische Rolle spielt. Die Anwesenheit des Chlorids an der Metall/Oxid-Grenzflache setzt die Haftung der Zunderschicht herab und fuhrt zum Abplatzen bei Abkuhlen auf Raumtemperatur. Die beobachteten Effekte sind unabhangig von der Legierungszusammensetzung, ausschlaggebend ist vielmehr die Dicke der Oxidschicht und damit der Diffusionsweg des gasformigen Eisenchlorids.

E. Reese

Papers

The effects of chlorides, hydrogen chloride, and sulfur dioxide in the oxidation of steels below deposits

Einfluß von Chloriden auf die Oxidation des 2¼ Cr‐1 Mo‐Stahls

Einfluß von HCl und Cl2 auf die Hochtemperaturkorrosion des 2 1/4 Cr 1 Mo‐Stahls in Atmosphären mit hohen Sauerstoffdrücken

Einfluß von Natriumchlorid auf die Oxidation von hochlegierten Chrom- und Chrom-Nickel-Stählen

The role of chlorides in hot corrosion