vgbe energy journal 7 (2022) - International Journal for Generation and Storage of Electricity and Heat

Forum Technology: Kunststoff ersetzt legiertes Metall
Das Herz der Technologie bildet ein entwickeltes
Material auf der Basis von Fluorpolymeren,
ein Sorbent-Polymerkatalysator
(SPC) Verbundmaterial. Das Sorbens in diesem
Material scheidet nicht nur elementares
und oxidiertes Quecksilber aus dem Rauchgasstrom
ab und bindet es. Es entschwefelt
zusätzlich den Gasstrom durch die Umwandlung
von Schwefeldioxid in flüssige
Schwefelsäure.
Die Zielsetzung: Herstellung
vereinfachen, Metallteile
durch Kunststoff ersetzen
Damit die GMCS-Module über viele Jahre
wartungsfrei betrieben werden können,
müssen die eingesetzten Werkstoffe nicht
nur hohen chemischen und thermischen,
sondern auch mechanischen Belastungen
standhalten. Diese können durch die Stapelung
der Module oder beim Transport, der
Handhabung und der Installation der Module
durch Montage- und Betriebspersonal
entstehen.
Die Konstruktion der Module ist darauf ausgelegt,
maximale Stabilität und eine möglichst
lange Lebensdauer zu realisieren. Bei
der Herstellung der Modulrahmen soll auf
schwer zu verarbeitende korrosionsbeständige
Metalle verzichtet werden. Dann wäre
auch eine Vor-Ort-Montage in weniger entwickelten
Ländern oder weit entfernten
Standorten möglich. Deshalb arbeiten die
Ingenieure bei W. L. Gore & Associates fortlaufend
daran, Komponenten und Werkstoffe
zu optimieren.
Ziel der Zusammenarbeit mit Technoform
ist es, mittelfristig Metall durch Komponenten
aus widerstandsfähigem Kunststoff zu
ersetzen. Gleichzeitig soll eine alternative
Lösung aus Kunststoff helfen, Komponenten
einfacher zu montieren und flexibler
an neue Anforderungen anpassen zu können.
Die Herausforderung: Den
richtigen Kunststoff für hohe
chemische, thermische und
mechanische Belastungen
finden
Um den Anforderungen an die hohen chemischen,
thermischen und mechanischen Belastungen
in der Rauchgasreinigung zu genügen,
bestand das Rahmensystem der
GMCS-Module bisher aus korrosionsbeständigem
Metall. Die Beständigkeit der Metallelemente
gegen Stress-Korrosionsrisse und
Säuren wurde durch Nickel-Molybdän-Legierungen
sichergestellt.
Korrosionsbeständiges Metall
zu aufwändig in der Verarbeitung
Wegen des vergleichsweise hohen Aufwands
bei der Verarbeitung legierter Metalle wurde
schon lange nach alternativen Lösungen gesucht.
Kunststoff wurde zwar in Betracht gezogen,
jedoch ursprünglich wieder verworfen.
Er schien für die hohen chemische, thermischen
und mechanischen Belastungen in
der Rauchgasreinigung nicht geeignet.
Thermoplast als
vollwertige Alternative
Als Ersatz für korrosionsbeständige Metalle
in aggressiven Umgebungen bietet sich Polyphenylensulfid
(PPS) an. Dabei handelt es
sich um einen technischen Thermoplast, der
sich durch sehr hohe Chemikalien- und
Wärmeformbeständigkeit sowie Steifigkeit
auszeichnet und sich daher bestens für den
Einsatz im GORE ® Mercury Control System
eignet. (B i l d 2 )
Bild 2. PPS ersetzt korrosionsbeständiges Metall
im Rahmenprofil.
Die Lösung: Kunststoffprofile
und -verbindungsmittel für
aggressive Umgebungen von
Technoform
Technoform ist auf die Extrusion von thermoplastischen
Kunststoffprofilen spezialisiert.
Das Unternehmen liefert nicht nur
fertige Kunststoffprodukte, sondern ist
auch Entwicklungspartner für individuelle
Lösungen und eine Vielzahl von Branchen
und Anwendungsbereiche wie z.B.
Elektrotechnik, Automotive, Maschinenbau
u.v.a..
Gemeinsam mit W. L. Gore & Associates
wurden Kunststoffprofile für das GORE®
Mercury Control System entwickelt, die die
gleiche chemische, thermische und mechanische
Beständigkeit aufweisen, wie die ursprünglichen
Bauteile aus Metall Legierungen,
jedoch in der Montage einfacher zu
verarbeiten und anzupassen sind. (B i l d 3 )
Bild 3. Strukturelement mit Rahmenprofilen
aus PPS.
Neben tragenden Profilen aus PPS GF 40,
die wir individuell entwickeln und in hochpräzisen
Extrusionsverfahren fertigen, kommen
für Eckverbindungen in den GMCS-
Modulen von W. L. Gore & Associates auch
Spritzgusselemente aus Kunststoff zum Einsatz,
die die bisherigen Komponenten aus
korrosionsbeständigem Metall ersetzen.
Das Ergebnis: Alternative
Lösung aus Kunststoff nach
nur 12 Monaten Entwicklung
im Pilotbetrieb
Rapid-Profiling-Verfahren und intensive
Tests in Zusammenarbeit mit W. L. Gore &
Associates ermöglichten einen extrem
schnellen Innovationsprozess: Nur 12 Monate
nach dem ersten Austausch über Anforderungen
und mögliche Lösungsansätze
gelangte das GORE® Mercury Control System
mit unseren neuen Kunststoffprofilen
und Verbindungselementen in den Pilotbetrieb
in Industrieanlagen in Europa und in
den USA.
Die für diese Art Innovationsprojekt sehr
kurze Entwicklungszeit ist unter anderem
der Tatsache zu verdanken, dass hier zwei
Unternehmen zusammenarbeiten, die nach
agilen Prinzipien sehr ergebnisorientiert
und in kleinen flexiblen Teams mit kurzen
Entscheidungs- und Kommunikationswegen
arbeiten. Auf diese Weise können wir schnell
auf neue Anforderungen im Projektverlauf
reagieren und den Kurs bei Bedarf neu justieren.
Fazit: Kunststoff als
leistungsstarke Alternative
zu Metall
Thermoplaste sind wahre Allrounder und
eignen sich selbst für Anwendungen unter
extremen Bedingungen wie in der Rauchgasreinigung.
Das Beispiel GORE® Mercury
Control Systems zeigt, dass das auch dort
der Fall ist, wo auf den ersten Blick kein Weg
an extrem hochwertigen Metallen als Werkstoff
für Systemkomponenten vorbei zu gehen
scheint.
In weniger als einem Jahr haben wir gemeinsam
mit W. L. Gore & Associates eine
alternative Lösung für das Rahmensystem
der Filtermodule entwickelt, das ganz ohne
Metall auskommt und trotzdem die Anforderungen
an die Beständigkeit gegenüber
chemischen, thermischen und mechanischen
Belastungen in der Rauchgasreinigung
zu 100 Prozent erfüllt.
Durch den Einsatz von technischem Kunststoff
konnte die Montage der Rahmenprofile
vereinfacht werden. Gute Lösungen liegen
oft näher, als man denkt.
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76 | vgbe energy journal 7 · 2022