Untersuchungen zu Abrieb bei keramischen Partikeln durch Aufbau und Test einer beheizbaren Scherzelle

Abstract

In Solarturmkraftwerken wird die einfallende Solarstrahlung durch ein Heliostatenfeld auf einen Receiver fokussiert. Der Receiver wird mit einem Wärmetransportmedium durchströmt, das durch die konzentrierte solare Strahlung auf sehr hohe Temperaturen erhitzt wird. Die Wärmeenergie steht dann für die weitere Nutzung als Prozesswärme oder zur Stromerzeugung bereit. Es gibt verschiedene Arten von Receivern und Wärmetransportmedien. In dieser Arbeit wird ein Zentrifugal-Partikelreceiver-Konzept betrachtet, bei dem keramische Partikel das Wärmeträgermedium bilden. Durch die beim Durchlaufen des Prozesses auftretende Reibung entsteht Abrieb an den Partikeln. Dieser bedeutet einen Massenverlust, der ersetzt werden muss. Somit ist der Partikelabrieb ein Kostenfaktor, der für die Wirtschaftlichkeit des Konzepts relevant ist. Die Datengrundlage des Abriebverhaltens der Partikel bei hoher Temperatur ist unzureichend, deshalb wird in dieser Arbeit eine Versuchsvorrichtung für die Bestimmung des Abriebs keramischer Partikel in einem Zentrifugal-Partikelreceiver für Solarturmkraftwerke entwickelt. Dabei sollen die Bedingungen im Receiver nachgebildet werden. Die Wahl des Konzepts für den Teststand fällt auf eine beheizbare Ringscherzelle. Die thermische Auslegung erfolgt mit Hilfe von FEM-Analysen mit dem Ziel, eine möglichst geringe Aufheizzeit der Vorrichtung zu erreichen. Anschließend wird der Teststand aufgebaut und erfolgreich in Betreib genommen.