materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry
Post on 01-Jan-2016
44 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Materiálová problematika spalovens vyššími parametry páry
Ing. Josef Cizner, CSc.; SVÚM a.s., Praha - BěchoviceIng. Kamil Stárek, PhD., VÍTKOVICE POWER ENGINEERING a.s.Ing. Šárka Hermanová, VÍTKOVICE POWER ENGINEERING a.s.
ODPADOVÉ FORUM 2013Kouty nad Desnou 17.4. – 19.4.
S energetickým využíváním odpadů se pozornost investorů i dodavatelů spalovenských kotlů zaměřila na zvýšení elektrické účinnosti. Cestou je zvyšování parametrů výstupní páry až na hodnoty 500 °C a 90 bar. Zde ovšem konstruktéři narážejí na zvýšené nebezpečí chloridové koroze, která významně snižuje životnost teplosměnných ploch.
Mechanismus koroze
2HCl + 1/2O2 = H2O +
2KCl + Fe2O3 + 1/2O2 = K2Fe2O4 +
2 + 3/2 = Fe2O3 + 2Cl2
+
základní materiál
oxidická vrstva
Cl2
Cl2Cl2
Cl2
FeCl2(g)= FeCl2(s) =
atmosféra
úsada
Cl2
FeFe
N2-8Vol.-%O2O2-15Vol.-%H2O-0.2Vol.-%HCl-0.02Vol.-%SO2
FeCl2(g)
Pro běžné parametry páry 400 °C, 40 bar lze použít
nízkolegované žárupevné oceli, většinou ocel
16Mo3. Životnost je 3 až 8 let. Spalovny v české
republice (SAKO Brno, TERMIZO Liberec i na
Slovensku OLO Bratislava, Spalovna Košice),
přecházejí na protikorozní ochranu povlaky
niklových slitin. Technologií nanášení je návar
technologií TIG, nebo tzv. horký nástřik.
Při zvýšení teploty páry až na 500°C se nebezpečí
vysokoteplotní koroze výrazně zvyšuje, podle našich
testů oproti teplotě 400 °C se korozní rychlost zvýší
o řád.
Cest pro zvyšování spolehlivosti a životnosti teplo-
směnných ploch je několik:
a) Chemická cesta - použití thiomočoviny (síran amonný) pro nástřik do spalin a přeměnu vzniklých
chloridů na sírany. Tento postup byl patentován firmou Vattenfall jako ChlorOut a byl provozně
odzkoušen na spalovně v Hamburku.
b) Konstrukční úprava-použití mezipřehříváku, koneč- ný ohřev na teplotu a tlak provádět mimo proud spalin.
c) Volba vhodných materiálů, které by umožnily výrazně výrazně zvýšit životnost trubkových systémů.
Zkoušení materiálů
V SVÚM jsme v rámci spolupráce s VŠB
Ostrava a VPE Vítkovice odzkoušeli celou řadu
ocelí a slitin v laboratorních podmínkách při
teplotách 500, 525, 550 a 570 °C a dále
poloprovozně expozicí trubkových řezů na tyči
při teplotách 400 a 450 °C v OLO Bratislava a
480°C a 530°C v ZEVO Malešice. Při polopro-
vozních zkouškách byly zvolené teploty dány
možnými vstupy do kotlů.
Prvkové složení
Materiál C Si Mn Cr Mo Ni Ostatní
15128 0,10-0,18 0,15-0,40 1,45-0,70 0,50-0,75 0,40-0,60 – 0,35 V
13CrMo4-5 0,10-0,17 0,35 0,40-0,70 0,70-1,15 0,40-0,60 0,30 0,04 Al; 0,3 Cu
16Mo3 0,12-0,20 0,35 0,45-0,90 0,30 0,25-0,35 0,30 0,04 Al; 0,3 Cu
10CrMo9-10 0,08-0,14 0,50 0,30-0,70 2,00-2,50 0,90-1,10 0,30 0,04 Al; 0,3 Cu
T23 0,04-0,10 0,50 0,10-0,60 1,90-2,60 0,05-0,30 – 0,03 Al; 0,08 Nb; 0,3 V 0,03 N; 1,58 W
X10CrMoVNb9-1 0,08-0,12 0,20-0,50 0,30-0,60 8,00-9,50 0,85-1,05 0,40 0,04 Al; 0,30 Cu
X10CrWMoVNb9-2 0,07-0,13 0,50 0,30-0,60 8,50-9,50 0,30-0,60 0,40 0,04 Al; 0,09 Nb;0,25 V 0,006 B; 0,07 N; 2,0 W
347 HFG 0,06-0,10 0,75 2,00 17,0-20,0 – 9,0-13,0 –
304 H 0,07-0,13 0,30 1,00 17,0-19,0 – 7,5-10,5 0,03 Al; 3,5 Cu; 0,6 Nb; 0,01 B; 0,12 N
E1250 0,084 0,58 6,25 14,90 0,94 9,65 0,86 Ni; 0,22 V; 0,004 B
AISI 316 0,04-0,08 0,75 2,00 16,0-18,0 2,0-2,50 12,0-14,0 –
HR3C 0,10 1,50 2,00 23,0-27,0 – 17,0-23,0 0,6 Nb; 0,35 N
800 HP 0,05-0,10 0,70 1,50 19,0-22,0 – 30,0-34,0 0,65 Al; 0,5 Cu; 0,65 Ti
Alloy 625 0,025 – – 21,00 8,0-10,0 zbytek 3,0 Fe; 3,2-3,8 Nb
45 TM 0,05-0,12 2,5-3,0 1,0 26,0-29,0 – 45,0 25,0 Fe; 0,3 Cu; 0,15 Ce
HR 230 0,10 0,40 0,50 22,00 2,00 57,0 3,0 Fe; 5 Co; 0,02 B; 14 W
HR 160 0,05 2,75 0,50 28,00 1,00 37,0 0,5Ti; 1,0 W; 2,0 Fe; 29Co
Laboratorní zkoušky - 550 °C
Zkušební podmínky pro laboratorní zkoušky
1 Modelová atmosféra: N2 + 9 % O2 + 0,2 HCl + 0,08 % SO2
2 Úsada: Popílek ze Spalovny Praha
3 Složení popílku [hm. %]
Na Al Si S Cl K Ca Ti Fe Zn Pb
1,80 1,60 1,65 1,30 3,90 0,36 7,80 0,30 0,61 1,20 0,57
4 Teplota: 500, 525, 550 a 575 °C
5 Celková doba zkoušek: 1500 a 2000 h
6 Časové intervaly pro gravimetrické hodnocení: 100, 300, 500, 1000 1500 a 2 000 h
7 Průtok plynu: 250 ml/min.
8 Počet vzorků od každé oceli: 6
Pro informaci uvádíme z široké škály zkoušek
výsledky při teplotě kovu 550 °C, což je teplota při
výstupní páře 500 °C.
Kinetické křivky a gravimetrické hodnocení mm/rok
MateriálKorozní rychlost
(mm/rok)
Nicrofer 3220H 0,2635Nicrofer 3228 NbCe 0,2959Nicrofer 5520Co 0,0198Nicrofer 6030 0,0990Nicrofer 6020hMo 0,0198347 HFG 0,9774E 1250 0,996617021 0,7371HR120 0,1763HR160 0,0816
Metalografické hodnocení
Při vysokoteplotní korozi dochází jednak ke vzniku
vnější oxidické vrstvy, kdy ze základního materiálu
difundují prvky, reagující s kyslíkem (sírou, chlorem
ap.) - Fe, Cr, Mn a další. Kyslík, síra, chlor naopak
difundují z povrchu do základního materiálu přes
strukturní složky a penetrovaná část se spojuje ve
vnitřní oxidickou vrstvu.
Kompaktní oxidické vrstvy lze měřit, metodami NDT se
kontrolují změny tlouštěk materiálu. Rozsah penetrace
lze posoudit pouze metalograficky.
Poloprovozní zkoušky
Na laboratorní zkoušky navazovaly zkoušky poloprovozní
na dvou spalovnách - OLO Bratislava a ZEVO Praha. U
zvolených materiálů byly z trubek zhotoveny úřezky o
tloušťce 8 mm. Od každého materiálu byly vyrobeny 2
kroužky, první byl odebrán po 4 838 hodinách v ZEVO a
5 410 hodinách v OLO – I etapa zkoušek, druhý vzorek po
skončení experimentu (11 435 hodin v ZEVO a 13 481
hodin v OLO). Nebyla proto v průběhu testu odstraňována
korozní vrstva jako v případě zkoušek laboratorních.
Kromě ocelí a slitin proběhly na ZEVO Praha zkoušky
při teplotě 530 °C návary niklovými slitinami 625 a 686.
Návary zhotovila firma Uhlig Rohrbogen a firma
Fronius.
Prvek OLO Bratislava ZEVO Praha
400 °C 450 °C 480 °C 530 °C C 0,13 0,39 0,33 0,25 O 52,37 67,31 63,64 70,38 Na 0,11 3,31 0,38 0,36 Al 0,09 1,82 0,06 0,26 Si 1,65 3,23 0,02 0,28 P 0,03 0,63 0,23 0,19 S 0,08 2,72 0,89 0,73 Cl 0,38 0,85 3,68 1,52 K 1,45 2,58 0,10 1,19 Ca 1,29 12,67 26,13 22,61 Fe 39,34 0,25 0,11 0,32 Zn 0,21 2,17 0,10 0,38 Pb 0,26 0,42
Kvantitativní analýzy vzorků popílku a úsad (průměr z 10 měření)
Poloprovozní zkoušky návarů
Celkové hodiny 1. měření 2. měření 3. měření Uhlig 686 3 633 7 004 11 355 Uhlig 625 2 365 6 129 9 594 Fronius 625 1 431 5 319 8 784
Slitina Ni Mo Cr W Nb
625 61 9 22 - 4 686 57 16 21 3,9 -
Z á v ě r y
Výsledky laboratorních zkoušek při teplotě 550
°C ukázaly, že austenitické oceli i ocel 13 % Cr
mají vysoké úbytky, které se blíží k hodnotě
1mm/rok. Vybrané niklové slitiny jsou minimálně
o 1 řád lepší. Provozní zkoušky probíhaly za
teplot, které kolísaly během testu a rovněž
agresivita úsad (obsahy Cl, S) byla nižší než při
laboratorních zkouškách.
Velmi dobrá korozní odolnost byla naměřena u
obou typů zkoušených návarů. Zde se projevila i
změna úbytků hmotnosti v závislosti na poloze
měřeného místa v kotli.
Pro seriózní odhad životnosti plánujeme nainsta-
lovat zkušební trubky ve formě odbočky přímo ve
spalovenském kotli.
Děkuji za pozornost.
top related