![Page 1: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/1.jpg)
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.
![Page 2: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/2.jpg)
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.
![Page 3: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/3.jpg)
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)
![Page 4: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/4.jpg)
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.
![Page 5: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/5.jpg)
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:
![Page 6: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/6.jpg)
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.
![Page 7: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/7.jpg)
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.
![Page 8: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/8.jpg)
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
![Page 9: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/9.jpg)
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
![Page 10: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/10.jpg)
Pro informaci uvádíme z široké škály zkoušek
výsledky při teplotě kovu 550 °C, což je teplota při
výstupní páře 500 °C.
![Page 11: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/11.jpg)
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
![Page 12: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/12.jpg)
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.
![Page 13: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/13.jpg)
![Page 14: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/14.jpg)
![Page 15: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/15.jpg)
![Page 16: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/16.jpg)
![Page 17: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/17.jpg)
![Page 18: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/18.jpg)
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.
![Page 19: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/19.jpg)
![Page 20: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/20.jpg)
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.
![Page 21: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/21.jpg)
![Page 22: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/22.jpg)
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)
![Page 23: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/23.jpg)
![Page 24: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/24.jpg)
![Page 25: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/25.jpg)
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 -
![Page 26: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/26.jpg)
![Page 27: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/27.jpg)
![Page 28: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/28.jpg)
![Page 29: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/29.jpg)
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.
![Page 30: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/30.jpg)
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.
![Page 31: Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062314/568130c0550346895d96dde4/html5/thumbnails/31.jpg)
Děkuji za pozornost.