310 likes | 463 Views
ODPADOVÉ FORUM 2013 Kouty nad Desnou 17.4. – 19.4. Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry. Ing. Josef Cizner , CSc.; SVÚM a.s., Praha - Běchovice Ing. Kamil Stárek, PhD., VÍTKOVICE POWER ENGINEERING a.s. Ing. Šárka Hermanová, VÍTKOVICE POWER ENGINEERING a.s.
E N D
ODPADOVÉ FORUM 2013 Kouty nad Desnou 17.4. – 19.4. Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry Ing. Josef Cizner, CSc.; SVÚM a.s., Praha - Běchovice Ing. Kamil Stárek, PhD., VÍTKOVICE POWER ENGINEERING a.s. Ing. Šárka Hermanová, VÍTKOVICE POWER ENGINEERING a.s.
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 N2-8Vol.-% O2 -15Vol.-%H2O-0.2Vol.-%HCl-0.02Vol.-%SO2 O2 2HCl + 1/2O2 = H2O + Cl2 Cl2 atmosféra úsada Cl2 Cl2 2KCl + Fe2O3 + 1/2O2 = K2Fe2O4 + 2 + 3/2= Fe2O3 + 2Cl2 Cl2 + =FeCl2(s) = FeCl2(g) FeCl2(g) oxidická vrstva Fe Fe základní materiál
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- vozníchzkouškách byly zvolené teploty dány možnými vstupy do kotlů.
Pro informaci uvádíme z široké škály zkoušek výsledky při teplotě kovu 550 °C, což je teplota při výstupní páře 500 °C.
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 oxidickouvrstvu. • 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 a5 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 UhligRohrbogen a firma Fronius.
Kvantitativní analýzy vzorků popílku a úsad (průměr z 10 měření)
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.