Materiálová problematika spaloven s vyššími parametry páry 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 O2 -15Vol.-%H2O-0.2Vol.-%HCl-0.02Vol.-%SO2 2HCl + 1/2O2 = H2O + Cl2 Cl2 atmosféra 2KCl + Fe2O3 + 1/2O2 = K2Fe2O4 + Cl2 Cl2 úsada 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 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

Laboratorní zkoušky - 550 °C

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 Materiál Korozní rychlost (mm/rok) Nicrofer 3220H 0,2635 Nicrofer 3228 NbCe 0,2959 Nicrofer 5520Co 0,0198 Nicrofer 6030 0,0990 Nicrofer 6020hMo 347 HFG 0,9774 E 1250 0,9966 17021 0,7371 HR120 0,1763 HR160 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.

Kvantitativní analýzy vzorků popílku a úsad (průměr z 10 měření)

Poloprovozní zkoušky návarů

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.