OCHRANNÉ KOVOVÉ, POLYMERNÍ A KERAMICKÉ POVLAKY NA TEPLOSM NNÝCH PLOCHÁCH KOTL PRO SPALOVÁNÍ BIOMASY

Transkript

1 OCHRANNÉ KOVOVÉ, POLYMERNÍ A KERAMICKÉ POVLAKY NA TEPLOSM NNÝCH PLOCHÁCH KOTL PRO SPALOVÁNÍ BIOMASY PROTECTIVE METALLIC, POLYMERE AND CERAMIC COATINGS ON HEAT TRANSFER SURFACES OF BOILERS BURNING BIOMASS Otakar BRENNER a, Josef CIZNER a, Ladislav HORVÁTH b a SVÚM a.s., Podnikatelská 565, Praha 9, eská republika, brenner@svum.cz b VAMET s.r.o. Slávy Horníka 16a, Praha 5, eská republika, Abstrakt V kotlích pro spalování biomasy se vyu ívá jako palivo p edev ím d evní t pka, ale v sou asné dob se p echází i na spalování zem d lských produkt s vy ími obsahy chlóru. Slou eniny chlóru ve spalinách ve form HCl p i ni ích teplotách zvy ují nebezpe í korozního napadení teplosm nných ploch kotl, na kterých m e docházet k poklesu teplot pod rosný bod HCl. Protikorozní ochranu lze e it volbou vysokolegovaných ocelí a slitin odolných v HCl nebo pou itím ochranných povlak a nást ik. Jejich pou ití je dáno teplotou a koncentrací HCl. Byly provedeny laboratorní zkou ky nást ik a povlak z korozivzdorných materiál, polymerních a keramických povlak v % HCl p i 80 C. Na základ t chto výsledk byly provedeny provozní zkou ky na kotlích. Provozní zkou ky prokázaly, e jako vhodná protikorozní ochrana je pou ití povlak na bázi fluorovaných polymer ( E-CTFE a PFA) a keramické povlaky Klí ová slova: ochranné povlaky, korozní odolnost, spalování biomasy Abstract In furnaces for burning biomass fuel is used mainly as wood chips, but currently goes to burning of agricultural products with higher levels of chlorine. Chlorine compounds in the flue gas in the form HCl at lower temperatures increase the risk of corrosion attack heat transfer surfaces of boilers, where it may occur pollesu temperatures below the dew point of HCl. Corrosion protection can be addressed choice of highresistant steels and alloys in HCl or using protective coatings. Their use is determined by temperature and concentrations of HCl. Laboratory tests were carried out and spray coating of corrosion-resistant materials, polymere and ceramic coatings in% HCl at 80 C. Based on these results, field trials were conducted on specific boilers. Field trials have shown that a suitable corrosion protection is the use of coatings based on fluoropolymers (E-CTFE and PFA) and ceramic coatings Keywords : protective coating, corrosion protection, burning biomass 1. KOROZNÍ PROBLÉMY P I SPALOVÁNÍ BIOMASY Kotle pro spalování biomasy jsou ur eny bu ke 100 % spalování biomasy, nebo ke kombinaci biomasa uhlí. Spaluje se p edev ím d evní t pka, ale p echází se i na spalování zem d lských produkt. Jedná o suroviny s vy ími obsahy chlóru a síry, jejich slou eniny ve spalinách p i ni ích teplotách zvy ují korozní problémy teplosm nných ploch kotl. Nej ast ji dochází k poklesu teplot spalin na chlazených teplosm nných plochách jak p i vlastním provozu, tak i jako d sledek nestandardních stav, kde dochází k poklesu teploty pod rosný bod HCl (cca 80 C) a k silnému koroznímu napadení nelegovaných ocelí. Protikorozní ochranu lze e it bu volbou kompaktních materiál odolných v HCl kolem 1 hmot. % nebo pou itím ochranných povlak.

2 2. ODOLNOST OCELÍ A SLITIN V KYSELINÉ CHLOROVODÍKOVÉ Austenitické korozivzdorné oceli s obsahem Mo do 3 % nejsou pro dané provozní podmínky pou itelné. Vyhovující jsou oceli s vysokým obsahem Mo ( 4 6 % ) a niklové slitiny, rovn s vysokým obsahem Mo Dal í mo nost je pou it nást iky z t chto ocelí a slitin na nelegovanou ocel. 3. ODOLNOST ORGANICKÝCH MATERIÁL V KYSELIN CHLOROVODÍKOVÉ Pro teplotu 80 C a koncentraci nad 1 % HCl lze pou ít epoxidové prysky ice (EP), fenolové prysky ice (FP), polyesterové prysky ice a polypropylen (PP). Specifickou skupinou s vysokou korozní odolností v tomto prost edí jsou je fluoroplasty. polytetrafluoretylem polyvinylidenfluorid etylenchlortrifluoretylen perfluoralkoxid 4. LABORATORNÍ ZKOU KY ( PTFE) (PVDF) (E-CTFE) ( PFA) Zkou ky byly provedeny v HCl o koncentraci %, t = 80 C, doba do 1000 h u ocelí 316 a slitin 625 a 59. Pro nanesení nást ik a povlak byla vybrána nelegovaná ocel jakosti ocel jakosti AISI 316 ( CrNiMo ) slitina typu 625 slitina typ 59 ( Ni62Cr22Mo9) Pro plastové nást iky z fluorovaných polymer byly vybrány (Ni60Cr16Mo16Fe5W4) polyamid PA ( nevhodný pro prost edí HCl) polytetrafluoretylen PTFE (údajn nevhodný ve form povlaku) etylenchlortrifluoretylen E-CTFE perfluoralkoxid PFA Dále byly pou ity keramické povlaky BG COAT a to typy pln né Cr 2 O 3 (G) nebo TiO 2 (W ) Kompaktní kovové materiály Zkou ky oceli typu 316L a slitin typu 625 a 59 byly provedeny do asu 660 hodin v 1 % HCl a dále u slitiny typu 59 i v 5 % HCl. Ocel AISI 316 L : V K (rychlost koroze) 8.3 mm/rok + bodová koroze Slitina typu 625 : V K 0.38 mm/rok, ádná bodová koroze Slitina typu 59 : V K v 1 % HCl mm/rok, 5 % HCl 0.12 mm/rok, ádná bodová koroze 4.2. Nást iky z korozivzdorných ocelí a niklových slitin U oceli typu AISI 316 a slitiny typu 625 do lo k silnému napadení a odlupování ochranných vrstev. Korozní napadení bylo výrazné ji po dob expozice 300 hod. Nejv t í napadení bylo na hranách vzorku. Na slitin typu 59 s 16 % Mo nebylo vizuáln zji t no ádné výrazné korozní napadení

3 4.3. Keramický povlak BG COAT Zkou ky povlak BG COAT v 0.1, 0.5 a 1.0 % p i 80 C prokázaly, e povlaky pln né Cr 2 O 3 nejsou odolné ani v 0.1 % HCl, zatímco povlaky pln né TiO 2 jsou odolné i v 1 % HCl 4.4. Zkou ky povlak na bázi polymer Zkou ky povlak na bázi polymer v technické HCl p i koncentracích % a teplot 80 C do asu 1000 hodin prokázaly, e povlak z polytetrafluoretylenu PTFE není vhodný ji pro velmi nízké koncentrace HCl (0.2 %) a povlak z polyamidu PA 11 není vhodný pro koncentrace HCl nad 1 %. Povlaky z polyfluoralkoxidu PFA a z etylenchlortrifluoretylenu E CTFE byly odolné v kyselin chlorovodíkové i p i koncentraci 10 % a teplot 80 C. 5. PROVOZNÍ ZKOU KY 5.1. Elektrárna Hodonín Do oh íváku vzduchu LUVO byly umíst ny trubky z nelegované oceli opat ené povlakem PFA a nást ikem z oceli AISI 316. Tlou ky vrstev PFA byly ve výchozím stavu m a nást iky z oceli AISI 316 byly m. Po expozici 7000 hodin nebyly na obou povlacích nalezeny ádné úbytky tlou ky povlak. 5.2 Spalovna Bratislava Vzorky byly umíst ny do pr duchu tkaninových filtr, kde docházelo ke koroznímu napadení za ízení Do provozního prost edí byly umíst ny vzorky pokryté PFA ( tlou ka povlaku m), AISI 316 ( tlou ka m) a keramickými nát ry BG COAT W nebo G ( tlou ka m) Po provozu 3000, 5400 a 972 h nebyly zji t ny ádné zm ny v tlou kách ani vzhledu povlak 5.3 Elektrárna Kladno Do oh íváku vzduchu LUVO, byly umíst ny povlakované trubky z PVDF (tlou ka povlaku m), trubky s nást ikem AISI 316 ( tlou ka m) a trubky z keramickými povlaky BG COAT W a G ( tlou ka ( m) ut sn né polyesterovým nát rem. Po ro ním provozu bylo zji t no výrazné korozní napadení stávajících trubek z uhlíkové oceli hlavn na vstupu chladného vzduchu, kde je nejv t í pravd podobnost kondenzace. Nebyly nam eny ádné úbytky tlou ek st n PVDF, AISI 316 a BG COAT. Bylo ale pozorováno rezavé zbarvení nást ik z oceli AISI 316 L v délce cca 400 mm od vstupu studeného vzduchu, pravd podobn v d sledku porezity nást iku 6. ZÁV R Byla sledována korozní odolnost kovových a keramických nást ik a organických povlak nanesená na nelegované oceli za podmínek pod rosným bodem spalin obsahující HCl na teplosm nných plochách kotl pro spalování biomasy. Provozní zkou ky prokázaly jako vhodnou povrchovou ochranu organické povlaky na bázi fluorovaných polymer ( perfluorakoxidu PFA nebo etylenchlortrifluoretylen E-CTFE ) a keramické povlaky BG COAT.

4 Vstup chladného vzduchu Obr.1. Korozní napadení vým níku vzduchu na spalovn Hodonín Trubky z uhlíkaté oceli Fig. 1. Corrosin attack of air exchanger in waste incineration plant Hodonin Carbon steels tubes 316L PFA Obr.2. Elektrárna Hodonín - oh ívák vzduchu ( LUVO) po 7000 hod provozu Ochranné povlaky z 316L a PFA Fig. 2. Power plant Hodonín - air exchange LUVO after 7000 hour Protective coating 316L and PFA

5 Obr.3. Elektrárna Kladno- oh ívák vzduchu (LUVO) 8500 hodin provozu Trubky z uhlíkové oceli Fig. 3. Power plant Kladno - air exchanger LUVO after 8500 hour Carbon steels tubes BG COAT G 316 L korozní napadení PVDF Obr.4. Elektrárna Kladno- oh ívák vzduchu (LUVO) 8500 hodin provozu Ochranné povlaky z 316L a PFA Fig. 4. Power plant Kladno - air exchange LUVO after 8500 hour Protective coating 316L and PFA