Остановка потерь металла при сжигании в котлах, работающих на отходах и биомассе

Поскольку европейский рынок отходов для производства энергии и биомассы быстро растет, сжигая все большее разнообразие различных видов топлива, инженеры-котельщики столкнутся с более серьезными проблемами, связанными с коррозией и эрозией отходов металла.

4 декабря 2023 г.

Преобразование энергии из отходов в энергию (WtE), или энергия, получаемая путем сжигания отходов и биомассы, быстро растет, поскольку страны стремятся увеличить производство экологически чистой энергии, избежать захоронения мусора и восстановить собранную энергию.

В то время как некоторые операторы вводят в эксплуатацию и строят новые, специально разработанные котлы ПОЭ, другие модернизируют существующие котлы, предназначенные для сжигания традиционных видов топлива, таких как уголь, для преобразования отходов в топливо из биомассы.

Изменение типа и состава топлива означает, что топливо и газы зоны сгорания внутри этих котлов порождают новые механизмы коррозии и эрозии, что приводит к непредсказуемым, а зачастую очень разрушительным и дорогостоящим результатам.

Многие операторы и инженеры называют хлор (Cl) основным «плохим фактором», когда речь идет о коррозии биомассы или WtE, и все они называют изменения концентрации Cl своей основной проблемой. Расплавленные соли и другие агенты также имеют тенденцию присутствовать, усугубляя и ускоряя проблемы коррозии.

Оценка альтернатив – наплавка металла сварного шва

Многие котлы спроектированы и изготовлены с наплавленным металлом (WMO), установленным в критических зонах, подверженных риску эрозии/коррозии. Часто с течением времени и в ходе продолжающейся эксплуатации на незащищенных трубах за пределами секции ВМО наблюдается ускоренная коррозия (обычно называемая «ползучестью коррозии»). В этом случае необходимо расширить площадь труб, защищенных коррозионным барьером. Во многих случаях традиционное решение состоит в удалении пораженных участков и замене их новыми трубными панелями, защищенными антикоррозионным барьером WMO, нанесенным в цеху.

Однако замена секций водяной стены может привести к длительным простоям и дополнительным проблемам, таким как, среди прочего, деформация и неровности геометрии поверхности в области стыкового сварного шва. ВМО сталкивается с особыми трудностями в тех случаях, когда речь идет о внешней мебели. Альтернативой полевого применения ВМО на месте трудно управлять с точки зрения качества, она может быть невозможна на более тонких секциях труб и требует много времени, что приводит к увеличению простоев оборудования.

В других случаях в определенных частях котла применяемое ВМО может начать проявлять признаки ускоренного износа из-за коррозии уже через один или два года эксплуатации. Эти первоначальные инвестиции необходимо защитить от дальнейшей быстрой деградации, которая ставит под угрозу целостность нижележащей водной стены.

Оценка альтернатив – термическое напыление

Технология термического напыления используется для нанесения коррозионно-стойких сплавов (CRA) в энергетике с 1980-х годов, при этом напыляются металлические сплавы, широко используемые в процессе ВМО. Однако быстро стало понятно, что сам процесс термического напыления отрицательно влияет на свойства напыляемого сплава. Полученная в результате нанесения оболочка при использовании готовых проволок из металлических сплавов и обычного оборудования для термического напыления оказалась проницаемой.

Эта проницаемость из-за пористости, высокого внутреннего напряжения, инкапсулированных оксидов и более низкой прочности связи с основным металлом создала идеальный путь для коррозии и преждевременного выхода из строя. Результат прямо противоположный желаемому. Эти первые неудачи привели к всеобщему недоверию к технологии термического напыления. В то же время это предоставило огромную возможность: можно ли улучшить прочность соединения и уменьшить проницаемость, пористость, оксиды и внутренние напряжения в нанесенном термонапыленном покрытии?

Процесс термического напыления

Горстка инженеров и ученых-материаловедов из компании Integrated Global Services (IGS) успешно разработала решение этой проблемы, изменив конструкцию как транспортировочного оборудования, используемого для нанесения металлического сплава, так и самого исходного материала металлического сплава.

Прочность сцепления

Проблема прочности связи между напыленными металлическими частицами и подложкой была решена за счет увеличения скорости распыления и улучшения качества подготовки поверхности подложки. Когда распыленные частицы расплавленного металла, приносимые сверхзвуковым потоком воздуха, ударяются о подготовленную подложку, они разбрызгиваются, как блин, и внедряются в подложку, образуя очень прочные связи.

Создание непроницаемого барьера

Еще одной важной проблемой, которую необходимо было решить, была проницаемость покрытия, нанесенного методом термического напыления. Когда распыленные капли металла покидают термопистолет, во время полета к подложке они подвергаются воздействию атмосферы и 21% кислорода.

В результате эти высокотемпературные расплавленные капли окисляются в полете. Если не контролировать, когда капли металла попадают на подложку, они осаждаются вместе с тонким слоем оксида, что ухудшает проницаемость нанесенной микроструктуры.

Компания Integrated Global Services (IGS) решила проблему макропористости с помощью своей плакировки из высокоскоростного сплава. Имеющиеся в продаже сплавы были модифицированы уникальными легирующими компонентами для предотвращения окисления в полете. За счет уменьшения образования оксидов значительно улучшились коррозионные характеристики и проницаемость защитного барьера.

Обеспечение и контроль качества

Несколько поставщиков термонапыления для мастерских рискнули выйти на рынок применения критически важных активов на месте, и их противоречивые результаты, возможно, нанесли ущерб репутации «облицовки, наносимой термонапылением» в целом. WMO успешно применяется на протяжении десятилетий в качестве инженерного решения с соответствующими требованиями контроля качества как для техника/оператора (сварщика), так и для процесса сварки и сварочного сплава. В результате существует множество процедур, стандартных методов и средств контроля, которым клиент может следовать, чтобы обеспечить соответствие стандартам и качеству приложения. С другой стороны, плакирование из высокоскоростного сплава (HVTS) является относительно новым явлением. Следовательно, IGS пришлось разработать несколько систем контроля качества, адаптированных на основе устоявшейся модели сварочной отрасли, чтобы гарантировать, что их приложения не будут следовать опыту «термического напыления» прошлого.

Инновации в защите от коррозии

Эксперт IGS по покрытиям котлов, работающих на энергии из отходов и биомассы, Колин Бейтман, сказал: «Некоторые операторы котлов считают, что нанесение наплавленного слоя из сплава 625 является единственным доступным решением для защиты водяных стенок котла от отходов/биомассы. коррозия. Так было на протяжении многих лет, но теперь компания IGS доказала эффективность HVTS в нескольких независимых тестах и ​​сложных практических приложениях.

«Поскольку применение HVTS на месте намного быстрее и проще, чем наплавка, оно стало предпочтительным вариантом защиты от коррозии для многих операторов. Благодаря покрытиям из сплава IGS, наносимым высокоскоростным термическим напылением (HVTS), наши клиенты пользуются всеми преимуществами наплавки без недостатков. Наше время нанесения значительно сокращается: 3–6 м 2 на машину в смену».

Тематические исследования и дополнительная информация

Поскольку европейский рынок переработки отходов в энергию и биомассу быстро растет, сжигая все большее количество различных видов топлива, инженеры-котельщики столкнутся с более серьезными проблемами, связанными с коррозией и эрозией отходов металла. IGS может обеспечить эффективный барьер для защиты существующих деталей, находящихся под давлением, на месте, что предотвратит дальнейшую потерю металла и необходимость замены панелей водяной стены.

Однако при выборе системы «термического напыления» в качестве барьера от коррозии необходимо учитывать различия между поставщиками в конструкции, технологии, применении и производительности этих систем. Клиенты всегда должны запрашивать соответствующие рекомендации, свидетельства опыта эксплуатации и отчеты об испытаниях, которые следует тщательно проверять, чтобы гарантировать, что барьер CRA в установленном состоянии будет работать должным образом.

Подписывайтесь на наш канал в Telegram