Témata
Reklama

Korozní problémy při spalování biomasy a komunálního odpadu

Kotle pro spalování biomasy jsou určeny buď ke 100% spalování biomasy, nebo ke kombinaci biomasa - uhlí. V současné době se spaluje především dřevní štěpka, ale přechází se i na spalování zemědělských produktů (sláma, otruby, seno, slupky, oříšky). Předpokládá se i spalování energetických rostlin (šťovík, laskavec, topolovka, mužál). Ve srovnání s dřevnými štěpky se jedná o suroviny s vyššími obsahy chlóru a síry a jejich sloučeniny ve spalinách zvyšují korozní problémy teplosměnných ploch kotlů.

Dříve byla koroze kotlů zaměřena na vysokoteplotní korozi trubek přehříváků a membránových stěn, v současnosti dochází ke koroznímu napadení částí kotlů, které přicházejí do styku se spalinami při nižších teplotách. Nejčastěji dochází k poklesu teplot spalin na chlazených teplosměnných plochách jak při vlastním provozu, tak i jako důsledek stavů při najíždění nebo sjíždění zařízení, odstávkách nebo výpadcích technologií. Jedná se především o výměníky vzduchu (LUVO), kompenzátory, koncové ventilátory, elektroodlučovače apod. Pokles teplot spalin na chlazených teplosměnných plochách je důsledek nestandardních stavů, kde dochází k poklesu teploty pod rosný bod kyseliny chlorovodíkové (cca 80 °C), která vzniká při spalování. Dochází k silnému koroznímu napadení trubek nelegovaných ocelí (obr. 1). Podobné korozní problémy jsou i na kotlích ve spalovnách komunálního odpadu, protože i v tomto případě jsou spalovány odpady obsahující chlor. Na chlazených teplosměnných plochách trubek dochází rovněž k poklesu teploty pod rosný bod kyseliny chlorovodíkové (cca 80 °C) a k silnému koroznímu napadení.

Reklama
Reklama
Obr. 1. Korozní napadení trubek z uhlíkových ocelí ve výměníku vzduchu v prostředí zkondenzovaných spalin při spalování biomasy obsahující chlor.
Obr. 2. Stav povrchu vzorků s povlakem BG Coat po zkouškách v HCl. Povlak BG Coat W (plněný TiO2 ) je odolný.
Obr. 3. Stav povrchu vzorků s povlakem PFA po zkouškách v HCl. Žádné napadení povrchu není zřejmé.

Korozní napadení těchto částí lze řešit buď volbou kompaktních materiálů odolných v HCl nebo použitím ochranných povlaků (kovových, keramických, organických) v závislosti na teplotě a koncentraci HCl.

Odolnost materiálů v kyselině chlorovodíkové

Běžné austenitické korozivzdorné oceli typu C18rNi13Mo s obsahem Mo do 3 % (typ 316L) nejsou pro dané provozní podmínky použitelné. Vyhovující jsou vysokolegované austenitické korozivzdorné oceli s vysokým obsahem Mo nad 7 % a niklové slitiny, rovněž s vysokým obsahem Mo. Jedná se o velmi drahé materiály. Další možností je použít rovněž drahé nástřiky z těchto ocelí a slitin na nelegovanou ocel.

Pro teplotu 80 °C a koncentraci nad 1 % HCl lze z polymerních materiálů použít epoxidové pryskyřice (EP), fenolové pryskyřice (FP), polyesterové pryskyřice a polypropylen (PP). Specifickou skupinou s vysokou korozní odolností v tomto prostředí jsou fluoroplasty.

Laboratorní zkoušky

Zkoušky nekovových nástřiků a povlaků byly provedeny na vzorcích v HCl o koncentraci 0,2–10 % při teplotě t = 80 °C do doby 1 000 h. Nástřiky povlaků byly naneseny na základní materiál, kterým byla nelegovaná ocel jakosti 11 375. Jako porovnávací materiál pro korozní zkoušky byla vybrána jednak kompaktní ocel typu 316L, jednak i nástřik z korozivzdorné ocel jakosti 316L (03 CrNiMo 18-12-3).

Dále byly použity keramické povlaky BG Coat, a to typy plněné Cr2O3 (G) nebo TiO2 (W). Jejich chemické složení není výrobcem definováno.
Pro plastové nástřiky z  fluorovaných polymerů byly vybrány:

  • polyamid PA (nevhodný pro prostředí HCl);
  • polytetrafluoretylen PTFE (údajně nevhodný ve formě povlaku);
  • PVDF polyvinylidenfluorid;
  • perfluoralkoxid PFA.

Zkoušky kompaktní tvářené oceli typu 316L byly uskutečněny v čase 660 hodin v  1 % HCl. Byla naměřena vysoká korozní rychlost 8,3 mm/rok a zjištěna přítomnost výrazné bodové koroze. U nástřiku z oceli typu 316L na uhlíkovou konstrukční ocel došlo k silnému koroznímu napadení a odlupování ochranných vrstev již po době expozice 300 hodin. Největší napadení bylo na hranách vzorku. Zkoušky povlaků BG Coat v 0,1; 0,5 a 1,0 % HCl při 80 °C prokázaly, že povlaky plněné Cr2O3 nejsou odolné ani v 0,1 % HCl, zatímco povlaky plněné TiO2 jsou odolné i v 1 % HCl (obr. 2).

Zkoušky povlaků na bázi polymerů v technické HCl při koncentracích 0,2–10 % a teplotě 80 °C do času 1 000 hodin prokázaly, že povlak z polytetrafluoretylenu PTFE není vhodný již pro velmi nízké koncentrace HCl (0,2 %) a povlak z polyamidu PA 11 není vhodný pro koncentrace HCl nad 1 %. Povlaky z polyfluoralkoxidu PFA (obr. 3) a z PVDF polyvinylidenfluorid byly odolné v kyselině chlorovodíkové i při koncentraci 10 % a teplotě 80 °C.

Na základě laboratorních výsledků byly pro provozní zkoušky vybrány polymerní nástřiky z polyfluoralkoxidu (PFA) a z polyvinylidenfluoridu (PVDF) a keramický povlak BG Coat W. Jako porovnávací materiál byl použit nástřik z korozivzdorné oceli typu 316L. Nástřiky a povlaky byly vyrobeny na vzorcích nebo trubkách z nelegované oceli.

Provozní zkoušky

Spalovna Bratislava

Vzorky byly umístěny do průduchu tkaninových filtrů ve spalovně komunálního odpadu v Bratislavě, kde docházelo ke koroznímu napadení zařízení z nelegovaných ocelí.


Obr. 4. Korozní napadení průduchu tkaninových filtrů ve spalovně Bratislava


Obr. 5. Vzhled zkušebních vzorků umístěných v tkaninových filtrech po provozu 20 000 hodin ve spalovně Bratislava

Do provozního prostředí byly umístěny vzorky pokryté PFA (tloušťka povlaku 550–700 μm), AISI 316 (tloušťka 220 300 μm), keramickým nátěrem BG Coat W (tloušťka 205–300 μm) a korozivzdornou ocelí 316L. Po provozu 20 000 hodin nebyly zjištěny žádné změny v tloušťkách ani vzhledu povlaků

Elektrárna Kladno

Do ohříváku vzduchu LUVO na elektrárně Kladno byly umístěny povlakované trubky z PVDF (tloušťka povlaku 650–800 μm), trubky s nástřikem AISI 316 (tloušťka 390–450 μm) a trubky s keramickými povlaky BG Coat W tloušťka (190–200 μm) utěsněné polyesterovým nátěrem. Po ročním provozu bylo zjištěno výrazné korozní napadení stávajících trubek z uhlíkové oceli hlavně na vstupu chladného vzduchu, kde je největší pravděpodobnost kondenzace. Nebyly naměřeny žádné úbytky tlouštěk stěn PVDF, AISI 316 a BG Coat. Bylo však pozorováno rezavé zbarvení nástřiků z oceli AISI 316 L v délce cca 400 mm od vstupu studeného vzduchu, pravděpodobně v důsledku pórozity nástřiku. Kontrola stavu povrchu trubek byla naposledy provedena po 25 000 hodinách (3 roky provozu). Na povlacích z PVDF a keramických nátěrech nebylo nalezeno žádné poškození. Stav nástřiků z oceli 316L se zhoršil proti stavu po ročním provozu.


Obr. 6. Elektrárna Kladno – ohřívák vzduchu (LUVO), vstup chladného vzduchu, 3 roky provozu, trubky z uhlíkové oceli.


Obr. 7. Elektrárna Kladno – ohřívák vzduchu (LUVO), vstup chladného vzduchu, 3 roky provozu, ochranné povlaky z 316L a PFA a 316 L.

Byla sledována korozní odolnost kovových a keramických nástřiků a organických povlaků nanesených na nelegované oceli za podmínek pod rosným bodem spalin obsahující HCl na teplosměnných plochách kotlů pro spalování biomasy a komunálního odpadu. Provozní zkoušky prokázaly jako vhodnou povrchovou ochranu organické povlaky na bázi fluorovaných polymerů (perfluorakoxidu PFA nebo polyvinylidenfluoridu (PVDF) a keramické povlaky BG Coat).

Otakar Brenner

Josef Cizner

SVÚM

Reklama
Vydání #5
Kód článku: 130552
Datum: 07. 05. 2013
Rubrika: Komerční příloha / Povrchové úpravy
Autor:
Firmy
Související články
Koroze a ochrana proti korozi zásobníku na kapalná paliva

Surová ropa je směsí různých uhlovodíků, které samy nevyvolávají korozi kovů a slitin. Surová ropa obsahuje ale také vodu, některé soli (chlorid sodný, chlorid vápenatý a chlorid hořečnatý), sulfan (sirovodík) a mikroorganismy. Tyto kontaminanty jsou obsaženy v surové ropě ve velmi malých koncentracích (1-3 % hmotnostních) a působí korozí dna zásobníků, pontonů, střech a nikoliv jejich stěn.

Nová dimenze v tryskání malých dílů

Inteligentním řešením detailů a použitím osvědčených komponent zajišťuje inovativní Multi-Tumbler Rösler dosud nikdy nedosaženou bezpečnost procesu při bubnovém tryskání dílů.

Porušení celistvosti při žárovém zinkování

Nanášení povlaků žárového zinku spočívá v ponoření ocelových součástí do tekutého kovu o teplotě cca 450 °C. Zinkovaný dílec je při ponořování do taveniny vystaven nerovnoměrnému působení zvýšené teploty, kdy část pod hladinou se rychle prohřívá, zatímco část nad hladinou má teplotu prostředí. Součásti jsou proto v průběhu ponořování do zinkové taveniny namáhány významným proměnným pnutím vyvolaným tepelnou roztažností materiálu. Napětí jsou tahová a tlaková a dosahují meze kluzu materiálu. Zinkované dílce se vždy deformují a obsahují zbytková napětí.

Související články
International Galvanizing Awards 2012

V roce 2009 Evropské sdružení asociací žárových zinkoven (EGGA) vyhlásilo 1. ročník soutěže o nejlepší evropskou stavbu s užitím žárově pozinkované oceli - European Galvanizing Award 2009. Pro rok 2012 (2. ročník) byla soutěž přejmenována na International Galvanizing Awards a měla již celosvětovou působnost.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Vyhodnocování čistoty povrchu

Možnosti kontroly čistoty povrchu z hlediska mastných a prachových nečistot se rozšířily o metodu kontinuálního skenování v reálném čase. Metoda doplňuje již existující statický způsob detekce a přináší možnost snadné a rychlé namátkové kontroly komplexních kovových výrobků a součástí. Její univerzálnost dovoluje použití přímo v provozu, není zapotřebí žádné testovací temné komory, ani laboratoře.

Povrchové úpravy v automobilovém průmyslu

Výroba automobilů, která splní veškerá přání a požadavky zákazníků, je skutečným uměním. V TPCA je za ni zodpovědná Toyota, jejíž výrobní systém TPS (neboli Toyota Production System) je v automobilovém průmyslu pojmem a zárukou efektivní výroby. Hlavní prioritou je skloubit nekompromisní požadavky na kvalitu a bezpečnost s naprostým respektem k ochraně životního prostředí.

Koroze kovů ve výrobním procesu a při exportu

V procesu, který začíná příjmem kovových polotovarů a končí hotovým produktem dodaným zákazníkovi, je velké množství rizik, která mohou negativně ovlivnit konečnou kvalitu a vzhled výrobku. Z hlediska balení a protikorozní ochrany s využitím odpařovacích inhibitorů koroze (VCI - vapor/volatile corrosion inhibitor) je klíčový především stav povrchu baleného kovu neboť v případě přítomnosti vody, mastnoty, nečistot a reziduí procesních kapalin na povrchu výrobku, nemohou inhibitory proniknout až ke kovu (potažmo k primární oxidační vrstvě), povrch úspěšně pasivovat a chránit před korozí.

Koroze a ochrana proti korozi zásobníků na kapalná paliva

Známe-li příčiny koroze zásobníků na kapalná paliva (viz 1. část článku v minulém čísle), pak můžeme aplikovat ochranu proti korozi. Způsoby ochrany proti korozi lze rozdělit na následující technologické postupy: aplikace povlaků (organických a kovových), použití inhibitorů koroze a katodické ochrany. Každý z těchto postupu je jedinečný a unikátní.

Kompozitní galvanické povlaky

Stále se zvyšující požadavky na vlastnosti povrchů urychlily vývoj slitinových povlaků kombinovaných s povlaky kompozitními, čímž se vzájemně kombinují a rozšiřují výhody a možnosti nových povlaků.

Optimalizace omílání lisovaných dílů

Investicí do nového průběžného omílacího zařízení zvýšil podnik s mezinárodní působností v oblasti lisovací techniky svoji kapacitu v opracování povrchu o asi 15 % a tím současně snížil náklady.

Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu, 9. a 10. díl: Jak se staví odborníci k e-mobilitě

V minulém díle našeho seriálu jsme dali prostor pověřenci ministra dopravy pro čistou mobilitu Mgr. Janu Bezděkovskému pro vyjádření se k jednotlivým problematickým aspektům, které s sebou přináší deklarovaný úplný přechod na elektromobilitu. V tomto díle jsme s podobnými otázkami oslovili odborné garanty našeho seriálu – prof. Macka a Ing. Morkuse –, již na ně velmi obšírně odpověděli. Zároveň tímto rozhovorem s odborníky, kteří náš seriál dozorovali, připomínkovali jednotlivé díly a motivovali nás k tvorbě dalších, seriál Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu končí. Snad svůj účel – jímž bylo představit některé problematické stránky úplného přechodu na elektromobilitu a předložit je k další diskuzi – splnil.

Průmyslové využití nejvýkonnějších laserů

Již několik desetiletí jsme svědky postupného nabývání významu a upevňování pozice laserů nejen v průmyslových provozech, ale i ve zdravotnictví, metrologii a mnoha dalších oblastech. Na stránkách tohoto vydání je uvedeno hned několik možností jejich využití, všechny jsou však velmi vzdálené možnostem laserů vyvíjených v centru HiLASE. V Dolních Břežanech u Prahy totiž vyvíjejí „superlasery“.

Cyklické zkoušky pro reálnější simulace

Životnost, trvanlivost, odolnost, ale i třeba degradace jsou důležitými pojmy, pokud se bavíme o životním cyklu jakékoliv součásti. Kupující nebo odběratel požaduje záruky, že právě obdržený díl, zařízení či konstrukce bude fungovat předem stanovenou dobu, navíc je-li ve hře také otázka bezpečnosti. Udělení certifikace či určení doby trvanlivosti často předcházejí různé zkoušky. Důležitou skupinou z nich jsou urychlené korozní zkoušky. Nejen jimi se v úzké spolupráci s průmyslem zabývají ve vědecko-technickém parku v Kralupech nad Vltavou.

Koroze napříč všemi obory

Mezinárodní konference Eurocorr, která každoročně přiláká k účasti tisícovku zástupců komerční i akademické sféry včetně nejvýznamnějších celosvětově uznávaných korozních inženýrů, řadu sponzorů a vystavovatelů z oblastí povrchových úprav a povlaků kovů, chemických úprav prostředí, elektrochemických protikorozních ochran, korozního monitoringu, inspekce a zkušebnictví a mnoha dalších, se letos v září díky Asociaci korozních inženýrů poprvé v historii konala v Praze.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit