Vliv spalování biomasy na korozi teplosměnných ploch kotlů pod rosným bodem spalin

Dominantní faktory koroze materiálů
Chlorovodík se ve vodném roztoku chová jako neoxidující silně disociovaná kyselina. Koroze kovů je ovlivňována koncentrací a teplotou kyseliny chlorovodíkové. Koroze jednotlivých kovů závisí na jejich elektrochemické ušlechtilosti, struktuře a schopnosti pasivace. U korozivzdorných ocelí s vysokou schopností pasivace se mění obvyklá forma rovnoměrného napadení na korozní napadení bodového charakteru (pitting).
Pro použití organických materiálů je rozhodující jejich schopnost odolávat difuzi a chemické degradaci působením chloridových iontů. Difuzní rychlost HCl do organických materiálů je vyšší než u ostatních kyselin. Korozní odolnost je výrazně ovlivňována teplotou a koncentrací kyseliny chlorovodíkové a přítomností oxidačních látek. Odolnost anorganických nekovových materiálů je závislá na jejich nasáklivosti a na schopnosti HCl rozkládat nebo extrahovat jejich jednotlivé složky. Nasáklivost je spojena se strukturou materiálu, čím je materiál hutnější, tím je méně nasáklivý a mívá vyšší korozní odolnost. Extrakční schopnost klesá s koncentrací, proto jsou mnohé anorganické nekovové materiály více napadány ve zředěných roztocích kyseliny chlorovodíkové.
 

Korozní odolnost materiálů a povlaků
KOVOVÉ MATERIÁLY
Nelegované a nízkolegované oceli a litiny jsou pro použití v kyselině chlorovodíkové nevhodné již za nízkých koncentrací a teplot. Za normální teploty jsou do koncentrace 2 % HCl odolné chromové litiny (2Cr30NiSi) a niklové austenitické litiny (2Ni15Cu7r4SiMo). Pro vyšší teploty a koncentrace (do 10 % a teploty 90 °C) vyhovují křemíkové litiny s obsahem Si kolem 14 % a obsahem Mo cca 3 %.
Běžné austenitické korozivzdorné oceli typu CrNi 18-10 a CrNiMo 18-12-3 jsou použitelné při koncentracích do 1 % a nízkých teplot U těchto ocelí je nutné počítat s nebezpečím výskytu mezikrystalové a bodové koroze.
Pro koncentrace kolem 1 % a vyšší teploty (nad 70°C) se musí používat vysokolegované austenitické korozivzdorné oceli s vysokým obsahem Mo (6 % a výše).
Částečně jsou použitelné oceli typu Cr20Ni18Mo6Cu1N, zvýšená odolnost je u oceli typu Cr25Ni22Mo7Cu1N. Nejlepší korozní odolnost mají niklmolybdenové slitiny NiMo28Fe5 (B2, B4, B10), které jsou určeny pro redukční podmínky v prostředí kyseliny chlorovodíkové Pro prostředí HCl za přítomnosti oxidačních látek lze použít niklchrommolybdenové slitiny NiMo17Cr16Fe5W4 (C2, C4, C 276, alloy 59), které jsou použitelné i pro koncentrace do 5 % HCl až do bodu varu. Hliník a jeho slitiny jsou silně napadány při koncentracích HCl nad 0.1 % již od normální teploty a koroze roste výrazně s teplotou.
Korozní odolnost čisté mědi v roztocích HCl bez přítomnosti kyslíku je vysoká. Použitelnost Cu a slitin Cu v provzdušněné HCl při 20 °C je do koncentrace cca 1 %. Čistý nikl a slitiny typu Ni70Cu30 odolávají neprovzdušněné HCl za normální teploty do 10 %, ale za přítomnosti kyslíku a za vyšších teplot se hranice použitelnosti snižuje na 4 %. Titan a jeho slitiny (zvláště když jsou legované paladiem) mají vysokou korozní odolnost v HCl za vyšších teplot i koncentrací.
 

ORGANICKÉ MATERIÁLY
Z polymerických materiálů nejsou vhodné pro použití v HCl především polyamidy (PA) akryláty (RAK), polykarbonáty (PC) a chloroprenové kaučuky. Při zvýšených teplotách do 60 °C jsou prakticky při všech koncentracích odolné polvinylchlorid (PVC do 50 °C), polyvinylidenchlorid (PVDC do 80 °C), polyisobutylen (PIB), polyetylen (PE do 50 °C, polystyren (PS) a přírodní kaučuk. Za vyšších teplot výborně odolávají kyselině chlorovodíkové epoxidové pryskyřice (EP do 20 %), fenolové pryskyřice (FP) a polyesterové pryskyřice (PEST) a skleněné tkaniny. Z termoplastů jsou vhodné pro všechny koncentrace HCl polypropylen. Všem koncentracím i při bodu varu odolávají především fluoroplasty, jako jsou polytetrafluoretylen a polytrifluoretylen (PTFE), polyvinylidinefluoridy (PVDF), etylen-chlorrtrifluoretylen (E-CTFE) a perfluoralkoxid (PFA). Uvedené údaje platí i pro povlaky s výjimkou povlaků z polytetrafluoretylenu, které neodolávají kyselině chlorovodíkové na rozdíl od kompaktního materiálu.
 

Zkoušky povlaků na bázi polymerů
V rámci řešení projektu byly provedeny zkoušky korozní odolnosti povlaků na bázi polymerů. Na základní materiál ocel jakosti 11 375 byly naneseny vhodnou technologií povlaky, vybrané na základě literárních údajů a firemních zkušeností:
- polyamid PA 11
- polytetrafluoretylen PTFE
- etylenchlortrifluoretylen E–CTFE
- polyfluoralkoxid PFA
Zkušební prostředí byla technická kyselina chlorovodíková o koncentracích 0.2, 1.0, 5.0 a 10.0 % při teplotě 80 °C. Doba zkoušky byla až do času 1 000 hodin. Výsledky zkoušek jsou v tab. 1 – 4

Závěr
Byly provedeny zkoušky povlaků na bázi polymerů v technické HCl při koncentracích 0,2 - 10 % a teplotě 80 °C do času 1 000 hodin. Bylo prokázáno, 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 a z etylenchlortrifluoretylenu E–CTFE byly odolné v kyselině chlorovodíkové při koncentraci 10 % a teplotě 80 °C. Na základě těchto výsledků bylo přikročeno v první fázi k provoznímu ověření korozní odolnosti povlaku z polyfluoralkoxidu PFA a to na trubkách, které byly umístěny do ohříváku vzduchu LUVO v elektrárně Hodonín.
Příspěvek byl zpracován v rámci řešení projektu MPO – TANDEM FT-TA/008: „Ochranné povlaky teplosměnných ploch kotlů pro spalování biomasy pro teploty pod rosným bodem spalin“ Poznámka: Příspěvek byl prezentován na konferenci Zvyšování životnosti komponent energetických zařízení v elektrárnách 2008 v Srní.
 

The effect of biomass combustion on corrosion of boiler transfer surface at the temperature below combustion dew point
At the biomass combustion a fraction of HCl is increased. It causes corrosion problem on boiler heat transfer surfaces, when attend to decrease of temperature below dew point. It causes, that corrosive condensation is form. Surface is influenced HCl and H2SO4 together and after short time intensive corrosion attack is approved. The use of protection coating is available. There were tested coatings on polymer base as PA, E - CTFE, PFA, PTFE in 0,2 – 10 % hydrochloric acid at temperature 80 °C.

Влияние сжигания биомассы на коррозию поверхности, распространяющей тепло в котле, при температуре ниже точки росы сжигания
При сжигании массы повысится содержание HCl. Он вызовет коррозию на поверхностях, распространяющих тепло в котле, когда они служат для того, чтобы снизить температуру ниже точки росы. Это вызовет образование коррозийной конденсации. На поверхность влияют одновременно HCl и H2SO4 и по истечении короткого времени доказано интенсивное влияние коррозии. Для применения используется защитное покрытие. Это тестированные покрытия на базе таких полимеров, как PA, E - CTFE, PFA, PTFE в 0,2 – 10 % растворе хлористоводородной кислоты при температуре 80 °C.

Autor

• (red)