Utvärdering av tubskyddsmaterial

Transkript

1 Utvärdering av tubskyddsmaterial Stig-Björn Westberg, Anders Hjörnhede, Pamela Henderson, Jonas Wetterström och Anna Jonasson 1

2 Bakgrund och mål Sotblåsare används för att avlägsna beläggningar i överhettare i avfallsförbränningsanläggningar, men de ökar samtidigt materialförlusten och därigenom kan livslängden förkortas drastiskt. Tubskydd kan då användas för att minska slitaget på tuberna. Avsikten med studien var att finna kostnadseffektiva alternativa material till tubskydd. I en sådan panna byts tubskydd för 450 tkr varje år. Materialförlusten bestämdes i form av tjockleksminskning. Inspektion och dokumentation. Undersökning av tvärsnitt vid korrosionsfronten under mikroskop. 2

3 Pannan Cykloner Bränsledosering CFB eldstad Tomdrag Kokytor Economiser Textilfilter Överhettare Dolomit- och sandsilos Askklassificerare Sandlåsöverhettare Silo med aktivt kol Kalksilo 75 MWth CFBpanna Ångdata är 6,5 470 C Eldas med en blandning av olika slags avfall Primäröverhettar e: / C Sekundäröverhettare: / C Schematisk skiss över avfallsförbränningsanläggningen P14, i Händelö 3

4 Provade tubskydd 253MA används för närvarande och tjänstgör som referensmaterial. Testade material: Austenitiskt rostfritt stål 304L, 316L Ferritiskt rostfritt stål Sicromal 8, 10 och 12 15Mo3 Haynes HR-120, 556TM and HR-160 Ticthal A1345 and C6340 Provningstid: 4000 h 4

5 Sammansättingar Material - source Fe Cr Ni Mo Co C Si Mn Others 15Mo3 Bal <0.25 < HR160 Haynes International HR 120 Haynes International Haynes 556 Haynes International Sicromal , X10CrAl 7 Sicromal , X10CrAl 18 Sicromal , X10CrAl L SS W 1, Nb 1, Ti W 2.5, Nb 0.7, Al 0.1, B 0.004, N 0.20 W 2.5, Ta 0.6, N 0.2, Al 0.2, La 0.02, Zr 0.02 Bal Al 0.8 Bal Al 1.0 Bal Al 1.5 Bal SS MA Bal Bal Ce 5

6 Installationen 40 prover och 36 referensskydd installerades med påsvetsade byglar som fästes I tuben ovanför. En del av tubskydden finns kvar i pannan och kan användas för framtida studier. 6

7 Referensmaterialet efter exponering Rs7 Stora skillnader sågs på det mest angripna stället mellan olika tubskydd vid visuell inspektion Rs10 7

8 De austenitiska rostfria stålen CGT9RS i 304L är hårt angripet på flankerna CGT6 i 316L är väsentligt mindre angripet än det i 304L 8

9 De ferritiska rostfria stålen Sicromal 12 Sicromal 10 Sicromal 8 Angrepp mitt på undersidan 9

10 Olegerat kolstål med Mo, 15Mo3 Slets inte ut och angreps tämligen jämnt. Flodmönstrat slitage på flankerna. Stora egenheter påträffades på ytan. 10

11 Haynes HR-120, 556TM och HR-160 HR TM HR

12 Utvärdering 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 Förlust A B C D E Utvärdering av materialförlust Tubskyddets och angreppets utseende efter exponering Optisk mikroskopi av korroderade tvärsnitt 0, Tjockleken mättes före och efter exponering vid 7 olika positioner utmed skyddet och på 5 punkter separerade 30 från varandra. 12

13 Materialförlust Materialförlust på längd 800 mm 2,5 FÖRLUST (mm) 2 1,5 1 0,5 A B C D E 0 Rs4 Rs7 Rs8 Rs10 Rs13 Rs16 TUBSKYDD Tjockleksmätningarna organiserades om så att förlusten vid en bestämd längd visades för de olika skydden Variationerna visade sig vara stora mellan de olika skydden av referensmaterialet 13

14 Stora skillnader mellan överhettarna 3D-yta för medelmaterialförluster på referensmaterial i sekundäröverhettare 3D-yta för medelmaterialförluster på referensmaterial i primäröverhet LÄGE PÅ TUBSKYDD Rs4 Rs7 Rs8 Rs10 TUBSKYDD Rs13 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 FÖRLUST (mm) 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Rs TUB A-ände Rp1 Rp10 Rp11 Rp15 TUBSKYDD Rp16 2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1 1,1 1,2 FÖ 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0 0,1 0,2 Sekundär Primär 14

15 Hänsyn måste tas till tubskyddets position Materialförlusten jämfördes med den för de närmaste grannarna och de närmaste referenserna. 15

16 Olika angrepp i olika stål Materialförlust med korngränskorrosion och utskiljningar: 253MA Haynes 556TM Egenhetslöst bulkangrepp på 304L och 316 L och 15Mo3 16

17 Mikroskopi av Sicromal Sammansättningsberoende process i Sicromal 17

18 Högnickellegeringar Den snabbt korroderande HR-160 visar inget företrädesvist angrepp på korngränserna Slutsats: Tvärsnittet säger något om processen men inte med vilken hastighet korrosionen sker 18

19 Resultat 1 Materialförlust Det olegerade kolstålet med molybden15mo3 slits mindre än referensmaterialet i primära överhettaren och lika med referensmaterialet den sekundära överhettaren. Sicromal 12, 316L och möjligen Sicromal 10 slits mindre än referensmaterialet I båda överhettarna. Haynes 556TM var den av högnickellegeringarna som slets klart mindre än referensmaterialet och något mindre än HR Sämsta material ur förlustsynpunkt var HR-160, Sicromal 8 och 304L. Ticthal A1345 och C6340 beläggningarna försvann helt och hållet. 19

20 Resultat 2 Materialvalet ur ekonomisk synpunkt Materialkostnaden per skydd för 15Mo3 är en tiondel av referensmaterialets materialkostnad. Materialkostnaden per skydd för Sicromal 12, 316L och Sicromal 10 är 40% av kostnaden för referensmaterialet. Övriga material är antingen lika dyra som eller väsentligt dyrare än referensmaterialet. Övrigt Optimering kan inebära att valet görs efter överhettaren och var i rökgaskanalen tubskyddet sitter 20

21 Fortsatt arbete Undersöka kvarvarande tubskydd Längre drifttid Mer ingående studera tubskydd från primäröverhettaren. Vilken betydelse har temperaturskillnaden? Mikroskopering av tvärsnitt. Är angreppsarten den samma och ser ytorna likadana ut? SEM Undersökning av korrosionsprodukter och processen Testa nya material till ex keramer, en marknadsundersökning krävs Zooma in på ett par intressanta kandidater någon form av kvantifiering 21