Korrosion i bioeldade anläggningar

Relevanta dokument
Additivs inverkan på lågtemperaturkorrosion SEBRA Bränslebaserad el- och värmeproduktion Stockholm juni 2016 SP Sveriges Tekniska

Överhettarkorrosion och materialavverkning. Anders Hjörnhede Vattenfall Power Consultant AB Göteborg

MATERIAL FÖR HÖGTEMPERATURKORROSION VID FASTBRÄNSLEFÖRBRÄNNING

Material föreläsning 7. HT2 7,5 p halvfart Janne Färm

Svåra bränslen sänk temperaturen!

Lågtemperaturkorrosion

Ämnen runt omkring oss åk 6

Bränslerelaterade problem för överhettare och eldstadsväggar. Magnus Nordling

Materien. Vad är materia? Atomer. Grundämnen. Molekyler

SKADEPASSET Avfallspanna, Korrosion

ämnen omkring oss bildspel ny.notebook October 06, 2014 Ämnen omkring oss

ALLMÄNNA EGENSKAPER ///////////////////////////////////////////////////////////////

CorEr. Boden Energi AB utför prov med CoreEr i sopförbrännigspanna

Föreläsning om metallers korrosion Prof. Christofer Leygraf, Materialvetenskap, KTH

AvantGuard Omdefinierar korrosionsskydd

ALLMÄNNA EGENSKAPER ///////////////////////////////////////////////////////////////

Utvärdering av tubskyddsmaterial

Salix och poppel som bränsle Nätverksträff för landets salixaktörer

Utvärderingar för processkännedom och utveckling några exempel på hur analyser/provning ger nyttig kunskap. Karin Lindqvist, Swerea IVF

Korrosion i biomassapanna

Passivitet = oupplösliga korrosionsprodukter. lagret = extrem snabb korrosion.

Viktigt! Glöm inte att skriva Tentamenskod på alla blad du lämnar in.

Färdig bränslemix: halm från terminal till kraftvärmeverk SEBRA Bränslebaserad el- och värmeproduktion Stockholm juni 2016 Anders Hjörnhede SP

Panntubskorrosion. Vattenkvalitet Riktvärden Oxidskikt Vattensidig korrosion Ivan Falk. Vattenfall AB

Eldning av spannmål för uppvärmning - presentation av projekt inom Energigården. SP Sveriges Tekniska Forskningsinstiut Enheten för Energiteknik

Materien. Vad är materia? Atomer. Grundämnen. Molekyler

Korrosion laboration 1KB201 Grundläggande Materialkemi

Viktigt att minska utsläppen

ANALYS AV TVÅ TYPER AV NICKELPULVER

Faktorer som påverkar korrosionshärdigheten hos metalliska material i badvatten

Åtgärder mot Eldstadskorrosion

Korrosion i rökgaskondenseringsanläggningar

Solvie Herstad Svärd

PM Ytbehandling. Anodisering. Christoffer Löfstrand

I: BRÄNSLEKVALITÉ UTIFRÅN ASKBILDANDE ELEMENT

11-02 Bränsleanalys anpassad till förgasning-analys av förgasningsråvara

Kan man förlita sig på koppar som korrosionsbarriär?

Joner Syror och baser 2 Salter. Kemi direkt sid

4.1 Saltsyrabetning. Saltsyrakoncentrationen i luft kan lätt bestämmas med Drägerapparat.

UNICONFORT GLOBAL. - Powered by Swebo.

ROSTFRIA MATERIAL MED LÄGRE LEGERINGSINNEHÅLL OCH BIBEHÅLLNA EGENSKAPER

Valfri miniräknare, Formelsamling: Energiteknik-Formler och tabeller (S O Elovsson och H Alvarez, Studentlitteratur)

Makes Industry Grow. Rostfritt Material. Korrosion

Inhibitorer Kylvattenkonferens Solna 3/5 2017

Rosterkylning för biopanna-ålidhems värmeverk

INFO från projektet 45

I enlighet med lag 2003:778 om skydd mot olyckor

Salix som bränsle. Susanne Paulrud, SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut

Minican resultatöversikt juni 2011

PPU408 HT15. Aluminium. Lars Bark MdH/IDT

Corrosion of steel in concrete at various mouisture and chloride conditions. Licentiate work Johan Ahlström

Förbränning av energigrödor

CANDOR Sweden AB. n

Stökiometri IV Blandade Övningar

Mineraler. Begreppen mineraler och spårämnen

VAD ÄR KEMI? Vetenskapen om olika ämnens: Egenskaper Uppbyggnad Reaktioner med varandra KEMINS GRUNDER

Materia Sammanfattning. Materia

Materia och aggregationsformer. Niklas Dahrén

Bilaga 2. Ackrediteringens omfattning. Kemisk analys /1313

Önskemål om ändring av 32 förordning (2013:253) om förbränning av avfall

VAD ÄR KEMI? Vetenskapen om olika ämnens: Egenskaper Uppbyggnad Reaktioner med varandra KEMINS GRUNDER

Kemi Kunskapens användning

Bergvärme. Biobränsle. Biogas. Biomassa. Effekt. X är värmen i berggrundens grundvatten. med hjälp av värmepump.

Ämnesplan i Kemi Treälven

Övningar Homogena Jämvikter

DURA-BRIGHT. WHEELS Snyggt utseende - Enkelt underhåll DURA-BRIGHT

1.6 Zinkens korrosion

Atomen och periodiska systemet

Vad är rostfritt stål? Fe Cr > 10,5% C < 1,2%

KEMI 1 MÄNNISKANS KEMI OCH KEMIN I LIVSMILJÖ

Materialval i massakokare. Jan Wåle, Inspecta Technology

Modellering av värmeöverföring i kylpasset av en sopeldad panna

ALLMÄNNA EGENSKAPER ///////////////////////////////////////////////////////////////

7.4 Avvikelser vid varmförzinkning

Material. VT1 1,5 p Janne Färm

REPETITION AV NÅGRA KEMISKA BEGREPP

Uppgiften Materiel Brunn nummer Metall eller metallkombination


Repetition av det centrala innehållet i kemi

Sotningsfrister i Habo kommun från och med

Järnfynd från Fyllinge

Dragluckans betydelse i skorstenssystemet

Vilket av våra vanliga bilbränslen är mest miljövänligt? Klass 9c

Övergripande ändringsförtäckning för kapitel L. Texten i AMA och RA har blivit tydligare genom okodad underrubrik

Lärare: Jimmy Pettersson. Kol och kolföreningar

/ /1

Keramiska plattor. Keramiska egenskaper

Metaller och legeringar

S Frister för sotning Föreskrifter

Varmförzinkning av höghållfasta stål - en utmaning. Mikko Arponen Rautaruukki Oyj Ruukki Production Raahe

Stökiometri I Massa-Molmassa Substansmängd

Rapsmjöl optimalt utnyttjande i olika förbränningsanläggningar

Bränsleanalys och rökgaskalkyl. Oorganisk Kemi I Föreläsning

KEMI 1 MÄNNISKANS KEMI OCH KEMIN I LIVSMILJÖ

Innehåll. Energibalans och temperatur. Termer och begrepp. Mål. Hur mycket energi. Förbränning av fasta bränslen

7.2 Zinkbadet - legeringsämnens inverkan

Hydraulikcertifiering

Rengörings- och kontrollfrister enligt LSO 2014:6

HITTA RÄTT STEKPANNA En lit en guide som leder dig rät t bland gjutjär n och kolstål.

Säkerhetsregler i kemi

Transkript:

Korrosion i bioeldade anläggningar Av Trine Nybo Lomholt, specialist, och Søren Klinggaard, projektledare Halm och flis är attraktiva bränslen, men när det gäller korrosion är utmaningarna större vid eldning med biomassa än med fossila bränslen. Eldning med biomassa medför betydligt större korrosionsmässiga utmaningar än vid eldning med fossila bränslen. Detta beror bland annat på den kemiska sammansättningen av bränslet i biomassan som skiljer sig åt i jämförelse med de fossila bränslena, huvudsakligen på grund av ett högre innehåll av kalium och klor i biomassan. I nedanstående text kommer de mest utbredda korrosionsmekanismerna som förekommer under eldning med biomassa att undersökas. Områden för korrosion i biomassa och avfallseldade pannor Biomassa och avfallseldade pannor kan rent korrosionsmässigt delas upp i tre områden: Inmatningszonen (trattar etc.) Högtemperaturzonen (förbränningskammare, överhettare etc.) Lågtemperaturzonen (konvektions- och ekonomiser-sektion etc.) Figur 1: Korrosionszoner i biomassaeldade pannor

Inmatningszonen I själva inmatningszonen kan det ske en delvis förgasning av bränslet och detta kan medföra en frisättning av flyktiga kolväteföreningar samt organiska syror. De frigjorda komponenterna kan föras vidare till själva förbränningszonen, där det kan ske en återindustning av komponenterna och därmed inte ge upphov till en ökad risk för korrosion. Mer kritiskt är det om de förgasade komponenterna diffunderar tillbaka in i systemet och här möter material med låg temperatur, till exempel vattenkylda väggar. Detta orsakar en utkondensation av den organiska syran, som kan förorsaka korrosion av pannrören. Exempelvis kan det nämnas att ättiksyra och myrsyra kan börja utkondensera redan vid temperaturer på 110 C. Utkondenseringen av de organiska syrorna ger upphov till ett likformigt korrosionsangrepp som så småningom kan förorsaka läckage i pannan. Korrosionsskador som orsakats av utkondensering av aggressiva komponenter från förbränningsluften kan motverkas elimineras genom att skapa en beklädnad av de särskilt kritiska områdena. Härmed uppnås en högre yttemperatur och utkondensering kan motverkas. Korrosion på rosten Det är inte särskilt uttalat, att det observeras korrosionsangrepp i området omkring rosten, utan snarare i de varmare delarna av anläggningen. Det är dock två problemställningar som kan förorsaka korrosion vid rosten. Den första är slitage från sand- och jordfylld biomassa. Den andra är ojämn syrefördelning över rosten. Längs rostens sidor kan det vara svårt att upprätthålla syreöverskott, varvid atmosfären blir reducerande. Till följd av den reducerande atmosfären kan metallytan inte bilda ett skyddande oxidskikt. Därutöver förekommer det en större andel oförbrända partiklar och avlagringar i rökgasen vid syreunderskott. Dessa oförbrända partiklar förbränns på metallytorna och leder därmed till en reaktion med metallytan. Detta kan leda till att oxidskiktet delvis löses upp och blir poröst. Det porösa oxidskiktet kommer att öka tillgången av aggressiva ämnen på metallytan och kan leda till ökad korrosion. Korrosion i högtemperaturzonen Den primära korrosionen förekommer i anläggningens högtemperaturzon, bl.a. på överhettarna. I överhettarna används ofta stållegeringar med tillsatt krom, eftersom krom skapar ett skyddande kromoxidskikt på ytan. När rökgasen innehåller klor och kalium kan det resultera i reaktioner mellan rökgasen och metallytorna, vilket innebär att det skyddande oxidskiktet bryts ned för att förlora sitt ytskydd. Det finns primärt tre korrosionsmekanismer som gör sig gällande i högtemperaturzonen: Klorkorrosion

Alkalikorrosion Korrosion på grund av saltsmälta. Klorkorrosion Mekanismen bakom klorkorrosion finns ingående beskrivet i litteraturen och sammantaget kan mekanismen beskrivas som att klorgaserna i rökgasen kan passera genom det skyddande kromoxidskiktet på stålytan genom små sprickor och defekter. När klorgasen har passerat oxidskiktet och möter den underliggande metallytan, reagerar klor med den metalliska ytan under oxidskiktet och bildar metallklorider. Genom den höga temperaturen avdunstar metallkloriderna som passerar tillbaka ut genom oxidskiktet. När metallkloriderna möter syret på ytan, ombildas dessa till oxider under frisättning av klorgas. Den frigjorda klorgasen kan på nytt tränga igenom oxidskiktet, och därmed är cirkeln för mekanismen fulländad. Mekanismen är illustrerad i figur 2, där järn (Fe) används som exempel. Figur 2: Illustration av klorkorrosion, efter Asteman [1]. Effekten av denna typ av korrosion är att metallen upplöses under oxidskiktet och hämmar tillväxten av det skyddande kromoxidskiktet. Dessutom blir oxidskiktet poröst och skalas av till följd av klorkorrosionen. Alkalikorrosion Hittills har kloret ansetts vara den största orsaken till korrosion i biomassaeldade kraftverk. Under senare år har det hamnat ett större fokus på att alkalimetallerna, huvudsakligen kalium, också spelar en mycket viktig roll i nedbrytningsmekanismen. När kalium finns i rökgasen, reagerar den med kromoxid under bildande av kaliumkromat. Detta medför att krom förbrukas i oxidskiktet och lämnar ett järnrikt oxidskikt. Järnoxid är inte lika skyddande som kromoxid i atmosfären, varvid korrosionshastigheten ökar. Dessutom bidrar den till accelererad klorkorrosion.

Svavel kan i vissa fall reducera alkalikorrosion under bildandet av kaliumsulfat i stället för kaliumkromat, som är mindre korrosivt mot kromoxid. Det beror dock på hur reaktionen förlöper när reaktionen utlöser bildandet av klorgas. Om KCl ombildas till kaliumsulfat i rökgasen, kommer klorgasen sannolikt försvinna med rökgasen och inte utgöra någon betydande risk. Däremot om klorgas bildas under beläggningarna kan det bidra till klorkorrosion. Korrosion på grund av saltsmälta Vid korrosion förorsakad av klor bildas metallklorid såsom beskrivits ovan. Många metalklorider smälter vid de temperaturer som uppstår i förbränningskammaren. Dessutom kommer många av de salter som finns i beläggningarna från bränslet, också smälta vid dessa temperaturer. Metallkloriderna och salterna kan också reagera och skapa så kallade eutektiska blandningar, som smälter vid ännu längre temperaturer. Smälta klorider, salter samt eutektiska blandningar är mycket korrosiva, eftersom de löser upp det skyddande oxidskiktet på metallytan. Mekanismen kallas saltsmältkorrosion. Tidigare erfarenheter av anläggningen I samband med FORCE Technologys arbete som rådgivare och vid undersökning av skador som observerats på biobränsleinstallationer har följande allmänna erfarenhetsdatabas byggts upp. Temperatur och rökgasflöde Ångtemperaturen i en bioeldad anläggning är inte den enda faktorn som är avgörande för korrosionsangreppet, utan också metalltemperaturen, rökgasflöde och värmeflödet ska tas med i värderingen. Metalltemperaturen är avhängig av både ångtemperatur, rökglasflöde samt värmeflöde. För att reducera korrosionshastigheten är det viktigt att optimera dessa faktorer i samspel med varandra. Dessutom är det viktigt att undvika reducerande gaser i anläggningen, som kan klaras genom att säkerställa att partiklarna är utbrända, när de träffar metallerna. Bränsletyp Förbränning av halm ger upphov till de högsta korrosionshastigheterna för biomassa, främst på grund av den relativt höga halten av K och Cl. Även om pellets och flis har en betydligt lägre halt av CI och K än halm, kan det förekomma korrosionshastigheter jämförbara med de som uppstår i halmeldade pannor. Detta beror på en lägre halt av andra element (Al, Si, S) som alkalimetallerna annars skulle reagera med. Som resultat av detta kan KCl finnas i gasfasen efter förbränning, och det kommer att kondensera på ytorna och leder till samma typ av korrosion (och hastighet) som förbränning av halm. Det bör också nämnas att man bör vara mycket försiktig med träavfall, då dess kemiska sammansättning skiljer sig från rent trä, vilket har en stor påverkan på korrosionen. Träavfall kan innehålla bly eller liknande kemiska föreningar, vilket resulterar i korrosionsmekanismer som vid avfallsförbränning.

Legeringstyp samt kromhalt I koleldade kraftverk är det väl känt att en hög kromhalt i legeringarna ger låga korrosionshastigheter. Så är nödvändigtvis inte fallet för biobränsleeldade kraftverk. Här är krominnehållets effekt på korrosionshastigheten även beroende av legeringstyp och temperatur. De typiska legeringar som används till överhettarna kan delas upp i tre kategorier: Ferritiskt/martensitiskt stål (Cr < 12 wt%) Austenitiskt stål (Cr 15 18 wt%) Höglegerade austenitiska stål och Ni-baserade legeringar (Cr 20 30 wt%). I de ferritiska/martensitiska stållegeringarna ses vanligtvis ett yttre, jämnt korrosionsskikt, utan betydande korngränsangrepp. Materiella förluster orsakas av avskalning av det yttre korrosionsskiktet. Korrosionshastigheten faller med stigande krominnehåll. På austenitiskt stål är korrosionslaget vanligen uppdelat i ett tunt oxidskikt och underliggande zon med korngränskorrosion, vilket indikerar en kloreffekt. Det austenitiska stålet tål högre temperaturer än ferritiska/martensitiska, så detta förändrade utseende uppstår vanligen vid högre temperaturer. Angreppet förvärras med högre temperatur och krominnehåll i stålet. På höglegerade austenitiska stål och nickelbaslegeringar ses likartade, tvådelade korrosionsskikt, dock är den inre zonen inte begränsad till korngränserna utan angriper också inne i kornen. Djupet av den inre korrosionszonen växer med ökad kromhalt, som en effekt av klorkorrosion. Övervakning av korrosionsförhållandena i bioeldad anläggning. Som det framgår av ovanstående är det många faktorer som påverkar korrosionsförhållandena vid förbränning av biobränsle. En del av dessa förhållanden får till följd att det kan vara svårt att förutsäga vilken grad av korrosion som uppstår i pannan. FORCE Technology strävar efter att kunna bygga upp en kompetens så att prognoser kring korrosionsförhållanden förbättras och ett viktigt verktyg i detta sammanhang är korrosionsmätningar som utförs med den nyutvecklade korrosionssonden. Korrosionssonden kan ses i figur 3. Korrosionssonden är luftkyld och uppbyggd på ett sådant sätt att yttemperaturen kan justeras noggrant och det är således möjligt att testa effekten av rökgasen vid olika temperaturer. Korrosionssonden har använts på Dansk testcenter för biomassa och har mätt korrosionsförhållanden vid förbränning av träpellets. Det planeras en rad andra tester och vi hoppas att vi kan ha möjlighet att presentera dessa här vid ett senare tillfälle.

Figur 3: Korrosionssond Figur 4: Närbild av korrosionssond efter exponering i ca 1 månad i biomassaeldad anläggning Referenser [1] H. Asteman and M. Spiegel, Corrosion Science, 49 (2007) 3626 3637