Änderungen im Kesselbetrieb bringen Innovationen im Erosions- und Korrosionsschutz mit sich

Der Metallverlust der unter Druck stehenden Rohre im Inneren des Kessels ist für Kesselkonstrukteure und -betreiber ein großes Problem. Eine Änderung der Kraftstoffzusammensetzung und anderer Betriebsparameter kann zu beschleunigter Erosion und Korrosion führen (Abbildung 1), die durch den Einsatz bewährter und robuster Materialien gemindert werden müssen.

1. Diese beiden Fotos zeigen Erosion (oben) und Korrosion (unten) von Kesselrohren. Mit freundlicher Genehmigung: Integrated Global Services (IGS)

Schweißmetallauflagen sind für ihre Langlebigkeit bekannt. Es ist auch für seine Kosten und den Zeitaufwand für die Antragstellung bekannt. Thermospray kann auch zum Schutz der Wasserwände von Kesseln verwendet werden. Es lässt sich schneller anwenden, wird jedoch nicht immer als robust angesehen. In den letzten Jahren hat diese Technologie einige bedeutende Entwicklungen erfahren, die ihre Verbreitung beim Schutz von Kesselwasserwänden erhöhen könnten.

Die Energieerzeugungsindustrie war in den letzten Jahren einem zunehmenden Druck seitens der Umweltbehörden in Bezug auf Emissionen ausgesetzt. Diese Initiativen zwangen den Sektor anschließend dazu, sich weiterzuentwickeln und sauberere Prozesse zu entwickeln.

Einer der ersten Schritte bestand darin, die Verbrennung durch den Einsatz von Low-NOx-Brennern mit optimalen Parametern zur NOx-Reduktion zu optimieren. Die Brennkammer, die typischerweise eine oxidierende Umgebung war, hat sich in eine Reduktionsumgebung verwandelt. Der Kessel und sein Rohrmaterial waren für solche Bedingungen nicht ausgelegt, was zu einem Anstieg der Korrosionsraten führte.

Zusätzlich zu dieser Änderung nutzten viele Kraftwerke die Gelegenheit zur Brennstoffdiversifizierung, und in einigen Regionen wurde kostengünstige Kohle zu einer bevorzugten Option. Allerdings hängt der Preis der Kohle auch von ihrer Qualität ab, wobei teurere Kohle einen höheren Heizwert hat, während andere Kohlen möglicherweise eine geringere Kohlenstoffkonzentration, aber auch einen niedrigeren Heizwert haben.

Die Kombination aus einem Wechsel der Umgebung von Oxidation zu Reduktion und von Kohle mit niedrigem zu hohem Schwefelgehalt hat zu einem deutlichen Anstieg der Korrosionsraten geführt. Diese Situation kann durch Erosion durch abrasive Asche oder Korrosion unter Ablagerungen, wenn sich in bestimmten Bereichen Asche ansammelt, noch verschärft werden.

Einige Kohlekraftwerke stellen auf Biomasse um, aber Biomasse kann recycelte Materialien mit einem potenziell hohen Gehalt an korrosiven Stoffen enthalten.

In den 1990er Jahren war das thermische Hochgeschwindigkeitsspritzen eine etablierte Technologie in einer streng kontrollierten Werkstattanwendungsumgebung. Es wurde für spezielle Anwendungen in Flugzeugkomponenten, Ventilen und anderen ähnlichen Geräten verwendet, und die Benutzer fragten sich, ob es vor Ort effektiv auf vorhandene Anlagen vor Ort angewendet werden könnte.

Auch Feldtechnik gab es damals, allerdings handelte es sich dabei um eine andere Technikklasse. Doppeldraht-Lichtbogenspritzen (TWAS) oder thermisches Spritzen von Aluminium (TSA) sind beide thermische Spritztechnologien mit niedriger Geschwindigkeit, die nicht in der Lage sind, zuverlässige Beschichtungen für den Einsatz in kritischen Erosions-/Korrosionsumgebungen in Anlagegütern wie zirkulierender Wirbelschicht (CFB) zu erzeugen. sprudelnde Wirbelschichtkessel (BFB) oder rostbefeuerte Kessel. Die vorhandene Hochgeschwindigkeits-Thermalspritzausrüstung und -technologie konnte weder effektiv noch wirtschaftlich in die Praxis umgesetzt werden.

Eine Handvoll Ingenieure haben sich diesem Problem angenommen. Das erste Teil des Puzzles war die Zerstäubung des Drahtes in einem Überschallgasstrom. Diese technische Entwicklung lieferte eine Oberflächentechnologie, die gut mit häufig verwendeten Schweißmaterialien in Hochtemperatur-Korrosionsumgebungen wie dem damaligen Kohlekraftwerkssektor funktionierte.

Zu diesem Zeitpunkt untersuchte Integrated Global Services (IGS) zusammen mit wichtigen Kunden eine umfassendere Nutzung der Technologie in anderen Industriesektoren wie der Energiegewinnung aus Abfall und Biomasse. Die Gruppe entdeckte, dass das Versprühen von handelsüblichen Legierungsrohstoffen mit einem Hochgeschwindigkeitsprozess Partikel erzeugte, die im Flug oxidierten und so eine aufgebrachte Mikrostruktur mit Durchlässigkeitswegen für Korrosion erzeugten. Während dies bei Hochtemperatur-Erosionsanwendungen kein Problem darstellte, stellte es ein grundlegendes Problem für Umgebungen mit korrosiven Medien wie Chlor oder Schwefel und anderen korrosiven Substanzen dar.

IGS führte Anfang der 2000er Jahre umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten mit dem Ziel durch, neue Ausgangsmaterialien für das thermische Hochgeschwindigkeitsspritzen zu entwickeln, die die Legierungsintegrität während des Auftragungsprozesses kontrollieren würden. Auf diese Weise wäre die angewandte Mikrostruktur für die Betriebsumgebung der Anlage geeignet. Der Schwerpunkt des Forschungs- und Entwicklungsprojekts lag auf der Permeabilität der aufgebrachten Hochgeschwindigkeits-Thermalspritz-Mikrostrukturen, der Bewertung des Widerstands der aufgetragenen Materialien gegenüber der Permeation durch aggressive/korrosive Flüssigkeiten, der Form der abgeschiedenen Partikel, die gesprüht werden, und der Kontrolle von Eigenspannungen.

2. Ein Arbeiter trägt Hochgeschwindigkeits-Thermalspray (HVTS) auf die Wasserwände von Kesseln auf. Das Spray bildet einen dauerhaften Korrosionsschutz für Anlagen und wird in verschiedenen Kraftwerken eingesetzt. Mit freundlicher Genehmigung: IGS

Nach der Entwicklung maßgeschneiderter Ausgangslegierungen wäre das thermische Hochgeschwindigkeitsspritzen (Abbildung 2) keine reine Werkstattlösung mehr, wenn es auf langfristige Zuverlässigkeit ankommt. Mittlerweile ist es zu einer Oberflächentechnologie geworden, die effektiv als dauerhafte Korrosionsbarriere im Feld, bei Stillständen und Turnarounds eingesetzt werden kann, kritische Pfade verkürzt und dauerhafte Zuverlässigkeit in den anspruchsvollsten Betriebsumgebungen gewährleistet. Mit zunehmender Adaption dieser Technologie begannen Betreiber von Biomasse- und Abfallverbrennungsanlagen, sie als optimale Erosions-/Korrosionsbarriere zum Schutz des Grundmetalls ihrer Anlagen zu erkennen.

Die Entwicklung dieser Technologie ist noch im Gange. Die Entwicklung neuer Prozesse, das Experimentieren mit neuen Brennstoffquellen und die Nutzung von Abfällen als Brennstoffquelle ist ein wichtiger nächster Schritt in unserer globalen Nachhaltigkeitsbewegung. Neue Materialien und Technologien stellen jedoch eine einzigartige Herausforderung für Konstrukteure und Betreiber im Hinblick auf unerwartete und beschleunigte Erosion/Korrosion dar. Bewährte und robuste Oberflächenschutzlösungen, die innerhalb von Turnaround-Zeitplänen vor Ort eingesetzt werden können, gelten daher als willkommene Alternative zum wiederholten Austausch von Geräten oder zum Aufschweißen von Metall.

—Marina Silva ist internationale Marketingmanagerin für Integrated Global Services (IGS). Das Unternehmen mit Hauptsitz in Virginia ist ein internationaler Anbieter von Oberflächenschutzlösungen.

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