Изменения в работе котлов приносят инновации в области защиты от эрозии и коррозии

Потери металла в трубах, находящихся под давлением внутри котла, являются серьезной проблемой для проектировщиков и операторов котлов. Изменение состава топлива и других параметров эксплуатации может привести к ускоренной эрозии и коррозии (рис. 1), которые необходимо смягчать с помощью проверенных и надежных материалов.

1. На этих двух фотографиях показаны эрозия (вверху) и коррозия (внизу) труб котла. С разрешения: Integrated Global Services (IGS)

Наплавленный металл известен своей долговечностью. Он также известен своей стоимостью и временем, необходимым для выполнения заявки. Термический спрей также можно использовать для защиты водяных стенок котла. Его применять быстрее, хотя он не всегда считается надежным. В последние годы эта технология претерпела некоторые существенные изменения, которые могут повысить уровень ее применения для защиты водяных стенок котлов.

За последние несколько лет энергетическая отрасль столкнулась с растущим давлением со стороны природоохранных органов в отношении выбросов. Эти инициативы впоследствии заставили сектор развиваться и разрабатывать более чистые процессы.

Одним из первых шагов была оптимизация сгорания путем использования горелок с низким уровнем выбросов NOx и оптимальными параметрами снижения выбросов NOx. Камера сгорания, которая обычно представляла собой окислительную среду, превратилась в восстановительную. Котел и материал его труб не были рассчитаны на такие условия, что привело к увеличению скорости коррозии.

Помимо этой модификации, многие электростанции воспользовались возможностью диверсификации топлива, а в некоторых регионах предпочтительным вариантом стал дешевый уголь. Однако цена на уголь также зависит от его качества: более дорогой уголь имеет более высокую теплотворную способность, в то время как другие угли могут иметь более низкую концентрацию углерода, но также и более низкую теплотворную способность.

Сочетание изменения условий окружающей среды от окисления к восстановлению и от угля с низким содержанием серы к высокому привело к значительному увеличению скорости коррозии. Эта ситуация может еще больше усугубляться эрозией из-за абразивного пепла или коррозией под отложениями, когда пепел накапливается в определенных местах.

Некоторые угольные электростанции переходят на биомассу, но биомасса может включать переработанные материалы с потенциально высоким содержанием коррозионных агентов.

В 1990-х годах высокоскоростное термическое напыление было общепринятой технологией в строго контролируемых цеховых условиях. Он использовался для специализированных применений в компонентах самолетов, клапанах и другом подобном оборудовании, и пользователи начали задаваться вопросом, можно ли эффективно применить его в полевых условиях к существующим основным средствам на месте.

В то время также присутствовали полевые технологии, но это был другой класс технологий. Двухпроволочное дуговое напыление (TWAS) или термическое напыление алюминия (TSA) представляют собой технологии низкоскоростного термического напыления, которые не способны создавать надежные покрытия для работы в критических условиях эрозии/коррозии в основных средствах, таких как циркулирующий псевдоожиженный слой (CFB), котлы с барботажным псевдоожиженным слоем (BFB) или котлы с колосниковой решеткой. Существующее оборудование и технологии высокоскоростного термического напыления не могли быть эффективно и экономично использованы в полевых условиях.

Эту проблему решили несколько инженеров. Распыление проволоки сверхзвуковым газовым потоком было первой частью головоломки. Эта техническая разработка позволила создать технологию обработки поверхности, которая хорошо работала с широко используемыми сварочными материалами в условиях высокотемпературной коррозии, например, в угольной энергетике того времени.

На этом этапе компания Integrated Global Services (IGS) совместно с ключевыми клиентами изучала возможность более широкого использования этой технологии в других секторах промышленности, таких как переработка отходов в энергию и биомасса. Группа обнаружила, что распыление готовых исходных материалов из сплавов с использованием высокоскоростного процесса приводит к образованию частиц, которые окисляются в полете, создавая прикладную микроструктуру с путями проницаемости для коррозии. Хотя это не было проблемой для высокотемпературной эрозии, это было фундаментальной проблемой для сред с агрессивными средами, такими как хлор или сера, а также другими коррозионными веществами.