Напрасно тратить

Исследование Prewin Network, проведенное в 2021 году по поводу незапланированных остановок, показало, что отказы оборудования на установках по переработке отходов в энергию (WtE) и биомассе стали причиной в общей сложности 22,9 дней незапланированных остановок в 2021 году. Также было обнаружено, что 43% классификаций отказов оборудования были связаны с котлами. (Рисунок 1). Кроме того, только на котлы приходилось в среднем 9,9 дней внеплановых остановов в 2021 году, при этом на радиационную часть приходится 49% отказов котлов (рис. 2), за ней следуют экономайзер (28%), конвективная часть (20%) и другие (3%).

Эти последние статистические данные дают представление о производительности и надежности активов, подчеркивая, что котлы являются одним из наиболее проблемных элементов оборудования, с которыми сталкиваются владельцы предприятий. В этой статье обсуждается один из наиболее распространенных факторов, способствующих выходу из строя котла: коррозия.

Котлы WtE, которые обычно предназначены для средних и крупных установок, производят пар для производства электроэнергии или тепла путем сжигания биомассы, переработанной биомассы или предварительно обработанных промышленных или городских отходов. Гибкость использования топлива обеспечивает соответствующее снижение затрат, но приводит к усилению коррозии котла.

Среда сгорания смешанного топлива создает экстремальные условия, которые могут привести к повреждению оборудования. Существует большое разнообразие конструкций котлов: горизонтальная колосниковая решетка, наклонная колосниковая решетка, барботирующий кипящий слой, циркулирующий кипящий слой и так далее. Если топливная смесь содержит пластмассы и другие химические вещества, то могут образовываться хлор, сера и другие щелочные и тяжелые металлы, что резко увеличивает скорость потери толщины деталей, находящихся под давлением, из-за механизмов ускоренной коррозии. Без надлежащего профилактического ухода эти условия могут привести к утечкам, неожиданным простоям, а также высоким затратам на техническое обслуживание и эксплуатацию, что снижает доступность, эффективность и выбросы этих котлов.

Повышение эффективности котлов WtE означает повышение давления и температуры внутри труб котла. Сочетание новых типов топлива, содержащих более высокие уровни коррозионных агентов, с более высокими температурами и давлениями может привести к размягчению материала. Ускоренная коррозия дымовых котлов начинается на незащищенных стальных теплообменных поверхностях пароперегревателей и снижается эрозионная стойкость основного металла.

Большинство механизмов защиты от коррозии заключаются в создании коррозионного барьера на основном металле путем формирования оксидного слоя. Проблема внутри котлов WtE заключается в том, что этот слой быстро разрушается, вызывая образование другого слоя и, следовательно, приводя к явлению эрозии-коррозии (рис. 3). Эрозионно-коррозионное истончение может произойти быстро, когда суровые условия сочетаются с мягкими или плохо устойчивыми к эрозии материалами при таких повышенных температурах.

Огнеупорная защита является первой защитой от агрессивных дымовых газов, а также может иметь отличные противоэрозионные свойства. Однако теплообменные свойства ограничены, поскольку тепловой КПД низок. Можно использовать тугоплавкие сплавы, но из-за чрезмерных затрат на материалы и ограниченной эрозионной стойкости использование защитного слоя часто является более экономичным решением.

Использование тонких керамических покрытий кажется привлекательным подходом, но часто несоответствие теплового расширения и хрупкость таких покрытий делают это решение ненадежным. Покрытия имеют тенденцию к растрескиванию, и под защитным слоем может развиться коррозия, которая затем может отслоиться. Некоторые возможные решения включают следующее.

Наплавка металла сварного шва (WMO). Многие котлы спроектированы и изготовлены с защитой наплавленного металла (WMO), установленной в критических зонах, подверженных риску эрозии или коррозии. Нередко со временем и в процессе дальнейшей эксплуатации на незащищенных трубках за пределами секции ВМО, например, на втором проходе, наблюдается ускоренная коррозия. Это обычно называют «ползучестью коррозии». В этом случае необходимо расширить площадь труб, защищенных коррозионным барьером (рис. 4).

Во многих случаях традиционное решение состоит в том, чтобы удалить пораженные участки и заменить их новыми трубными панелями, которые, в свою очередь, защищаются антикоррозийным барьером WMO, нанесенным в цеху. Однако замена секций водяной стены может вызвать длительные простои и дополнительные проблемы, такие как, среди прочего, деформация и неровности геометрии поверхности в местах стыков секций панелей и стыковых сварных швах. ВМО сталкивается с особыми трудностями в тех случаях, когда речь идет о внешней мебели.