Transcript PowerPoint-presentation

HTC
Kompetenscentrum Högtemperaturkorrosion
– Forskning för ett uthålligt samhälle
Föreståndare: Lars-Gunnar Johansson www.htc.chalmers.se
HTC har tre sponsorer
23 medlemsföretag
Energimyndigheten
HTC
Chalmers
Swerea-KIMAB
Swerea-IVF
KTH
Inverkan av bränslekvalitet på högtemperaturkorrosion i större
fastighetsbrännare (>50 kW) och mindre fjärrvärmeanläggningar
Projektdeltagare:
HTC
SP Sveriges Provnings & Forskningsinstitut
Janfire, Sonnys Maskiner, Trätek
Projektledare:
Lars-Gunnar Johansson, HTC, Chalmers
Högtemperaturkorrosion av rostfria stål vid eldning av ved:
 korrosionsangreppen beror till stor del
på askans alkaliinnehåll;
½Cr2O3(s)+K2CO3(s)+3/4O2
K2CrO4(s)+CO2
 korrosionen leder till driftstörningar!
 korrosionen påverkar ask-kvaliteten !
Exempel på korrosionsangrepp i en
pellets-eldad panna
Genomförande

inventering och dokumentation av högtemperaturkorrosion vid
eldning av askrika bränslen i pelletpannor

konstruktion av luftkyld korrosionssond för exponering av
högtemperaturmaterial i en realistisk korrosiv miljö i en pelletseldad
panna

korrosionsförsök med hjälp av korrosionssonden i en
pelletpanna som eldas med väldefinierade askrika bränslen
(barkpellets) och under kontrollerade förbränningsförhållanden

välkontrollerade laboratorieförsök för att utvärdera sambandet mellan
rökgasens och askans sammansättning, materialtemperatur och
korrosionsangrepp
Den luftkylda korrosionssonden
korrosionssond
eldstad
korrosionsprov
Fyra stålprover exponeras samtidigt med sonden som kyls invändigt med tryckluft.
Materialtemperaturen mäts kontinuerligt med termoelement och ställs in på ett förutbestämt
värde med hjälp av en reglerutrustning. Under försöket kördes sonden under 24 timmar i en stokerugn
(Sonnys maskiner) De exponerade materialen var ett aluminabildande (Kanthal AF ) och tre kromoxidbildande högtemperaturstål (304L, 253MA och 310). Materialtemperatur = 700+-5oC.
Några highlights från laboratoriestudien
Fe
Cr
Ni
C
other
Cr/Fe
Sanicro 28
35
27
31
0.02
Mo: 3.5
0.77
253 MA
65
21
11
0.09
304L
68
18
8
0.02
Mo: 0.5
0.26
Kanthal AF
73
21
0.3
0.03
Al: 5.1
0.29
0.32
chromia forming alloys
alumina forming alloy
Chemical composition i wt%
Temperature:
Atmosphere:
Salt:
Exposure time:
Exposure technique:
Evaluation techniques:
600°C
5% O2 + 40% H2O + 55% N2
Ex-situ addition of 0.11 mg/cm2 K2CO3
24 and 168 hours
tube furnace
gravimetric analysis, SEM/EDX, XRD
Surface morphology before oxidation
K2CO3(s)
ground and
polished surface
Sanicro 28 polished and sprayed with a K2CO3 solution
Sanicro 28 after oxidation with K2CO3
Sanicro 28 with K2CO3, O2 + H2O, 24 h, 600°C
Sanicro 28 after oxidation with K2CO3
K2CrO4
(Fe,Cr)2O3
Sanicro 28 with K2CO3, O2 + H2O, 24
Mechanism for K2CO3(s) induced corrosion
Environment:
O2, H2O, 600°C
Formation of chromate:
K2CO3 + ¾ O2 + ½ Cr2O3
K2CrO4 + CO2
K2CO3(s)
CO
K
CO
2(g)
2
3
K2CrO4
(ads)
High alloyed
steel,
e.g. Sanicro
28
K2CO3 outer Fe-rich
Cr-rich
(ads) oxide
(Fe,Cr)2O3
inner Cr-rich oxide
Cr diffusion in the steel
Alloy
Initiation
Mechanism for K2CO3(s) induced corrosion
Formation of chromate:
Environment:
K CO + ¾ O2 + ½ Cr2O3
K2CrO4 + CO2
O2, H2O, 600°C 2 3
K2COCO
K2CrO4 (ads)3 2(g)
K2CO3(s)
K2CO3
(ads)
Cr poorer
steels,
e.g. 304L, 253
MA
Alloy
Initiation
Propagation
Fe2O3 islands
Cr-rich
(Fe,Cr,Ni)3
(Fe,Cr)
O4
2O3
Summary of results from the lab study
• K2CO3 reacts with (Fe,Cr)2O3, forming potassium chromate
(K2CrO4 ).  This may result in transformation of the
protective chromium-rich oxide to a rapidly growing
iron-rich oxide.
• Highly alloyed stainless steel can form chromate without
causing accelerated corrosion.
Samverkan med annan verksamhet och forskning
Kompetenscentrum Högtemperaturkorrosion (HTC):
Pågående projekt ”Högtemperaturkorrosion vid småskalig förbränning av biomassa”
Partners:
tillverkare av pelletanläggningar och av material för dessa
tillämpningar
Fokus:
korrosion i småpannor eldade med stamvedspellets
SP Energiteknik:
FoU + provning av biobränsleeldade utrustningar
+ resurser för mätning (emissioner, förbränningsförlopp ….)
+ labb.testning och certifiering av utrustningar upp till 500 kW
Sammanfattning av vad som uppnåtts inom projektet
En inventering och dokumentation av högtemperaturkorrosion vid eldning av
askrika bränslen i pelletpannor har genomförts
En luftkyld korrosionssond för pelletseldade pannor har konstruerats som gör det
möjligt att undersöka korrosionsförhållandena vid pelletseldning. Korrosionssondens
användbarhet har demonstrerats i en barkpellet-eldad panna. Sonden kan användas
för att jämföra olika material m.a.p. korrosionsbeständighet i en viss pannmiljö samt
för att jämföra olika bränslen m.a.p. korrosivitet.
Välkontrollerade laboratorieförsök har genomförts för att utvärdera sambandet
mellan rökgasens och askans sammansättning, materialtemperatur och
korrosionsangrepp ( Publiceras som en vetenskaplig artikel ”HOW TO SCREEN HIGH TEMPERATURE STEELS FOR
OPTIMAL USE IN BIOFUEL-HEATED BURNERS FOR RESIDENTIAL BOILERS: ROLE OF ALKALI” vid NACE Corrosion i
Houston USA 13-17 mars 2011)
Den luftkylda korrosionssonden
Fyra kvadratiska prover exponeras samtidigt med sonden som kyls invändigt med tryckluft.
Materialtemperaturen mäts kontinuerligt med termoelement och ställs in på ett förutbestämt
värde med hjälp av en reglerutrustning
Tidplan
2år (080701 – 100631)
Budget
SP Sveriges Provnings & Forskningsinstitut
500 kkr
HTC
500 kkr
Deltagande företag
200 kkr
Finansiering från Energimyndigheten
Summa projektbudget
1000 kkr
1200 kkr
Organisation

projektet genomförs i samverkan mellan HTC och SP och deltagande företag

deltagande företag: Janfire, Sonnys Maskiner, Trätek
Mål
Att identifiera och undersöka högtemperaturkorrosionsproblem vid
eldning av pellets
Speciellt: askrika pellets & andra nya biobränslen
Fokus:
större fastighetsbrännare (>50 kW) och mindre
fjärrvärmeanläggningar
Förväntade resultat:
Metoder för att lösa korrosionsproblemen:
* tillsatser till bränslet
* val av mer korrosionsbeständiga material
* förslag på modifieringar av design
Pågående FoU verksamhet samt finansiering
HTC´s forskningsprogram Högtemperaturkorrosion – forskning för ett
uthålligt energisystem
samarbete med 23 medlemsföretag
SP bedriver ett antal projekt med nya bränslen
Utvärdering av utvecklingsstatus för småskalig förbränning av pellets från nya askrika
råvaror (ERA-NET-projekt, SLU, SP m fl).
SLF-projekt angående utsläpp av partiklar från spannmål