Prevention of chloride corrosion in biomass boilers by means of SO3 injection

• Autorzy: Hardy Tomasz , Jakubiak Maciej , Filipowski Krzysztof

Warianty tytułu

PL

Zapobieganie korozji chlorkowej w kotłach spalających biomasę za pomocą wtrysku SO3

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents most developed methods of prevention of chlorine corrosion of steam superheater tubes during biomass combustion which are based on alkali chlorides sulphation and formation less corrosive sulfates. A new concept of using pure gaseous SO3 for sulphation process of KCl (being one of the main promoters of chloride corrosion) has been described. In currently used methods of limiting chloride corrosion, the addition of sulfur (or its compounds) is used mainly. Sulfur is converted to SO2 and SO3, with SO3 playing the most important role in sulphation of KCI. By introducing the additive directly into the furnace in the SO3 form it is possible to obtain the effect of KCl sulphation with a limited sulfur consumption in the process. Moreover, lower sulfur-based additive dosage shall limit the risk of occurrence of low temperature corrosion. The possibilities of locating nozzles for SO3 dosing, taking into account the main limitations were also presented.

PL

W pracy przedstawiono zaawansowane metody zapobiegania korozji chlorkowej rur przegrzewaczy pary bazujące na usiarczeniu chlorków alkalicznych. Opisana została nowa koncepcja polegająca na wykorzystaniu czystego, gazowego SO3 podawanego do paleniska w celu usiarczania KCl obecnego w spalinach podczas spalania biomasy i będącego jednym z głównych promotorów korozji chlorkowej. W stosowanych obecnie metodach ograniczania korozji chlorkowej stosuje się dawkowanie siarki (lub jej związków) do komory paleniskowej. Siarka spalając się ulega konwersji do SO2 i SO3, przy czym najważniejszą rolę w usiarczaniu KCl pełni SO3. Wprowadzenie do paleniska dodatku bezpośrednio w postaci SO3 pozwolić może na uzyskanie efektu usiarczenia KCl przy ograniczonym zużyciu siarki w procesie. Dodatkowo ograniczenie dawki dodatku na bazie siarki powinno ograniczyć ryzyko wystąpienia tzw. zimnej korozji. W pracy przedyskutowano również możliwości lokalizacji dysz dozujących SO3 biorąc pod uwagę główne ograniczenia.

Słowa kluczowe

EN

biomass combustion; chloride corrosion; KCl sulphation; SO3

PL

spalanie biomasy; korozja chlorkowa; usiarczanie KCl; SO3

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2019
• Tom: Nr 2
• Strony: 88--95
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Hardy Tomasz

• Wrocław University of Science and Technology

autor

Jakubiak Maciej

• Pentol-Enviro Polska Sp. z o.o

autor

Filipowski Krzysztof

• Pentol-Enviro Polska Sp. z o.o

Bibliografia

• [1] Aho M., Vainikka P., Taipale R., Yrjas P.: Effective new chemicals to prevent corrosion due to chlorine in power plant superheaters. Fuel, vol. 87, 2008, pp. 647–654
• [2] Blomberg T.: Which are the right test conditions for the simulation of high temperature alkali corrosion in biomass combustion. Materials and Corrosion, vol. 57, 2006, pp. 170-175
• [3] Born M.: Cause and risk evaluation for high-temperature chlorine corrosion. VGB PowerTech, vol. 5, 2005, pp. 107-111
• [4] Brittain R.D., Hildenbrand D.L.: Catalytic Decomposition of Gaseous SO3. American Chemical Society, 1983
• [5] Energia ze źródeł odnawialnych w 2016r., Główny Urząd Statystyczny, Warszawa 2017
• [6] Energia ze źródeł odnawialnych w 2017r., Główny Urząd Statystyczny, Warszawa, 2018
• [7] Ericsson K.: Co-firing −A strategy for bioenergy in Poland? Energy, vol. 32, 2007, pp. 1838–1847
• [8] Filipowski K., Jakubiak M.: Technologia kondycjonowania spalin dla poprawy skuteczności elektrofiltrów oraz wsparcia instalacji mokrego odsiarczania spalin. Przemysł Chemiczny, 2017, vol. 96, nr 4, s. 916-920
• [9] Forsberg C., Broström M., Backman R., Edvardsson E., Badiei S., Berg M., Kassman H.: Principle, calibration, and application of the in situ alkali chloride monitor. Review of Scientific Instruments, vol. 80, 2009
• [10] Grabke H.J., Reese E., Spiegel M.: The effect of chlorides, hydrogen chloride and sulfur dioxide in the oxidation of steels below deposits. Corrosion Science, vol. 37, no. 7, 1995, pp. 1023-1043
• [11] Hardy T., Kordylewski W., Mościcki K.: Use of aluminosilicate sorbents to control KCl vapors in biomass combustion gases. Journal of Power Technologies, vol. 93, no. 1, 2013, pp. 37–43.
• [12] Hardy T., Kordylewski W., Mościcki K.: Zagrożenie korozją chlorkową w wyniku spalania i współspalania biomasy w kotłach. Archiwum Spalania, vol. 9, nr 3-4, 2009, s. 181-195.
• [13] Henderson P., Szakálos P., Pettersson R., Andersson C., Högberg J.: Reducing superheater corrosion in wood-fired boilers. Materials and Corrosion, vol. 57, no. 2, 2006.
• [14] Karasawa H., Sasahira A., Hoshino K.: Thermal Decomposition of SO3. Third Information Exchange Meeting, Oarai, Japonia 2005
• [15] Kassan H., Ohlin J., Bohwalli J., Armand, L.E.: Influence of O2 during Sulphation of KCl in a Biomass Fired CFB Boiler. Swedish-Finnish Flame days Conference, January 26-27, 2011, Pitea, Sweden.
• [16] Kassman H., Bafver L., Amand L.E.: The importance of SO2 and SO3 for sulfation of gaseous KCl – An experimental investigation in a biomass fired CFB boiler. Combustion and Flames, vol. 157, 2010, pp. 1649-1657
• [17] Kassman H., Strategies to Reduce Gaseous KCl and Chlorine in Deposits during Cobustion of Biomass in Fluidised Bed Boilers. Thesis for the degree of doctor of philosophy, Department of Energy and Environment Division of Energy Technology, Chalmers University of Technology, Goteborg, Sweden 2012
• [18] Mroczek K., Kalisz S., Pronobis M., Sołtys J.: The effect of halloysite additive on operation of boilers firing agricultural biomass. Fuel Processing Technology, vol. 92, 2011, pp. 845–855.
• [19] Pronobis M.: Modernizacja kotłów energetycznych. WNT, Warszawa, 2017
• [20] Pronobis M.: The influence of biomass co-combustion on boiler fouling and efficiency. Fuel, vol. 85, 2006, pp. 474–480
• [21] Salmenoja, K.: Field and Laboratory Studies on Chlorine-induced Superheater Corrosion in Boilers Fired With Biofuels. Tampere, Kirjapaino Hermes, 2000
• [22] Schulz K.W., Robbins K.: Lowering high temperature corrosion rate with chemical technology. PowerGen Europe, June 2007
• [23] Spörl R.: Bewertung eines Additiv-Verfahrens zur Rauchgaskonditionierung mit Schwefeltrioxid zur Minderung der Chlorkorrosion an Überhitzerrohren des Biomassekraftwerks Hagen. Universität Stuttgart, Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik – IFK, Abteilung Kraftwerksfeuerungen, 2013
• [24] Srivastava R.K., Miller C.A., Erickson C., Jambhekar R.: Emissions of Sulfur Trioxide from Coal-Fired Power Plants. Journal of the Air & Waste Management Association, 2004, 54:6, pp. 750-762
• [25] Tobiasen L., Skytte R., Pedersen L.S., Pedersen S.T., Lindberg M.A.: Deposit characteristic after injection of additives to a danish straw-fired suspension boiler. Fuel Processing Technology, vol. 88, no. 11–12, 2007, pp. 1108–1117
• [26] Tumuluru J.S, Sokhansanj S., Wright C.T., Boardman R.D., Yancey N.A.: A review on biomass classification and composition, co-firing issues and pretreatment methods. American Society of Agricultural and Biological Engineers, Louisville, Kentucky, August 7-10, 2011
• [27] Vassilev S.V., Baxter D., Andersen L.K., Vassileva C.G.: An overview of the chemical composition of biomass, Fuel, vol. 89, 2010, pp. 913–933
• [28] Viklund P.: Superheater corrosion in biomass and waste fired boilers – characterisation, cause and prevention of chlorine-induced corrosion. Doctoral Thesis, Division of Surface and Corrosion Science, Department of Chemistry, School of Chemical Science and Engineering, Stockholm, Sweden 2013
• [29] Wang L., Hustad J.E., Skreiberg O., Skjevrak G., Gronli M.: A critical review on additives to reduce ash related operation problems in biomass combustion applications. Energy Procedia, vol. 20, 2012, pp. 20-29
• [30] Yilmaz A, Hindiyarti L., Jensen A.D., Glarborg P., Marshall P.: Thermal Dissociation of SO3 at 1000-1400K. The Journal of Physical Chemistry A, vol. 110, 2006, pp. 6654-6659

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).