Zalecenia dla projektowania kotłów na biomasę pod kątem ograniczenia korozji chlorowej i zanieczyszczenia powierzchni konwekcyjnych

• Autorzy: Kress T. , Maj I. , Mlonka-Mędrala A. , Pronobis M.

Warianty tytułu

EN

Recommendations regarding biomass-fired boilers designing with a view to reduce chlorine corrosion and a boiler heating surfaces contamination

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Omówiono problem wysokotemperaturowej korozji powierzchni ogrzewalnych kotłów podczas spalania biomasy zawierającej chlor. Podano zweryfikowane wzory do obliczania szybkości korozji parownika i przegrzewacza kotła biomasowego oraz wyniki przykładowych obliczeń. Wykazano, że poprzez podawanie glinokrzemianów do paleniska można doprowadzić do wydzielenia chloru z chlorków zanim te dotrą do powierzchni ogrzewalnych, co jest skutecznym sposobem zapobiegania korozji. Dla oceny różnic pomiędzy składem i własnościami popiołu lotnego oraz osadu powstałego na powierzchni wysokotemperaturowych stopni przegrzewaczy kotła biomasowego przeprowadzono badania przy wykorzystaniu pyłowej komory badawczej IMiUE. Badania wykazały, że proces osadzania na sondzie (w warunkach odpowiadających przegrzewaczowi) ma charakter selektywny i preferuje substancje o niższych niż popiół lotny temperaturach charakterystycznych. Efektem tego może być żużlowanie przegrzewaczy. Widać jednocześnie znacznie większe udziały potasu i chlorków oraz siarki i fosforu, co istotnie zwiększa zagrożenie korozyjne. Na podstawie obliczeń i badań opracowano zalecenia konstrukcyjno-eksploatacyjne do projektowania kotłów na biomasę pod kątem ograniczenia korozji chlorowej i zanieczyszczenia powierzchni konwekcyjnych.

EN

Discussed is the problem of a boiler heating surfaces high-temperature corrosion occurring during combustion of biomass containing chlorine. Presented are verified formulae to calculate corrosion rate of boiling tubes and a biomass boiler superheater as well as the results of exemplary calculations. Proved is that addition of aluminosilicates to fuels fed to a furnace can result in releasing of chlorine from chlorides before they reach heating surfaces that in turn becomes an effective means of corrosion prevention. For the assessment of differences between the composition and properties of the flying ash and the sediment formed on surfaces of a high-temperature stages of a biomass boiler superheater, a research was performed with the use of an IMiUE dust test chamber. Tests showed that the settling process on the probe (in conditions compatible with those in which a superheater works) has a selctive character and prefers substances of lower than the fly ash characteristic temperatures so it can result in superheater slagging. At the same time a considerable bigger participation of potassium, chlorides, sulphur and phosphor can be observed that significantly increases the corrosion hazard. On the basis of these tests and calculations the constructional and operational recommendations were elaborated with a view to reduce the chlorine corrosion and a boiler heating surfaces contamination.

Słowa kluczowe

PL

kotły parowe biomasowe; korozja parowników i przegrzewaczy biomasowych; zalecenia konstrukcyjno-eksploatacyjne

EN

biomass fired boilers; corrosion of biomass boilers boiling tubes and superheaters; constructional and operational recommendations

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Energia [Stowarzyszenie Elektryków Polskich - COSiW]
• Czasopismo: Energetyka
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 11
• Strony: 711--718
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kress T.

• Politechnika Śląska

autor

Maj I.

• Politechnika Śląska

autor

Mlonka-Mędrala A.

• Politechnika Śląska

autor

Pronobis M.

• Politechnika Śląska

Bibliografia

• [1] Nowak W., Pronobis M. (red): Nowe technologie spalania i oczyszczania spalin. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2010.
• [2] Nielsen H.P., Frandsen F.J., Dam-Johansen K., Baxter L.L.: The implications of chlorine-associated corrosion on the operation of biomass-fired boilers. Progress in Energy and Combustion Science 26 (2000).
• [3] Schroer C., Konys J.: Rauchgasseitige Hochtemperatur-Korrosion in Müllverbrennungsanlagen. Forschungszentrum Karlsruhe 2002.
• [4] Mayer P., Manulesco A.V.: Corrosion 36 (7), 369 (1980).
• [5] Warnecke R.: Einfluss von Strömung und chemischen Reaktionen im rauchgasseitigen Belag auf Korrosion an Überhitzer-Rohren in Müllverbrennungsanlagen. VGB PowerTech 9/2005.
• [6] Albert F.W.: Betriebserfahrung führt zu einfachen Lösungen. VGB PowerTech 12/2004, 56-64.
• [7] Born M.: Cause and Risk Evaluation for High-temperature Chlorine Corrosion. VGB PowerTech 5/2005.
• [8] Frandsen F.J.: Utilizing biomass and waste for power production - a decade of contributing to the understanding, interpretation and analysis of deposits and corrosion products. Fuel 84 (2005)1277-1294.
• [9] Chang Y.N.: Journal of Materials Science, 1991, 26, 3693.
• [10] Frandsen F.J., Nielsen H.P., Jensen P.A., Hansen L.A., Livbjerg H., Dam-Johansen K., Hansen P.F.B., Andersen K.H., Sorensen H.S., Larsen O.H., Sander В., Henriksen N.. Simonsen P.: Deposition and corrosion in straw- and coal-straw co-fired utility boilers. Impact of Mineral Impurities in Solid Fuel Combustion ed. by Gupta, Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York 1999.
• [11] Bryers R.W.: Fireside slagging, fouling, and high-temperature corrosion of heat-transfer surface due to impurities in steam-rising fuels. Prog. Energy Combust. Sei. Vol. 22, 1996.
• [12] Salmenoia K.: Chlorine-Induced Superheater Corrosion in Boilers Fired with Solid Biofuels. Power Lines 2000/1.
• [13] Baxter L.: Biomass-coal co-combustion: opportunity for affordable renewable energy. Fuel 84 (2005) 1295-1302.
• [14] Mrowec S., Werber T.: Korozja gazowa metali, WNT, Warszawa, 1975.
• [15] Maj I., Mlonka A., Pronobis M.: Porównanie metod obliczeń szybkości korozji chlorowej oraz emisji HCl dla różnych paliw. 12th International Conference on Boiler Technology ICBT, October 21-24, 2014, Szczyrk, Poland.
• [16] Maj I., Mlonka-Mędrala A., Pronobis M.: Zagrożenie korozją chlorową w kotłach opalanych biomasą. Konferencja Naukowo-Techniczna „Procesy niszczenia elementów konstrukcyjnych i powtoki ochronne w energetyce". Bełchatów, 12-13 marca 2015.
• [17] Wandrasz J., Wandrasz A.: Paliwa Formowane. Biomasa i paliwa z odpadów w procesach termicznych. Wyd. „Seidel-Przywecki" Sp. z o.o„ Warszawa 2006.
• [18] Analizy wykonane przez Zaktady Pomiarowo-Badawcze Energetyki Energopomiar Sp. z o.o.
• [19] Rusin A., Wojaczek A.: Influence of thermal loads variation on the probability of waterwall tubes corrosion failure in low-emission combustion. Rynek Energii 2009, 85 (6), pp. 129-133.
• [20] Fireside Corrosion in Pulverized-Coal-Fired Boilers: Effect of Coal Chlorine and Combustion Parameters, EPRI, Palo Alto, CA: 2001. 1001350.
• [21] Pronobis M., Hernik В., Wejkowski R.: Kinetics of low NOx corrosion of waterwalls in utility boilers. Rynek Energii 2010, nr 6 (91), 121-128.
• [22] Pronobis M., Litka R.: Rate of corrosion of watenvalls in supercritical pulverised fuel boilers. Chemical and Process Engineering 2012, 33 (2), 263-277.
• [23] Benesch W., Schnadt K.: Auswirkungen von Brennstoffwechseln. VGB Kraftwerkstechnik 75 (1995), H8, pp. 715-721.
• [24] Wright I.G., Krause H. Н.: Possible Effects of the Chlorine Content of Coal on Fireside Corrosion in Pulverized Coal-Fired Boilers, TR-108107, EPRI, Palo Alto, California.
• [25] Makkonen P.: Corrosion Tests in Combustion of Recovered Fuels in a Modern CFB Boiler. VGB PowerTech 8/2003, s. 80-83.
• [26] Mroczek К., Kalisz S., Pronobis M., Sołtys J.: The effect of halloysite additive on operation of boilers firing agricultural biomass. Fuel Processing Technology Volume 92 2011, Issue 5, 845-855.
• [27] Kalisz S., Ciukaj Sz., Mroczek К., Tymoszuk M., Wejkowski R., Pronobis M., Kubiczek H.: Impact of halloysite fuel additive on 650 t/h PC boiler co-firing biomass. Part II - emission characteristics. 12th International Conference on Boiler Technology ICBT, October 21-24, 2014, Szczyrk, Poland.
• [28] Kress T., Maj I., Pronobis M., Kalisz S., Wejkowski R.: Badania w pyłowej komorze badawczej wpływu dodatku mineralnego na tworzenie osadów popiołowych przy 100% spalaniu biomasy. 12th International Conference on Boiler Technology ICBT, October 21-24, 2014, Szczyrk, Poland.
• [29] Ciukaj S., Pronobis M.: Badanie zdolności samooczyszczających pęczków konwekcyjnych z ożebrowaniem diagonalnym. Materiały XI Międzynarodowej Konferencji Kotłowej ICBT'2010. Pol. Śląska, IMiUE, Prace Naukowe, Monografie, Konferencje z. 25. Gliwice 2010.
• [30] Patent PL 217231 - Układ rur pęczka wymiennika ciepła.
• [31] Pronobis M., Kress Т., Maj I., Mlonka-Mędrala A.: Sprawozdanie częściowe z prac wykonanych w ramach projektu PBSII: DUO-BIO „Niskoemisyjne innowacyjne technologie rekonstrukcji elektrowni węglowych z blokami o mocy 200 MW" - Podzadanie 4.2 „Badania i analiza korozji chlorowej w kotle biomasowym z ciekłym odprowadzeniem żużla Raport 2". Gliwice, styczeń 2015.