Kinetics of low nox corrosion of waterwalls in utility boilers

• Autorzy: Pronobis M. , Hernik B. , Wejkowski R.

Warianty tytułu

PL

Kinetyka niskoemisyjnej korozji ekranów kotłów energetycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

High temperature corrosion is currently one of the main causes of failures in utility boilers. In particular, in recent years, low NOx corrosion of waterwalls in the area of the burner belt has caused a significant decrease in the lifetime of tubes. Before the introduction of low NOx combustion methods, the lifetime of waterwalls exceeded 10 or more years, while now it does not exceed 5 - 6 years. The fireside waterwall wear is commonly linked with a lack of oxygen and a high CO concentration in the flue gas accompanied with the presence of sulfur and chlorine compounds. Such conditions are inevitable while using primary NOx reduction methods in coal-fired boilers. The amount of chlorine in the coals used in Polish power plant boilers is rather low (commonly Clr <0,2 %) and therefore the predominant corrosion mechanism is the attack of gas phase H2S, a product of reactions in ash deposits containing sulfur compounds. The paper presents a new equation for calculating low-NOx corrosion rate as well as an exemplary calculation presented as the isolines of tube thickness loss [nm/h] over the rear waterwall in the boiler of the ERSA power plant.

PL

Korozja wysokotemperaturowa jest obecnie jedną z głównych przyczyn awarii w kotłach energetycznych. W szczególności w ostatnich latach niskoemisyjna korozja ekranów komory paleniskowej kotła w obszarze pasa palnikowego znacząco wpłynęła na obniżenie okresu eksploatacji rur. Przed wprowadzeniem nisko-emisyjnych metod spalania okres eksploatacji rur ekranowych przekraczał 10 lub więcej lat, podczas gdy po zastosowaniu niskoemisyjnego spalania nie przekracza 5 - 6 lat. Uszkodzenie ekranów jest zwykle powiązane z brakiem tlenu oraz zwiększoną koncentracją tlenku węgla w spalinach przy obecności związków siarki oraz chloru. Takie warunki pracy ekranów są nieuniknione przy stosowaniu pierwotnych metod redukcji tlenków azotu w kotłach pyłowych. Zawartość chloru w węglu stosowanym w polskich kotłach energetycznych jest raczej niska (zwykle Clr <0,2 %) dlatego korozja powstaje głównie przy obecności gazowej fazy H2S, która jest produktem reakcji w osadach popiołowych zawierających związki siarki. Praca zawiera analizę badań procesów korozyjnych związanych ze spalaniem przy niskiej emisji NOx oraz przykładowe obliczenia rozkładu ubytków rur tylnego ekranu komory paleniskowej kotła OP 650. Obliczenia przeprowadzono w oparciu o własne korelacje opracowane na podstawie badań w skali laboratoryjnej i w pełnej skali przemysłowej.

Słowa kluczowe

EN

boiler; low NOx corrosion; kinetics; waterwalls

PL

kotły; spalanie niskoemisyjne; kinetyka; ekran

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2010
• Tom: nr 6
• Strony: 121--128
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Pronobis M.

autor

Hernik B.

autor

Wejkowski R.

• Institute of Power Engineering and Turbomachinery. Silesian University of Technology, Konarskiego 20, 44-101 Gliwice,

Bibliografia

• [1] Benesch W., Schnadt K.: Auswirkungen von Brennstoffwechseln. VGB Kraftwerkstechnik 75 (1995), H8, pp. 715-721.
• [2] Bukowski P., Dyjakon A., Szczepanek K., Rudka K., Wywrot D.: Ocena efektywności powietrza osłonowego na przykładzie El. Rybnik S.A. Systems (Wrocław), 2006 vol. 11, spec. iss. 1/1, s. 185-192.
• [3] Bukowski P., Hardy T., Kordylewski W.: Evaluation of corrosion hazard in PF boilers applying the oxygen content in flue gases. Archiwum Combustionis 1/2009.
• [4] Davis C. J., James P. J., Pinder L. W., Mehta A. K.: Effects of fuel composition and combustion parameters on furnace wall fireside corrosion in pulverised coal-fired boilers. Materials science forum, vol. 369-372 (2001), pp. 857-864.
• [5] EDF Group & Polish Universities R&D Cooperation Platform in Poland: R&D Project Report “Solutions to limit low-NOx corrosion in boilers” - Deliverable 3. Gliwice, May 2006 (unpublished).
• [6] EDF Group & Polish Universities R&D Cooperation Platform in Poland: R&D Project Report “Solutions to limit low-NOx corrosion in boilers” - Deliverable 2. Gliwice, January 2006 (unpublished).
• [7] EDF Group & Polish Universities R&D Cooperation Platform in Poland: R&D Project Report “Solutions to limit low-NOx corrosion in boilers” - Deliverable 5. Gliwice, December 2007 (unpublished).
• [8] Hong-Shig Shim, Valentine J. R., Davis K., Sang-Il Seo, Tae-Hyung Kim: Development of fireside waterwall corrosion correlations using pilot-scale test furnace. Fuel 87 (2008) 3353–3361.
• [9] Karcz H., Butmankiewicz T., Kotulski A., Kozakiewicz A.: Możliwości obniżenia korozji wysoko-temperaturowej w czasie optymalizacji procesu spalania w kotle pyłowym. Rynek Energii, 5(72)/2007.
• [10] Krause H. H.: Effects of flue-gas temperature and composition on corrosion from refuse firing. In: Materials Performance in Waste Incineration Systems, NACE, Houston, 1992, paper #3.
• [11] Kung SC.: Prediction of corrosion rate for alloys exposed to reducing/sulfidizing combustion gases. Mater. Perform. 1997; 36(12):36–40.
• [12] Linjewile T. M., Valentine J., Davis K. A., Harding N. S., Cox W. M.: Prediction and Real-time Monitoring Techniques for Corrosion Characterisation in Furnaces. Materials at High Temperatures Volume 20, Number 2, May 2003, pp. 175-183(9).
• [13] Nakagawa K., Kitagawa M., Tumita Y., Ooki S.: High temperature corrosion of water wall tube in coal fired combustion gases. Journal de Physique IV Colloque C9, supplement au Journal de Physique III, Volume 3, decembre 1993.
• [14] Pronobis M.: Opracowanie modeli zużycia erozyjnego i korozyjnego wybranych elementów bloku. PBZ - MEiN - 4/2/2006, Temat: V.1.5/2, Gliwice 2008 (unpublished).
• [15] Pronobis M. et al.: Pomiary zawartości O2 i CO w warstwie przyściennej komory paleniskowej kotła OP650 bloku nr 2 Elektrowni Jaworzno III. IMiUE Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2005 (unpublished).
• [16] Rusin A., Wojaczek A.: Wpływ zmienności obciążeń cieplnych kotła na prawdopodobieństwo uszkodzeń korozyjnych rur ekranowych w warunkach niskoemisyjnego spalania. Rynek Energii, 6(85)/2009.
• [17] Schroer C., Konys J.: Rauchgasseitige Hochtemperatur-Korrosion in Müllverbrennungsanlagen. Forschungszentrum Karlsruhe 2002.
• [18] Szacowanie tempa korozji na podstawie zawartości tlenu w spalinach kotła BP-1150 (K-3, El. Opole SA). Opracowanie Politechniki Wrocławskiej (unpublished).
• [19] Wejkowski R.: Wykorzystanie modelowania CFD do optymalizacji układów powietrza osłonowego chroniących kotły energetyczne przed korozją niskotlenową. Rynek Energii, 7(86)/2010.
• [20] www.rafako.com.pl