Zliatiny hastelloy pri spaľovaní odpadu: Odolnosť proti korózii voči kyslým kondenzátom spalín

Spaľovanie tuhého komunálneho odpadu produkuje viac než len teplo a popol -, produkuje spaliny s kyselinou chlorovodíkovou, oxidmi síry a inými kyselinotvornými-zlúčeninami, ktoré po kondenzácii vytvárajú jedno z najkorozívnejších kvapalných prostredí, ktorým bežne čelí akékoľvek priemyselné zariadenia. Štandardná nehrdzavejúca oceľ a v mnohých prípadoch dokonca 6 % molybdénové super{4}}austenitické triedy nie sú spoľahlivo vhodné v tejto špecifickej chémii kondenzátu, a pretoHastelloy C276, C-22 a C-2000 sa stali štandardnými materiálmi v práčkach a systémoch ochladzovania zariadení na výrobu energie. Táto príručka vysvetľuje, prečo je kondenzát spalín taký agresívny, kde v spaľovni vzniká a ako je špecifikovaná rodina zliatin Hastelloy, aby ho prežili.

Prečo spaliny zo spaľovania odpadu vytvárajú také agresívne korózne prostredie?

Spaliny zo spaľovania odpadu sú agresívne, pretože pri spaľovaní zmesového tuhého komunálneho odpadu -, ktorý bežne obsahuje PVC plasty, potravinový odpad a iné chlór- a síru-obsahujúce materiály -, sa uvoľňuje kyselina chlorovodíková, oxidy síry a ďalšie kyselinotvorné-plyny, ktoré sa stávajú extrémne nízko korozívnymi, akonáhle skondenzujú{6}H{5} na kvapalinu{6}5} chlorid} a -.

Pevný komunálny odpad je veľmi variabilné palivo a práve táto variabilita robí jeho chémiu spalín tak náročnými: PVC a iné chlórované plasty uvoľňujú plynný chlorovodík (HCl) počas spaľovania, materiály obsahujúce síru- uvoľňujú oxidy síry, ktoré môžu pri kondenzácii vytvárať kyselinu sírovú a sírovú, a stopové halogény a ťažké kovy v odpadovom toku ešte viac komplikujú výsledný kondenzačný plyn.

Na rozdiel od dobre{0}}riadeného chemického procesu so známou konzistentnou surovinou sa zloženie spalín v spaľovni mení so zložením spaľovaného odpadu v daný deň, čo znamená, že systém ochrany proti korózii musí byť navrhnutý pre realisticky tvrdú kombináciu podmienok, a nie pre jedinú, presne charakterizovanú chémiu - filozofiu dizajnu, ktorá uprednostňuje široko schopné, vysoko{2}}optimalizované materiály

Čo je to kyslá korózia rosného bodu a kde sa vyskytuje v spaľovacom systéme?

Korózia kyslého rosného bodu nastáva, keď sa spaliny ochladzujú na špecifickú teplotu, pri ktorej jeho kyslé{0}}pary vytvárajúce kondenzáciu kondenzujú na kvapôčky kvapaliny priamo na povrchoch zariadenia. Najzávažnejšia je na studených{1}}povrchoch prenosu tepla, v chladiacich komorách a v systémoch mokrej práčky, kde je táto kondenzácia buď nevyhnutná, alebo je zámerne vyvolaná ako súčasť procesu kontroly znečistenia.

Dymové plyny prenášajú kyslé-zlúčeniny vo forme pary pri vysokej teplote, a keď sa plyn ochladzuje - buď prostredníctvom zariadenia na rekuperáciu tepla, alebo zámerného procesu ochladzovania a čistenia -, tieto zlúčeniny dosahujú teplotu, pri ktorej kondenzujú ako koncentrovaná kyslá kvapalina priamo na najbližšom chladnom povrchu. Tento kyslý rosný bod nie je jedinou pevnou teplotou; závisí to od konkrétnej zmesi kyslých plynov a obsahu vlhkosti, ale základný mechanizmus je konzistentný: akýkoľvek kovový povrch, ktorý klesne pod túto hranicu, sa stane miestom kondenzácie pre niečo, čo môže byť extrémne nízke -pH, vysoké- chloridy a často lokálne koncentrovaná korozívna kvapalina.

To je presne dôvod, prečo sú povrchy ekonomizéra so studeným koncom a predhrievača vzduchu, ochladzovacie komory a nádoby na mokré práčky -, všetky špeciálne navrhnuté na chladenie spalín a v práčkach na zámerný kontakt s kvapalinou na odstránenie kyslých plynov -, zóny, kde je tento korózny mechanizmus najzávažnejší a najdôslednejší pre výber materiálu.

Ktoré zliatiny hastelloy sa bežne používajú pri spaľovaní odpadu a ako sa líšia?

Hastelloy C-276, C-22 a C-2000 sú zliatiny niklu, chrómu a molybdénu, ktoré sú najčastejšie špecifikované pre službu kyslého kondenzátu spalín, pričom každá z nich ponúka príbuzný, ale zreteľný profil odolnosti voči korózii, ktorý je formovaný rozdielmi v obsahu molybdénu, volfrámu a medi.

Porovnanie troch najčastejšie špecifikovaných tried Hastelloy pre túto službu:

Tabuľka 1. Porovnanie bežných tried Hastelloy špecifikovaných pre službu kondenzátu spalín zo spaľovania odpadu. Výber triedy by mal byť vždy validovaný vzhľadom na špecifickú chemickú chémiu kondenzátu očakávanú v danej lokalite závodu, v ideálnom prípade by mal byť podporený testovaním korózie alebo zdokumentovanými skúsenosťami v teréne v porovnateľnej prevádzke, a nie iba všeobecným referenčným usmernením.

Všetky tri zliatiny majú rovnaký základný základ niklu{0}}chrómu-molybdénu, ktorý je zodpovedný za odolnosť voči všeobecnému pôsobeniu kyselín a lokálnej korózii-indukovanej chloridmi, ale každá bola vyvinutá s cieľom rozšíriť alebo vyvážiť tento odpor v určitom smere - C{5}}22 zlepšená oxidačná meď-výkonnosť a odolnosť voči kyseline sírovej20, obe predstavujú cieľovú síru20{0} metalurgické reakcie na špecifické medzery identifikované v terénnych skúsenostiach so zliatinami staršej generácie, ako je C-276, odzrkadľujúce rovnaký druh vylepšenia zloženia, o ktorom sa hovorí v iných technických príručkách o vývoji triedy nehrdzavejúcej ocele.

Prečo je štandardná nehrdzavejúca oceľ vo všeobecnosti nedostatočná pre kyslý kondenzát spalín?

Štandardná austenitická nehrdzavejúca oceľ a často dokonca 6 % molybdénové super-austenitické triedy sú vo všeobecnosti nedostatočné pre najtvrdšie kyslé zóny kondenzátu spalín, pretože kombinácia veľmi nízkeho pH, vysokej koncentrácie chloridov a oxidačných látok v tomto špecifickom kondenzáte presahuje praktické limity odolnosti proti korózii, ktoré tieto triedy ponúkajú, najmä pokiaľ ide o koróziu s bodovou koróziou a chloridovou koróziou.

Kondenzát spalín vo svojej najzávažnejšej miere kombinuje niekoľko faktorov urýchľujúcich koróziu- súčasne: koncentráciu chloridov, ktorá môže výrazne stúpnuť nad zvyčajné hladiny procesnej vody, keď sa kondenzát koncentruje, pH dostatočne nízke na to, aby predstavovalo skutočné napadnutie kyselinou, a nie jednoduché vystavenie chloridom, a oxidačné spaľovanie-produktmi, ktoré môžu posunúť aj zliatiny odolné voči chloridom-k ich praktickým limitom. Táto kombinácia je podstatne závažnejšia ako scenáre všeobecnej chloridovej jamkovej a štrbinovej korózie diskutované v iných technických príručkách o limitoch PREN a chloridov z nehrdzavejúcej ocele, a preto-pre{5}}energetické závody špecificky siahajú po zliatinách Hastelloy na báze niklu v najnáročnejších zónach namiesto spoliehania sa na najvyššie{7}}{7}}PREN v prostredí s menej kyslými chloridmi z nehrdzavejúcej ocele, ktoré fungujú dobre v prostredí s menej kyslou chloridovou nerezovou oceľou.

Ako sa C-22 zlepšuje oproti C-276 pri oxidačných kyslých chloridových podmienkach?

Hastelloy C-22 zlepšuje výkon C-276 špecificky v oxidačných kyslých chloridových podmienkach prostredníctvom vyváženého zloženia chrómu, molybdénu a volfrámu, čo mu dáva lepšiu odolnosť voči lokalizovanej korózii a všeobecnému napadnutiu v prítomnosti oxidačných látok než ponúka C-276, a preto sa C-22 stáva čoraz viac preferovaným v mnohých moderných dizajnoch umývacích systémov.

C-276 zostáva vynikajúcou zliatinou so širokým spektrom schopností, ale skúsenosti z praxe v rámci aplikácií chemického spracovania a čistenia dymových plynov ukázali, že jeho výkon by mohol byť okrajovejší, najmä keď kyslé chloridové podmienky tiež silne oxidovali - kombináciu, ktorá je skutočne možná pri spaľovaní kondenzátu spalín vzhľadom na oxidačné spaľovanie-produktov prítomných popri kyslých plynoch. Vývoj C-}22 sa špecificky zameral na túto medzeru a vyvážil pomer chrómu a molybdénu a volfrámu v zliatine, aby sa spoľahlivý výkon rozšíril aj do oxidačných podmienok bez obetovania odolnosti voči redukčným kyselinám, vďaka ktorým je C-276 v prvom rade cenným.

Toto cielené zlepšenie je dôvodom, prečo mnohé moderné konštrukcie mokrého umývacieho systému špecifikujúC22ako prinajmenšom rovnaké a v oxidačnom{0}}stave-aplikáciách niekedy uprednostňované pred C-276, aj keď obe zostávajú platné, aktívne špecifikované voľby v závislosti od konkrétnej chémie kondenzátu, ktorú daný závod očakáva.

Akú úlohu zohráva pridanie medi C-2000 v odolnosti proti kondenzátu spalín?

Prídavok medi C-2000 špecificky zvyšuje odolnosť voči kyseline sírovej a určitým podmienkam zmiešanej kyseliny, čo z neho robí obzvlášť relevantnú voľbu tam, kde kondenzát spalín nesie významnú zložku síranu alebo kyseliny sírovej popri bežnejšie zdôrazňovanom obsahu chloridov.

Prísady medi majú v metalurgii niklových zliatin dobre zavedenú úlohu pri zlepšovaní odolnosti pri znižovaní kyslého prostredia, čo je zásada, o ktorej sa hovorí aj v iných technických príručkách, ktoré sa týkajú úlohy medi v triedach ako 904L. C-2000 uplatňuje rovnaký všeobecný princíp v rámci vysoko-chrómu a{6}}molybdénu Hastelloy, čo mu dáva profil odolnosti proti korózii, ktorý pokrýva oxidačné aj redukčné podmienky, pričom ponúka mimoriadnu silu v chémii ovplyvnenej {-kyselinou sírovou-, pretože sírne{9}} zložky môžu byť relevantné pri spaľovaní plynov{4} špecificky pri spaľovaní plynov produkujú významný obsah síranov a kyseliny sírovej popri častejšie diskutovanom príspevku kyseliny chlorovodíkovej. Tam, kde očakávaná chemická analýza kondenzátu v konkrétnom závode naznačuje, že významný obsah síranov je rozhodujúcim problémom, C-2000 je rozumná zliatina na hodnotenie spolu s C-276 a C-22, namiesto toho, aby sa nerešpektovala jedna z diskusií zameraných viac na chloridy.

Kde v spaľovni sú zliatiny hastelloy najčastejšie špecifikované?

Zliatiny hastelloy sú najčastejšie špecifikované v mokrých práčkach, ochladzovacích komorách, odstraňovačoch hmly a na studených{0}}povrchoch prenosu tepla - v špecifických zónach, kde dochádza k trvalému priamemu kontaktu s koncentrovaným kyslým kondenzátom -, zatiaľ čo menej náročné zóny v tej istej továrni sú často postavené z úspornejších materiálov.

Pohľad zóny-po{1}}zóne typického prístupu materiálu cez cestu spalín v spaľovni:

Tabuľka 2. Reprezentatívna zóna-podľa-závažnosti zónovej korózie a materiálového prístupu naprieč odpadom-k-spaľovni energie spaľovne.

Tento vzor selektívnej špecifikácie odzrkadľuje rovnakú filozofiu výberu materiálov pre vodiča-vychádzajúcu z{0}}špecifickej zóny, o ktorej sa diskutuje v iných technických príručkách o konštrukciách na mori a zariadeniach na chemické spracovanie: namiesto toho, aby stavali celý závod z-najodolnejšieho dostupného materiálu, koncentrujú prémiové zliatiny niklu špeciálne na miesta, kde skutočne dochádza k trvalému vystaveniu silnému kyslému kondenzátu, pričom používajú inde v rovnakých materiáloch alebo ochranných systémoch hospodárnejšie materiály alebo ochranné systémy.

Ako by mali inžinieri pristupovať k výberu materiálu v koróznych zónach spaľovne?

Inžinieri by mali charakterizovať očakávané chemické zloženie kondenzátu - chlorid, síran a pH - podľa zóny, zmapovať miestnu teplotu kovu vo vzťahu ku kyslému rosnému bodu a vybrať medzi C-276, C-22 a C-2000 (alebo ich kombináciou v rôznych zónach) na základe špecifického oxidačného/redukčného charakteru a obsahu síranov v kondenzáte očakávanom v každom mieste.

Praktický prístup k výberu:

1. Charakterizujte očakávané chemické zloženie spalín a kondenzátu,vrátane rozsahov chloridov, síranov a pH, ideálne na základe skutočného alebo reprezentatívneho zloženia toku odpadu a nie všeobecných predpokladov.

2. Zmapujte miestnu teplotu kovu oproti kyslému rosnému bodupre každú zónu, identifikácia miesta, kde pravdepodobne dôjde ku kondenzácii aj mimo zámerne vlhkých zón, ako sú práčky a ochladzovacie komory.

3. Vyhodnoťte oxidačný/redukčný charakter očakávaného kondenzátuako primárny faktor pri výbere medzi C-276 a C-22, v súlade s princípmi výberu materiálov riadenými mechanizmom, o ktorých sa hovorí v iných technických príručkách o oxidačnom verzus redukčnom koróznom prostredí.

4. Zvážte C-2000 konkrétne tam, kde je obsah síranu alebo kyseliny sírovej významnou, zdokumentovanou zložkouočakávaného chemického zloženia kondenzátu, namiesto toho, aby sa predvolili iba porovnávania{0}}triedy zamerané na chloridy.

5. Aplikujte prémiové zliatiny selektívne podľa zóny,rezervovanie tried Hastelloy pre miesta s trvalým vystavením silnému kyslému kondenzátu pri použití ekonomickejších materiálov alebo ochranných obkladov inde v rovnakom závode.

Často kladené otázky

Môže sa duplexná alebo super duplexná nehrdzavejúca oceľ použiť kdekoľvek v spaľovni odpadu v ceste kyslých plynov?

Áno, v menej náročných zónach, kde je chémia kondenzátu menej agresívna alebo teplota kovu spoľahlivo zostáva nad kyslým rosným bodom, môžu duplexné a super duplexné triedy ponúknuť ekonomickejšiu alternatívu k zliatinám Hastelloy, ale vo všeobecnosti sa nepovažujú za vhodné pre priamy a trvalý kontakt s najtvrdším kondenzátom z práčky a ochladzovacej komory.

Ovplyvňuje zloženie toku odpadu významne, ktorá trieda Hastelloy je vhodná?

Áno, - keďže zloženie tuhého komunálneho odpadu sa líši podľa regiónu a v priebehu času, v zariadeniach spaľujúcich odpadové toky s nezvyčajne vysokým obsahom chlórovaných plastov, síru-obsahujúcimi materiál alebo pri spoločnom spaľovaní priemyselného odpadu- sa môže výrazne líšiť chémia kondenzátu ako pri typickom toku komunálneho odpadu, a preto sa odporúča univerzálna chemická charakteristika{3}}špecifická pre všetky zariadenia, a nie vo všetkých zariadeniach sa odporúča jediná voľba.

Používajú sa zliatiny Hastelloy ako pevná konštrukcia nádoby alebo častejšie ako obklady a obklady?

V praxi sa používajú oba prístupy - pevná konštrukcia Hastelloy je bežná pre menšie komponenty a kritické položky, ako sú odstraňovače hmly, zatiaľ čo opláštenie alebo obloženie ekonomickejšieho konštrukčného substrátu vrstvou Hastelloy je bežným nákladovo-efektívnym prístupom pre väčšie nádoby, pričom výber závisí od veľkosti nádoby, úvah o výrobe a ekonomiky projektu.

Líši sa zváranie zliatin Hastelloy pri výrobe spaľovní od ich zvárania v iných odvetviach?

Základné princípy zvárania -, výber vhodného prídavného kovu, regulácia prívodu tepla a následné{1}}čistenie po zváraní - sú v súlade so zváracou praxou Hastelloy vo všetkých odvetviach, aj keď pri výrobe spaľovní by sa mal stále riadiť kvalifikovaným postupom zvárania špecifickým pre presnú zliatinu a aplikáciu, a nie predpokladať, že platia všeobecné pokyny pre zváranie zliatiny niklu bez overenia.

Eliminuje použitie prémiovej zliatiny Hastelloy potrebu pravidelnej kontroly v systémoch práčok spaľovní?

Žiadne - dokonca ani vysoko korózne-zliatiny odolné voči korózii nevyužívajú dokumentovaný kontrolný program, najmä vzhľadom na skutočnú variabilitu v chémii spalín pri spaľovaní počas prevádzkovej životnosti zariadenia; inšpekcia zostáva skôr dôležitým doplnkom výberu materiálu než krokom, ktorý je výber prémiovej zliatiny zbytočný.