Højtemperaturkorrosion induceret af kaliumklorid (KCl) er en stor udfordring for biomassefyrede kraftvarmeværker. Målet med dette studie er at identificere eller udvikle nye legeringer eller belægninger, som kan resultere i forbedrede egenskaber ved en metaltemperatur på 600°C sammenlignet med austenitiske rustfrie stål såsom TP347HFG. Til dette formal er der udført teoretiske og eksperimentelle undersøgelser, som kan inddeles i tre dele: Del 1: Studie af reaktivitet mellem oxider og KCl Metal-oxygen-klor fase stabilitets diagrammer er blevet udregnet for at identificere metalelementer, som potentielt kan udgøre grundelementerne i en korrosionsfast legering. Ifølge beregningsresultaterne er Al, Si, Cr, Ti, Y, Ce, Ta, Hf og Zr egnede som oxiddannere, mens Mo, Ni og Co vil være egnede som matrice-elementer. Eftersom der er KCl tilstede er der det yderligere krav, at oxiderne af de identificerede elementer ikke skal kunne reagere direkte med KCl. Derfor blev reaktiviteten mellem oxider af de identificerede elementer (med undtagelse af Mo) og KCl undersøgt eksperimentelt. Reaktiviteten af Fe2O3 og Mn3O4 blev også undersøgt. Eksponeringer blev foretaget ved 650oC i 15 timer i strømmende N2(g)+5%O2(g)+15%H2O(g). Test emnerne bestod af metaloxid- og KCl pulver presset til pille-form. Test emnerne blev karakteriseret med røntgen diffraktion (XRD) både før og efter eksponering. Efter eksponering blev testemnerne også undersøgt med scanning elektron mikroskop (SEM) og energi-dispersiv røntgen spektrometri (EDS). Undersøgelserne indikerede at Cr2O3 og SiO2 var reaktive, mens der ikke var nogen målbar reaktivitet for Al2O3, CeO2, Co3O4, Fe2O3, HfO2, NiO, Ta2O5, TiO2, Y2O3 og ZrO2. Del 2: Test af kommercielle legeringer og model-legeringer For at evaluere opførslen af forskellige legeringer og opnå en øget viden om mekanismerne bag højtemperaturkorrosion induceret af KCl blev en bred række af kommercielt tilgængelige legeringer og model-legeringer testet under forsøgsbetingelser relevante for højtemperaturkorrosion i biomasse-fyrede værker. Eksponeringerne blev udført ved 600oC i 168 timer i strømmende N2(g)+5%O2(g)+15%H2O(g). Test-emnerne blev dækket med et lag af KCl inden eksponering. De testede legeringer inkluderer jernbaserede (stål) og nikkelbaserede kromoxiddannere samt udvalgte aluminiumoxid- og siliciumoxiddannere. Derudover udførtes dedikerede forsøg til at belyse rollerne af klor og KCl på gasform i den observerede korrosion. Resultaterne viste at mens hovedparten af de undersøgte legeringer fremviste beskyttende opførsel (langsomt voksende oxidlag) når KCl ikke var tilstede, så var der betydeligt angreb på alle legeringer, når der tilførtes KCl. Derved blev det bevist, at et beskyttende oxidlag ikke kan baseres på Cr, når KCl er tilstede. Der blev ikke observeret nogen gavnlig effekt af aluminium (maks. indhold på 10.9 atom%) for de undersøgte aluminiumoxiddannende legeringer. Aluminium blev enten selektivt korroderet sammen med krom eller internt oxideret/nitreret. For silicium (maks. indhold på 6.5 atom%) blev der observeret forskellige effekter. For ferritiske rustfri stål blev der observeret intern oxidation/nitrering og kalium blev fundet i det indre oxid. For den undersøgte silicium-holdige nikkelbaserede legering (HR160) var der relativt lidt korrosionsangreb og der blev ikke observeret intern oxidation/nitrering. Der blev dog fundet kalium opkoncentreret i det indre oxid sammen med silicium og krom. I sammendrag viste målingerne af korrosionsdybde på alle legeringerne, at de rustfrie stål EN1.4057 og Sanicro 28 samt de nikkelbaserede legeringer IN625 og HR160 klarede sig marginalt bedre i laboratorieforsøgene end stål TP347HFG, som er det stål som anvendes i kedler i dag. Rent nikkel den laveste korrosionsdybde af alle de testede materialer. Del 3: Aluminiumsbaserede coatings Iblandt de egnede oxiddannende elementer, som blev identificeret i del 1 er aluminium et oplagt valg for videre undersøgelser. Resultaterne i del 2 viste dog at indholdet af aluminium i så fald skulle være højere end 10.9 atom% for at opnå en gavnlig effekt. Derfor blev virkningen af at inddiffundere aluminium i overfladen af forskellige substrater undersøgt. Lavtemperatur packmetoder (650°C) blev anvendt til dette formal. Det martensitiske stål P91 og rent nickel blev anvendt som substrat-materialer. De producerede belægninger var Fe1-xAl på P91, Fe2Al5 på P91 og Ni2Al3 på rent nikkel. Test-emner blev eksponeret i 168 timer ved 600°C i laboratorium-atmosfære både med og uden KCl. De salt-frie eksponeringer førte i ingen tilfælde til dannelse af et hurtigt voksende oxid. Derimod blev der observeret udbredt korrosion af Fe2Al5 på P91 når KCl var tilstede. Fe1-xAl på P91 udviste generelt en passiv opførsel men med enkelte lokale angreb. For Ni2Al3 på Ni var der ingen tegn på korrosion efter eksponering.
展开▼
