KOROZJA I OCHRONA ELEMENTÓW KOTŁÓW ENERGETYCZNYCH SPALAJĄCYCH ODPADY

Transkrypt

1 Bolesław Formanek 1, Krzysztof Szymański 1 Bożena Szczucka-Lasota 2 1 Politechnika Śląska, Katedra Nauki o Materiałach, Krasińskiego 8, Katowice 2 Wyższa Szkoła Zarządzania Ochroną Pracy, Bankowa 8, Katowice KOROZJA I OCHRONA ELEMENTÓW KOTŁÓW ENERGETYCZNYCH SPALAJĄCYCH ODPADY Streszczenie W artykule przedstawiono wybrane zagadnienia związane z procesem spalania odpadów w kotłach energetycznych. Omówiono obecne tendencje występujące w rozwoju materiałów powłokowych przeznaczonych na elementy kotłów w energetycznych, a w szczególności stosowanych na ściany wodne i przegrzewacze pary. Pokazano również wybrane wyniki badań warstw, które mogą być stosowane do pracy w obszarach intensywnego zużycia występującego w kotłach spalających odpady. Słowa kluczowe: zużycie, korozja wysokotemperaturowa, spalanie śmieci, THE CORROSION AND PROTECTION OF ELEMENTS OF POWER ENERGY BOILERS COMBUSTED THE WASTES Summary Chosen questions in article were introduced connected with process combusted the wastes in power energy boilers. It the present stepping out in development of coating materials tendencies were have talked over was designed on elements of power energy boilers, and in applied on water walls and the super heater of steam. It the chosen results of investigations were showed was coatings also, which can be applied to work in areas of intensive wear stepping out in boilers. Key words: wear, hot corrosion, combusted the wastes 1. Wstęp Kierunek rozwoju w przemyśle energetycznym, związany z konstruowaniem i budowaniem jednostek energetycznych o wyższej od dotychczasowej sprawności i równoczesnej redukcja emisji zanieczyszczeń do środowiska wymusza stosowanie technologii energetycznych o coraz wyższych parametrach pary. Konieczność konstruowania bloków energetycznych wykorzystujących alternatywne paliwa (spalające odpady i biomasę) wiąże się z opracowywaniem i rozwojem materiałów spełniających szereg wymagań stawianych w/w urządzeniom energetycznym. W porównaniu z obecnie stosowanymi od nowych materiałów wymaga się:

2 zwiększonej wytrzymałości na pełzanie i stabilne zachowanie własności wytrzymałościowych w temperaturze powyżej C, podwyższonej żaroodporności oraz wysokiej odporności na działanie agresywnych środowisk zawierających np. związki tlenu, siarki, chloru, parę wodną, stabilności struktury i własności fizycznych podczas eksploatacji, odporności na zmęczenie niskocyklowe celem skrócenia czasów rozruch-odstawienie, zwiększonej trwałości eksploatacyjnej odpowiednich własności technologicznych, a szczególnie dobrej sprawności. Zapewnienie odpowiedniej, wysokiej odporności na pełzanie, stabilności eksploatacyjnej, żaroodporności przy równoczesnej wysokiej odporności na zużycie korozyjne wymaga weryfikacji dotychczas stosowanych materiałów konstrukcyjnych, zwłaszcza w przypadku kotłów spalających odpady. Należy podkreślić, że korozja wysokotemperaturowa jest jednym z głównych przyczyn niszczenia elementów konstrukcji energetycznych w wyżej wymienionych w kotłach. W złożonych warunkach eksploatacji zaleca się stosowanie nowych stali o podwyższonej zawartości chromu (stale wysokochromowe) charakteryzujących się dobrą odpornością korozyjną i bardzo wysoką odpornością na pełzanie. Główny problem w kotłach spalających odpady, jakim jest przyśpieszony proces niszczenia spowodowany agresywnym środowiskiem korozyjnym w połączeniu z wysoką temperaturą eksploatacji wymusza, m.in. ze względów ekonomicznych stosowanie odpowiednich powłok antykorozyjnych. Zabezpieczenia te przedłużają czas bezpiecznej eksploatacji elementów konstrukcji energetycznych. [1-8] 2. SPALANIE ODPADÓW Proces spalania odpadów służy do pozyskania energii. Aby proces był efektywny wartość opałowa spalanych odpadów musi wynosić ponad 5,8 MJ/kg. Taką wielkość wartości opałowej zapewnia spalenie odpadów przy użyciu rusztu bez używania dodatkowego paliwa. Nie zapewnia to natomiast w komorze spalającej uzyskania, wymaganej przez przepisy [9], temperatury 850 o C dla odpadów zawierających poniżej 1% związków chlorowcoorganicznych, przeliczonych na chlor. Zgodnie z danymi literaturowymi, taką temperaturę osiąga się przy opałowej wartości wyższej od 7,5 MJ/Mg. Zgodnie z Rozporządzeniem, temperatura gazów powstających w wyniku spalania odpadów powinna być utrzymana co najmniej 2 sekundy, a proces weryfikowany podczas rozruchu i po każdej modernizacji instalacji. W przypadku odpadów zawierających powyżej 1 % związków chlorowcoorganicznych temperatura nie powinna być niższa niż 1100 C. Dodatkowo udział części palnych w żużlach i popiołach paleniskowych powinien być na poziomie niższym niż 5%. Kolejnym zagadnieniem związanym ze spalaniem odpadów jest agresywność środowiska. Wysokotemperaturowa korozja jest jedną z głównych przyczyn, które determinują efektywność systemów energetycznych. W celu uniknięcia problemów korozyjnych, w procesie spalania i utylizowania odpadów temperatura pary wodnej powinna być utrzymywana poniżej C [2-9]. W kotłach spalających odpady głównym problem stanowi przyspieszony proces wysokotemperaturowego niszczenia korozyjnego. Na szybkość korozji, oprócz temperatury wpływają także takie czynniki jak [2-4]: rodzaj użytego paliwa zawierającego alkaliczne metale, ciężkie metale ( takie jak Na, K, Pb, Zn, Cd) i związki Cl i S,

3 fluktuacje w paliwie lotnym (w atmosferze korozyjnej) oraz wysokie ciśnienie, cząstki stałe niesione w fazie gazowej i związanej z tym trajektorii cząsteczek w komorze spalania finalne nagromadzenia osadu na rurach przegrzewaczy. W związku z tym, że alternatywnymi paliwami są zarówno odpady komunalne, przemysłowe, jak i ich mieszaniny w stanie ciekłym i stałym, wartości procentowe poszczególnych substancji mogą się znacznie różnić. Podczas procesu spalania odpadów powstają m.in. lotne substancje typu: KCl, NaCl, ZnCu 2, PbCl 2, substancje i związki stopione np. Na 2 SO 4, K 2 SO 4,NaCl oraz formułują się niebezpieczne niskotopliwe eutektyki, prowadzące do żużlowania, a w rezultacie zwiększające korozyjne zużycie elementów kotła oraz rur przegrzewaczy pary. Na ścianach rur gromadzi się osad stały, który stanowią związki tlenków, siarczków np.: Al 2 O 3,SiO 2, Fe 2 O 3, CaSO 4 [1,4-9, 11]. Spaliny (N 2, CO 2, O 2, SO 2, H 2 O, KCl, NaCl, K 2 SO 4, Na 2 SO 4, HCl) m p kondensujące sole m d,kcl, NaCl, K2SO4, Na2SO4 ziarna popiołu powierzchnia rury-osadu rura przegrzewacza Rys. 1. Procesy uwzględnione w modelowaniu powstawania związanych osadów kotłowych Fig. 1. Considered in modelling processes of formation of connected boiler settlings Model oddziaływań warunków eksploatacji na proces powstawania osadów został przedstawiony na rysunku 1 oraz opisany w publikacji [10]. Reasumując, proces korozji wysokotemperaturowej determinowany jest zarówno składem i rodzajem użytego paliwa jak i też fluktuacjami temperatury i ruchu cząstek w fazie gazowej w komorach spalania (rys.2 i 3) i z reguły dotyczy korozji chlorowej i siarkowej. O wzroście efektywności konwersji energii i niezawodności urządzeń, obniżeniu kosztów wytwarzania energii i zmniejszeniu uciążliwości ekologicznych w procesie wytwarzania i eksploatacji decydują m.in. zagadnienia materiałowe. Obecnie, metody zabezpieczenia ścian wodnych i przegrzewaczy pary przed korozyjnym oddziaływaniem środowiska pracy polegają na tzw. łączeniu zależnym rozwiązań, tj. zastosowaniu odpowiednich stali do pracy w podwyższonych warunkach zużycia korozyjnego, z naniesioną odpowiednią warstwą wierzchnią powłoką zawierająca związki aluminium, na której powierzchni tworzy się warstewka pasywna typu Al 2 O 3 lub chrom z Cr 2 O 3 [1-8, 11-16]. Rozwiązania te jako rozwiązania materiałowe uznane są za efektywne w celu minimalizacji skutków korozji wysokotemperaturowej. T A

4 Rys.2. Schemat kotła spalającego odpady i charakterystyka miejsc oddziaływań korozyjnych. Fig 2. The scheme of boiler combusting the wastes the and profile of places the corrosive influences Zgodnie z danymi literaturowymi, w kotłach spalających odpady następuje niszczenie korozyjne warstewki pasywnej przez Cl - (tab.1). Dlatego dobór składu chemicznego i fazowego materiału powłok oraz metody ich wytwarzania determinowany jest: żądanymi właściwościami, m.in.: wysoką żaroodpornością, odpornością na szoki termiczne, wysokotemperaturową odpornością korozyjną w złożonych, agresywnych atmosferach zawierających np. związki tlenu, siarki, chloru, parę wodną a także kosztami i ich trwałością eksploatacyjną. Obecnie problem degradacji korozyjnej elementów kotłów energetycznych nie jest rozwiązany. Problemem jest wytworzenie właściwej powłoki, po racjonalnych kosztach materiałów, urządzeń, robocizny. Koszt powłoki

5 powinien odnosić się nie tylko do powierzchni zabezpieczanej ale także do przewidywanej trwałości eksploatacyjnej. Rys.3. Fluktuacje ruchu cząstek w fazie gazowej i temperatury w kotle spalającym odpady [4] Fig 3. The fluctuations of movement of particles in gas phase and the temperature in burning the wastes boiler [4] Szeroki asortyment badanych powłok natryskiwanych cieplnie oraz wyniki testów korozyjnych wskazują, że dostępne komercyjnie materiały nie zapewniają złożonej wysokiej odporności i mogą być stosowane w praktyce przemysłowej w ograniczonym zakresie (tab.1). Aktualnym zagadnieniem, wynikającym również z zapotrzebowania przemysłu są warstwy napawane, których skład chemiczny i fazowy oraz struktura są odmienne od stosowanych dotychczas. Możliwość otrzymywania struktury warstw z dyspersyjnymi twardymi wydzieleniami w osnowie charakteryzującej się wysoką odpornością korozyjną pozwala otrzymać powłokę o odpowiednich właściwościach dla zastosowań w przemyśle energetycznym. Tab. 1. Skład chemiczny testowanych materiałów i grubość warstwy korozyjnej w zależności od środowiska [2-5]. Tab. 1. The chemical composition of tested materials and the thickness of corrosive layer in dependence from environment [2-5]

6 Materiał Skład Typ Grubość powłoki Max. grubość [ m] warstwy tlenkowej Korozja w środowisku utleniającym Skład chemiczny warstwy tlenkowej Atak (wewnętrzny) Korozja w środowisku redukcyjnym zawierającym związki chloru i siarki Max. grubość [ m] osadu Skład chemiczny osadu Atak (wewnątrz osadu) Stal ferrytyczna Fe-2.25Cr- 1Mo masa Fe2.5Cr1mo55O Fe,S Fe,Cr,Mo,Cl,O,S Cl na granicach ziarn Stal austenityczna Fe- 27Cr31Ni3.5 masa Fe14Cr8Ni38O2.3Cl 23Cr8Fe2Ni65O 20 2 Fe,Cr,S,O, (Mo) Cr, Fe, O Atak: O, S,Cl 20 m osad z Cr Mo Ni-50Cr Ni-29Cr2Si HVOF Cr38S28O atak Cl przez pory na ziarna, pow.250 m Ni-507Cr Ni- 57CrMoSiB HVOF Cr,O,S lokalnie Cl, S i Fe w porach Ni-21Cr-9Mo Ni- 21Cr9MoFe Fe3Al Fe-15Al-2Cr HVOF Ni-50Cr Ni-50Cr Odmiana HVOF Ni-57Cr+laser Stal ferrytyczna chromowana Ni- 57CrMoSiB Fe-2.25Cr- 1Mo+Cr HVOF mm, tlenki chromu na powierzchni ziarn HVOF+l aser Stal chromo wana 45Fe55O 35Fe17Al49O Sporadycznie tlenki bogate w chrom Całkowite utlenianie Miejsca pęknięc w powłoce Cr, S,O pory 200 Fe,S, Fe,Al.,O,S,Cl atak Cl przez pory na ziarna, utlenianie przez pory 20 Cr,S Pęknięcia, S Cl w warstwie tlenkowej Pęknięcia w 20 Cr,Fe,S,O Cl i S w pobliżu warstwach obszarów bogatych w Cr bogatych w Cr Proces napawania jest jednym z najbardziej efektywnych technologicznie procesów wytwarzania grubych powłok przy relatywnie wysokich kosztach ich uzyskania, na które wpływa wysoka pracochłonność procesu oraz komplikacje wynikające z oddziaływania ciekłego metalu z podłożem. 3. Cel i zakres badań Do wytwarzania warstw napawanych jako materiał powłokowy wykorzystuje się różnego typu materiały drutowe, często o złożonym składzie chemicznym i fazowym. Szerokie możliwości właściwego doboru składu materiału powłokowego stwarza możliwość zastosowania połączonych technologii przeróbki plastycznej i metalurgii proszków, w postaci drutów proszkowych które mogą mieć bardziej złożony skład chemiczny i fazowym, w stosunku do obecnie stosowanych drutów litych. Umożliwią one zatem wytwarzanie powłok o złożonej strukturze i wysokich właściwościach użytkowych zarówno metodami napawania jak i natryskiwania cieplnego. Założono, że odpowiednio zaprojektowany skład chemiczny materiału proszkowego dla wytworzenia drutu proszkowego zawierający aluminium i dyspersyjne wypełnienie będzie stanowił odpowiedni materiał dla procesów napawania np. metodą TIG oraz natryskiwania cieplnego metodą łukową. Powłoki takie będą mogły być stosowane do wytworzenia zabezpieczeń przed procesami korozyjnymi oraz do regeneracji elementów konstrukcyjnych. Dlatego, głównym celem badań przedstawionych w artykule jest scharakteryzowanie nowej grupy warstw i powłok (napawanych metodą TIG i natryskiwanych cieplnie) z drutów proszkowych, których skład chemiczny został zaprojektowany dla otrzymywania dyspersyjnej struktury. Przewidywane niskie koszty wytwarzania drutu proszkowego i efektywne technologicznie metody wytwarzania powłok oraz ich wysoka trwałość eksploatacyjna uzasadniają celowość podjętych badań.

7 Zakres badań obejmował: analizę literatury zagadnienia, opracowanie koncepcji materiałowo-technologicznej wytwarzania powłok odpornych na zużycie korozyjne w złożonych warunkach eksploatacji, wytworzenie warstw i powłok, określenie struktury (makrostruktury i mikrostruktury metodą LM, SEM), określenie składu chemicznego wytworzonych powłok, metoda mikroanalizy rtg. 4. Wyniki badań i ich analiza Wytworzone według opracowanej, złożonej technologii druty proszkowe o średnicy 2 mm charakteryzował stopień wypełnienia nie mniejszy niż 20%, a założony skład chemiczny drutów zapewniał formowanie stopu Fe-Al w procesie wysokotemperaturowej syntezy zachodzącej w procesie formowania powłoki. Druty zostały napawane metodą TIG na podłoże ze stali konstrukcyjnej. Widok napoin przedstawiono na rysunku 4a. Badane napoiny charakteryzowały się bardzo dobra przyczepnością do podłoża. a) b) c) Rys.4. Widok napoin: a) materiał przeznaczony do badań, b, c) materiał IN 625, komercyjnie stosowany do napawania ścian wodnych kotłów spalających odpady Fig. 4. View fusion weld: a) the designed to investigations material, b, c) the material IN 625, commercially applied to protection of water walls boilers combusted the wastes Badania mikrostruktury wykonano przy pomocy mikroskopu świetlnego oraz elektronowego mikroskopu skaningowego (SEM) wyposażonego w rentgenowski analizator składu chemicznego (EDS). Wybrane wyniki badań przedstawiono na rys. 5 i 6. Wyniki badań wskazują, że napoiny posiadają strukturę dendrytyczną (rys.5a), i dendrytyczną z eutektykami (rys.5-6) Skład chemiczny powłok był analizowany na mikroskopie skaningowym Hitachi z przystawką EDX firmy Noran. Wyniki przedstawiono w tab Skład chemiczny powłoki napawanej, której osnowa została umocniona stabilnymi fazami ceramicznymi przedstawiono w tablicy 3. Badania składu chemicznego potwierdzają, że struktura dendrytyczna napawanych ręcznie powłok jest jednorodna w całej objętości. Natomiast analiza wyników składu chemicznego mikroobszarów powłoki zawierającej złożone fazy międzymetaliczne typu Fe-Al, przedstawiona w tablicy 4, pozwala stwierdzić, że granice ziarn umocnione są trawiącymi się jaśniej fazami bogatymi w aluminium (rys.6, tab.2).

8 a) b) Rys. 5. Mikrostruktura warstwy napawanej z materiału zawierającego węglik TiC, a) SEM, b) EDX Fig. 5. Microstructure of welded layer with from material including carbide TiC, and) SEM, b) EDX Tab. 2. Skład chemiczny w mikroobszarach warstwy napawanej z rys.5 Tab. 2. Chemical composition in of welded layer with from fig. 5 Al [%] Ti [%] Cr [%] Fe [%] Ni [%] Mo [%] M* At* M At M At M At M At M At 1(4)_pt (4)_pt * udział: M- masowy, At- atomowy w mikroobszarze danego pierwiastka

9 a) b) c) Rys.6. Przykłady warstw napawanych o strukturze dendrytycznej z eutektykami a) z drutu modyfikowanego Cr i Mo, b,c) zawierającego złożone fazy międzymetaliczne SEM Fig 6. The examples of welded layers of dendrite structure with eutectic: a) from wire the modified Cr and the Mo, b,c) including the complex intermetallic phase - the SEM Tab. 3. Skład chemiczny w mikroobszarach warstwy napawanej z rys.6a Tab. 3. Chemical composition in of welded layer with from fig. 6a Cr[%] Fe [%] Mo [%] W [%] M* At* M* At* M* At* M* At* NS-TIG_pt NS-TIG_pt NS-TIG_pt NS-TIG_pt NS-TIG_pt * udział: M- masowy, At- atomowy w mikroobszarze danego pierwiastka Tab. 4. Skład chemiczny w mikroobszarach warstwy napawanej typu Fe-Alz rys. 6b i c. Tab. 4. Chemical composition in of welded Fe-Al layer with from fig. 6b and c Al[%] Si [%] Cr [%] Mn [%] Fe [%] M* At* M* At* M* At* M* At* M* At* Skład średni 7,9 15,0 10,7 10,5 81,3 74,4 Fe3Al_ pt Fe3Al_ pt Fe3Al_ pt Fe3Al_ pt Fe3Al_ pt * udział: M- masowy, At- atomowy w mikroobszarze danego pierwiastka Przedstawione wyniki badań są przykładem trzech warstw napawanych z wybranych grup materiałowych, które charakteryzują się dendrytyczną, dyspersyjną strukturą i stanowią kompozyty metalowe, w których roztwór stały osnowy został umocniony stabilnymi fazami ceramicznymi. O wykorzystaniu tych materiałów dla określonych zastosowań oprócz pozytywnych testów korozyjnych, stanowiących dalszy etap badań, będą również decydowały wyniki podczas kontrolowanej eksploatacji.

10 Alternatywą dla wytwarzanych warstw napawanych ze stopów typu INCONEL może być opracowanie nowych złożonych materiałów powłokowych o bardzo wysokiej odporności korozyjnej, które będzie można otrzymywać przy pomocy istniejących metod wytwarzania powłok. Uwzględniając koszty wytwarzania powłok oraz ich mobilność produkcyjną należy uwzględnić procesy natryskiwania cieplnego. Ze względów ekonomicznych oraz mając na uwadze zalety metod natryskiwania cieplnego powłok za najbardziej perspektywiczne należy uznać metodę naddźwiękową HVOF oraz metodę łukową wykorzystującą nowoczesne druty proszkowe. Metoda łukowa natryskiwania cieplnego wykorzystuje do wytworzenia powłok, podobnie jak metody napawania, materiały drutowe i ciepło łuku elektrycznego. Wysoka jakość materiałów powłokowych, o odpowiednio dobranym składzie chemicznym i fazowym oraz urządzeń do natryskiwania cieplnego pozwala uzyskać zwarte powłoki, o wysokiej przyczepności do podłoża. Dużą zaletą tej metody jest możliwość wydajnego pokrywania dużych powierzchni o złożonych kształtach zarówno w warunkach warsztatowych jak i pracy bezpośrednio na obiektach energetycznych. Widok struktury (LM) powłok przedstawiono na rysunku 7. a) b) Rys. 7. Powłoka natryskiwana metodą łukową z materiału typu: a) Fe-Al, b) In 625 Fig. 7. The Arc sprayed coating from material of type with: a) Fe - Al, b) In 625 Wstępne wyniki badań autorów [17, 18] i inne dane literaturowe wskazują, że przetopione powłoki ze względu na brak porowatości są bezpieczną alternatywą dla powłok napawanych. W aplikacjach przemysłowych stosowany jest płomieniowy proces natryskiwania proszków samotopnikujących typu NiCrSiB z dodatkowym procesem przetopienia powłoki. Proces przetapiania realizowany jest specjalnymi palnikami gazowymi lub też z wykorzystaniem grzania prądami wirowymi o wysokiej częstotliwości, przykłady takich powłok przedstawia rys. 8.

11 a) b) c) Rys. 8. Powłoki typu NiCrSiB otrzymane metodą natryskiwania cieplnego z przetopem: a) makrostruktura powłok o różnym stopniu i poprawności procesu przetopienia, próbka po prawej stronie jest prawidłowa, b) proces przetapiania, c) struktura (LM) powłoki przetopionej palnikiem gazowym. Fig 8. Type of NiCrSiB coating obtained by thermal spraying and fuse: a) the coating about different degree and the correctness of process of melting, the sample after right side is correct, b) the process of melting, c) the structure coating (LM) the melted with gas burner. Sposób przetapiania ma duży wpływ na strukturę otrzymanej warstwy, korzystnym jest szybki, intensywny proces stopienia materiału i krystalizacja warstwy. Efekty takie można z powodzeniem uzyskać stosując przetapianie wiązką laserową. Przykład struktury powłoki otrzymanej w ten sposób został przedstawiony na rysunku 9. Rys. 9. Struktura warstwy NiCrSiB natryskiwana cieplnie i przetopiona wiązką laserową. Fig 9. The structure of thermal spraying NiCrSiB coating and laser remelting

12 Innym rozwiązaniem technologicznym mogą być wielostrefowe powłoki natryskiwane cieplnie z dobranych materiałów, których skład chemiczny i fazowy zapewnia wysoką odporność korozyjną powłok, zwłaszcza w atmosferach zawierających chlor oraz siarkę [19]. 5. Podsumowanie Mając na uwadze, że skład atmosfery powstałej ze spalania odpadów lub spalania odpadów z węglem jest różny w zależności od rodzaju wsadu i charakteryzuje się wysoko-agresywną atmosferą korozyjną zwłaszcza przy spalaniu tworzyw sztucznych zawierających chlor, problem niszczenia korozyjnego jest i będzie istniał. Analiza procesów korozyjnych, badania strukturalne i formowania osadów w kotłach energetycznych pozwala na przewidywanie składu chemicznego i ziarnowego substancji mineralnych paliwa i osadów oraz stanowi informacje wyjściowe dla dalszych planowanych badań powłok w testach korozyjnych. Obecnie problem degradacji korozyjnej elementów kotłów energetycznych spalających odpady jest rozwiązywany poprzez zastosowanie procesów napawania powłok. Stosuje się materiały typu Inconel 625 lub też podobne ale o wyższej zawartości dodatków np. molibdenu, Niestety metody te charakteryzują się wysokimi kosztami otrzymywania warstw, są powolne i trudne w dostosowywaniu ich do procesów regeneracji starych powłok w warunkach prac na obiektach przemysłowych. Obecnie realizowanie są prace badawcze zmierzające do opracowania nowych materiałów proszkowych stanowiących materiały dla naddźwiękowego natryskiwania cieplnego oraz wypełnienia kompozytowych drutów które mogą być stosowane do łukowego natryskiwania cieplnego powłok lub procesów napawania. Prezentowany artykuł przedstawia wybrane informacje o kierunkach badań w zakresie powłok charakteryzujących się wysoką odpornością korozyjną i przeznaczonych dla zabezpieczenia wybranych elementów kotłów energetycznych. Przedstawione w artykule wyniki badań dotyczące zarówno powłok napawanych jak i natryskiwanych cieplnie są przykładem zaawansowanych strukturalnie materiałów, które mogą być zastosowane m.in. w przemyśle energetycznym Opracowywane materiały są na etapie badań, zgłoszeń patentowych, testów i prób eksploatacyjnych. Zakres realizowanych prac pozwolił na opracowanie bazowej technologii wykonywania zabezpieczeń bezpośrednio na obiektach. W najbliższym czasie w aplikacjach przemysłowych procesy natryskiwania cieplnego powłok stanowić będą alternatywę dla powłok napawanych również w zakresie regeneracji powierzchni wybranych elementów. 6. Literatura [1]. M.A Usitalo, P.M.J. Vuoristo, T.A. Mantyla: High temperature corrosion of coatings and boiler steels in reducing chlorine-containing atmosphere, Surface and Coatings Technology, 161, 2002, s [2]. A Phongphiphat, Ryuch, Y.B. Yang, K Finney, A Leyland et all: Investigation into high-temperature corrosion in a large-scale municipal waste-to-energy plant, Corrosion Science, 52, 2010, s [3]. M.A. Usitalo, P.M.J. Vuoristo, T.A. Mantyla: High temperature corrosion of coatings and boiler steels in oxidizing chlorine-containing atmosphere, Materials Science and Engineering, A346, 2003, s

13 [4]. A. Ruh, M. Spiegel: Thermodynamic and kinetic consideration on the corrosion of Fe, Ni and Cr beneath a molten KCl ZnCl 2 mixture, Corrosion Science, 48, 2006, s [5]. K. Yamadaa, Y. Tomonoa, J. Morimotob, Y. Sasakib, A. Ohmori: Hot corrosion behavior of boiler tube materials in refuse incineration environment, Vacuum, 65, 2002, s [6]. B.J. Skrifvars, M. Westén-Karlsson, M. Hupa, K. Salmenoja: Corrosion of super-heater steel materials under alkali salt deposits. Part 2: SEM analyses of different steel materials, Corrosion Science, 52, 2010, s [7]. H.S. Shim, J.R. Valentine, K. Davis, Seo Sang-Il, T.H. Kim: Development of fireside water wall corrosion correlations using pilot-scale test furnace, Fuel, 87, 2008, s [8]. S.M. Jiang, H.Q. Li, J. Ma, C.Z. Xu, J. Gong, C. Sunn: High temperature corrosion behaviour of a gradient NiCoCrAlYSi coating II: Oxidation and hot corrosion, Corrosion Science 52, 2010, s [9]. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 21 marca 2002 r. w sprawie wymagań dotyczących prowadzenia procesu termicznego przekształcania odpadów - DzU Nr 37 z 2002 r. z późniejszymi zmianami [10]. K. Wacławiak, K. Szymański: Przewidywanie struktury osadów tworzących się na przegrzewaczach kotłów energetycznych, Ochrona przed korozją, vol. 53, nr 4-5, 2010, s [11]. B. Formanek, B. Szczucka-Lasota: Korozja wysokotemperaturowa stali i powłok ochronnych stosowanych w kotłach energetycznych; VI Konferencja Materiały i technologie stosowane w budowie kotłów nadkrytycznych i spalarni odpadów ; 5-6 marca 2009, Słok k/bełchatowa, [12]. B. Formanek, K. Szymański: Technologie ochrony elementów kotłów energetycznych przed zużyciem erozyjno korozyjnym; VI Konferencja Materiały i technologie stosowane w budowie kotłów nadkrytycznych i spalarni odpadów ; 5-6 marca 2009, Słok k/bełchatowa, [13]. B. Formanek, K. Szymański, A. Hernas, M. Sozańska, B. Szczucka-Lasota, A. Włodarczyk: Powłoki z faz międzymetalicznych żelazo-aluminium przeznaczone dla ochrony kotłów energetycznych, Energetyka, Zeszyt nr. XVIII, listopad 2008, s [14]. B. Formanek, K. Szymański, A. Hernas i inni: Wielowarstwowe powłoki ochronne dla kotłów energetycznych spalających węgiel i paliwa odpadowe, Energetyka, Zeszyt XIV, r. 2007, s , [15]. B. Formanek, K. Szymański, A. Hernas, B. Szczucka-Lasota, L. Mirecki, A. Włodarczyk, M. Student: Wielowarstwowe powłoki ochronne dla kotłów energetycznych spalających węgiel i paliwa odpadowe, Energetyka, Zeszyt XIV, 2007, s [16]. K. Szymański, B. Formanek, B. Kuczowitz: Odporność na zużycie erozyjno-korozyjne natryskiwanych naddźwiękowo powłok z węglikami chromu i wolframu, Ochrona przed korozją, nr 4-5/2008 s [17]. B. Formanek, K. Szymański: Natryskiwane cieplnie płomieniowo kompozytowe powłoki zawierające węgliki chromu, tytanu i wolframu, Kompozyty Nr 1, 2006, strony [18]. K. Szymański, A. Grabowski, B. Formanek, C. Senderowski: Struktura natryskiwanych płomieniowo, przetopionych i napawanych laserowo powłok z proszku NiCrSiB, Inżynieria Materiałowa, nr. 6 (166), listopad-grudzień 2008, s [19]. K. Szymański, B. Formanek, B. Szczucka-Lasota: Erosion corrosion resistance of HVOF-sprayed chromium and tungsten carbide, Physico-Chemical Mechanics of Materials, special issue no7, Lwów Ukraina, 2008, s INFORMACJE O AUTORACH Dr inż. Bolesław Formanek, adiunkt na Politechnice Śląskiej, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Katedra Nauki o Materiałach. Zajmuje się zagadnieniami inżynierii materiałowej i inżynierii powierzchni.

14 Dr inż. Krzysztof Szymański, adiunkt na Politechnice Śląskiej, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Katedra Nauki o Materiałach. Zajmuje się zagadnieniami inżynierii materiałowej i inżynierii powierzchni. Dr inż. Bożena Szczucka Lasota, adiunkt w Wyższej Szkole Zarządzania Ochroną Pracy, zajmuje się korozją stopów faz międzymetalicznych, inżynierią jakości i zintegrowanymi systemami zarządzania Adres do korespondencji: ul. Krasińskiego 8, Katowice, tel. (32) boleslaw.formanek@polsl.pl; krzysztof.szymanski@polsl.pl SPIS RYSUNKÓW DO ARTYKUŁU: Rys. 1. Procesy uwzględnione w modelowaniu powstawania związanych osadów kotłowych Fig. 1. Considered in modelling processes of formation of connected boiler settlings Rys.2. Schemat kotła spalającego odpady i charakterystyka miejsc oddziaływań korozyjnych. Fig 2. The scheme of boiler combusting the wastes the and profile of places the corrosive influences Rys.3. Fluktuacje ruchu cząstek w fazie gazowej i temperatury w kotle spalającym odpady [4] Fig 3. The fluctuations of movement of particles in gas phase and the temperature in burning the wastes boiler Rys.4. Widok napoin: a) materiał przeznaczony do badań, b, c) materiał IN 625, komercyjnie stosowany do napawania ścian wodnych kotłów spalających odpady Fig. 4. View fusion weld: a) the designed to investigations material, b, c) the material IN 625, commercially applied to protection of water walls boilers combusted the wastes Rys. 5. Mikrostruktura warstwy napawanej z materiału zawierającego węglik TiC, a) SEM, b) EDX Fig. 5. Microstructure of welded layer with from material including carbide TiC, and) SEM, b) EDX Rys.6. Przykłady warstw napawanych o strukturze dendrytycznej z eutektykami a) z drutu modyfikowanego Cr i Mo, Fig 6. b,c) zawierającego złożone fazy międzymetaliczne SEM The examples of welded layers of dendrite structure with eutectic: a) from wire the modified Cr and the Mo, b,c) including the complex intermetallic phase - the SEM Rys. 7. Powłoka natryskiwana metodą łukową z materiału typu: a) Fe-Al, b) In 625 Fig. 7. The Arc sprayed coating from material of type with: a) Fe - Al, b) In 625 Rys. 8. Powłoki typu NiCrSiB otrzymane metodą natryskiwania cieplnego z przetopem: a) makrostruktura powłok o różnym stopniu i poprawności procesu przetopienia, próbka po prawej stronie jest prawidłowa, b) proces przetapiania, c) struktura (LM) powłoki przetopionej palnikiem gazowym. Fig 8. Type of NiCrSiB coating obtained by thermal spraying and fuse: a) the coating about different degree and the correctness of process of melting, the sample after right side is correct, b) the process of melting, c) the structure coating (LM) the melted with gas burner. Rys. 9. Struktura warstwy NiCrSiB natryskiwana cieplnie i przetopiona wiązką laserową. Fig 9. The structure of thermal spraying NiCrSiB coating and laser remelting SPIS TABLIC DO ARTYKUŁU: Tab. 1. Skład chemiczny testowanych materiałów i grubość warstwy korozyjnej w zależności od środowiska [2-5]. Tab. 1. The chemical composition of tested materials and the thickness of corrosive layer in dependence from environment [2-5] Tab. 2. Skład chemiczny w mikroobszarach warstwy napawanej z rys.5 Tab. 2. Chemical composition in of welded layer with from fig. 5 Tab. 3. Skład chemiczny w mikroobszarach warstwy napawanej z rys.6a

15 Tab. 3. Chemical composition in of welded layer with from fig. 6a Tab. 4. Skład chemiczny w mikroobszarach warstwy napawanej typu Fe-Al. z rys. 6b i c. Tab. 4. Chemical composition in of welded Fe-Al layer with from fig. 6b and c