EP0309657B1 - Pulverförmiger metallhaltiger Werkstoff und Verfahren zum Herstellen eines Schutzes - Google Patents

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EP0309657B1 EP88110585A EP88110585A EP0309657B1 EP 0309657 B1 EP0309657 B1 EP 0309657B1 EP 88110585 A EP88110585 A EP 88110585A EP 88110585 A EP88110585 A EP 88110585A EP 0309657 B1 EP0309657 B1 EP 0309657B1
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • C23C4/067—Metallic material containing free particles of non-metal elements, e.g. carbon, silicon, boron, phosphorus or arsenic

Definitions

  • the invention relates to a powdery material and to a method for producing corrosion-resistant protection on fin walls and superheater tubes in sulfur-containing hot gases which are used in combustion systems at surface temperatures of over 400 ° C.
  • the inventor has set himself the goal of improving the above-mentioned method while avoiding the identified shortcomings and of creating a suitable powdery material that can be used well and permanently in sulfur-containing hot gases.
  • a metal powder of a certain composition atomized from the melt flow and having a surface area of more than 200 cm 2 / g is applied with an autogenous flame spray burner at a gas flow rate between about 1000 to 3000 NL / h or 1500 to 2500 NL / h for the fuel gas.
  • the composition of the metal powder used here has Cr 15% to 35%, Mn 0.05% to 3%, Mo 0.05% to 5.0%, CO, 1% to 3%, Si O, 1% to 3% , Al 2% to 15% with a remainder of Fe.
  • Preferred ranges are Cr 20% to 30%, Mn 0.1% to 2%, Mo 0.1% to 4%, C 0.1% to 2.9%, Si 0.5% to 2%, Al 3 % to 10%, remainder Fe.
  • the layer has a uniform structure and is sprayed on without a primer.
  • the homogeneity and composition ensure good corrosion resistance in sulfur-containing hot gases with a sulfur content of more than 0.2% to 5%.
  • a steep tube boiler 10 for coal firing has a combustion chamber 14 with a burner 15 and a plurality of water tubes 16 on the boiler walls 17 above a deasher 12.
  • With 18 bulkhead superheaters are designated below a boiler drum 20, with 22 touch superheaters and with 24 feed water preheaters or economizers.
  • Air preheaters 26 are arranged on the right flank of FIG. 1 between the feed water preheaters 24 - in which the feed water is preheated with the exhaust gases of the boiler system while saving fuel and reducing the thermal stresses in the boiler. In those superheaters 18, 22, saturated steam is brought to a higher temperature without an increase in pressure, i.e. overheated.
  • Corrosion is mainly found on the burner 15 k , on the boiler wall 17 k and on the bulkhead superheater 18 k , the erosion phenomena however, below the combustion chamber 14 at 13 a , on the boiler wall at 17 a , on the soot blower 19 a of the bulkhead superheater 18, on the first contact superheaters 22 a in the flow direction x and on the preheater 24 a .
  • the temperatures in the corrosion and oxidation-loaded combustion chamber are approximately between 1000 ° and 1200 ° C (zone A), in zone B at approximately 700 ° C and in the area of the preheaters 24, 26 at approximately 400 ° C (zone C).
  • the powdery materials according to the invention are applied to fin walls and superheater tubes by thermal spraying, which are used at surface temperatures of far more than 400 ° C.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen pulverförmigen Werkstoff sowie ein Verfahren zum Herstellen eines korrosionsfesten Schutzes an Flossenwänden und Ueberhitzerrohren in schwefelhaltigen Heißgasen, die bei Oberflächentemperaturen von über 400°C in Verbrennungsanlagen eingesetzt sind.
  • An Flossenwänden, insbesondere von Großfeuerungsanlagen, beispielsweise in thermischen Kraftwerken, Müllverbrennungsanlagen od.dgl., treten in Abhängigkeit von dem eingesetzten flüssigen, gasförmigen oder festen Brennstoff in der Turbulenzzone der Flamme bzw. des Feuerballes starke Korrosionserscheinungen auf.
  • Die Entstehung dieses Korrosionsangriffes ist auf die oxydierende bzw. reduzierende Flamme und auf die verschiedenen Oxyde von Elementen in den Flammengasen wie z.B. SO₂ oder CO zurückzuführen. Bis heute werden an den stark korrodierten Stellen die Rohre bzw. Teile der Flossenwand herausgeschnitten und durch neue Teile ersetzt. Bei Verwendung von Plasma und Drahtspritzverfahren konnte ein solcher Austausch teilweise bzw. in begrenzten Fällen vermieden werden. Allerdings zeigten diese Beschichtungen unbefriedigend kurze Standzeiten bzw. bei Einsatz einer Haftschicht Ablöseerscheinungen.
  • Besondere Erschwernisse entstehen durch die Größe der erforderlichen Spritzanlagen und den beim Spritzen auftretenden Geräuschpegel, der ein Arbeiten mit Gehörschutz notwendig macht. Auch die bei diesen Verfahren einzuhaltenden Spritzdistanzen zum Aufbringen einer konstanten Schicht sind beim Arbeiten in Kesselanlagen schwierig einzuhalten.
  • Gegen den Einsatz an sich bekannter autogener Flammspritzbrenner bestanden in der Fachwelt erhebliche Bedenken, weshalb derartige Geräte auf dem in Rede stehenden Gebiet nicht angewendet wurden.
  • Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, das eingangs erwähnte Verfahren unter Meidung der erkannten Mängel zu verbessern sowie einen dafür geeigneten pulverförmigen Werkstoff zu schaffen, der in schwefelhaltigen Heißgasen gut und dauerhaft eingesetzt werden kann.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Bildung einer Schutzschicht -- von bevorzugt 0,2 bis 1,5 mm Dicke -- ein aus dem Schmelzfluß verdüstes Metallpulver bestimmter Zusammensetzung mit einer Oberfläche von mehr als 200 cm²/g mit einem autogenen Flammspritzbrenner aufgetragen bei einer Gasdurchflußmenge zwischen etwa 1000 bis 3000 NL/h bzw. 1500 bis 2500 NL/h für das Brenngas. Hierbei weist die Zusammensetzung des eingesetzten Metallpulvers Cr 15 % bis 35 %, Mn 0,05 % bis 3 %, Mo 0,05 % bis 5,0 %, C O,1 % bis 3 %, Si O,1 % bis 3 %, Al 2 % bis 15 % mit einem Rest Fe auf.
  • Bevorzugte Bereiche sind Cr 20 % bis 30 %, Mn 0,1 % bis 2 %, Mo 0,1 % bis 4 %, C 0,1 % bis 2,9 %, Si 0,5 % bis 2 %, Al 3 % bis 10 %, Rest Fe.
  • Die Schicht hat einen gleichmäßigen Aufbau und wird ohne Haftgrund aufgespritzt. Durch die Homogenität und die Zusammensetzung ist eine gute Korrosionsbeständigkeit in schwefelhaltigen Heißgasen mit einem Schwefelgehalt über 0,2 % bis 5 % gegeben.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
    • Fig. 1
    einen Steilrohrkessel im Querschnitt;
    Fig. 2
    eine schematisierte Wiedergabe des Steilrohrkessels.
  • Ein Steilrohrkessel 10 für Kohlefeuerung weist über einem Entascher 12 einen Feuerraum 14 mit Brenner 15 und eine Vielzahl von Wasserrohren 16 an den Kesselwänden 17 auf. Mit 18 sind Schottenüberhitzer unterhalb einer Kesseltrommel 20 bezeichnet, mit 22 Berührungsüberhitzer und mit 24 Speisewasservorwärmer oder Ekonomiser. Zwischen den Speisewasservorwärmern 24 -- in welchen mit den Abgasen der Kesselanlage das Speisewasser unter Einsparung von Brennstoff und Verringerung der Wärmespannungen im Kessel vorgewärmt wird -- sind an der rechten Flanke der Fig. 1 Luftvorwärmer 26 angeordnet. In jenen Ueberhitzern 18, 22 wird Sattdampf ohne Drucksteigerung auf eine höhere Temperatur gebracht, d.h. überhitzt.
  • Die Fig. 2 zeigt typische Belastungszonen für Korrosion (Index k) und Erosion (Index a). Korrosionen sind vornehmlich am Brenner 15k, an der Kesselwand 17k und an den Schottenüberhitzern 18k zu finden, die Erosionserscheinungen hingegen unterhalb des Feuerraums 14 bei 13a, an der Kesselwand bei 17a, am Rußbläser 19a des Schottenüberhitzers 18, an den in Strömungsrichtung x ersten Berührungsüberhitzern 22a sowie am Vorwärmer 24a. Zudem gibt es Erosionen an einer oberen Zugangsöffnung 30a.
  • Die Temperaturen in dem korrosions- und oxidationsbelasteten Feuerraum liegen etwa zwischen 1000° und 1200° C (Zone A), in Zone B bei etwa 700° C sowie im Bereich der Vorwärmer 24, 26 bei etwa 400°C (Zone C).
  • Die erfindungsgemäßen pulverförmigen Werkstoffe werden auf Flossenwände und Ueberhitzerrohre auf dem Wege des thermischen Spritzens aufgetragen, die bei Oberflächentemperaturen von weit mehr als 400° C eingesetzt sind.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Herstellen eines korrosionsfesten Schutzes an Flossenwänden und Ueberhitzerrohren in schwefelhaltigen Heißgasen, die bei Oberflächentemperaturen von über 400°C in Verbrennungsanlagen eingesetzt sind,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß zur Bildung einer Schutzschicht ein aus dem Schmelzfluß verdüstes Metallpulver mit einer Oberfläche von mehr als 200 cm²/g und der folgenden Zusammensetzung

    Cr 15,0 % bis 35,0 %,
    Mn 0,05 % bis 3 %,
    Mo 0,05 % bis 5 %,
    C 0,1 % bis 3 %,
    Si 0,1 % bis 3 %,
    Al 2,0 % bis 15 %,
    Rest Fe

    mit einem autogenen Flammspritzbrenner aufgetragen wird bei einer Gasdurchflußmenge zwischen etwa 1000 bis 3000 NL/h für das Brenngas.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Auftragen eines Metallpulvers der folgenden Zusammensetzung:

    Cr 20,0 % bis 30,0 %
    Mn 0,1 % bis 2 %,
    Mo 0,1 % bis 4 %,
    C 0,1 % bis 2,9 %,
    Si 0,5 % bis 2 %
    Al 3 % bis 10 %,
    Rest Fe,

    das mit einem autogenen Flammspritzbrenner aufgetragen wird bei einer Gasdurchflußmenge zwischen etwa 1000 bis 3000 NL/h für das Brenngas.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen autogenen Flammspritzbrenner mit 1500 bis 2500 NL/h.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pulvermenge von 3 bis 10 kg/h, bevorzugt 4 bis 8 kg/h, eingesetzt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Spritzdistanz von 150 bis 200 ± 50 mm.
  6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht bis zu einer Dicke von 0,2 bis 1,5 mm aufgetragen wird.
  7. Werkstoff zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der voraufgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung des pulverförmigen Werkstoffes:

    Cr 15,0 % bis 35,0 %, bevorzugt 20 bis 30 %,
    Mn 0,05 % bis 3 %, bevorzugt 0,1 % bis 2 %,
    Mo 0,05 % bis 5 %, bevorzugt 0,1 % bis 4 %,
    C 0,1 % bis 3 %, bevorzugt 0,1 % bis 2,9 %,
    Si 0,1 % bis 3 %, bevorzugt 0,5 % bis 2 %,
    Al 2,0 % bis 15 %, bevorzugt 3 % bis 10 %,
    Rest Fe.
  8. Werkstoff nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine asphärische Kornform.
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