PL200773B1

PL200773B1 - Method for applying anticorrosive coating on furnace waterwalls

Info

Publication number: PL200773B1
Application number: PL359764A
Authority: PL
Inventors: Ryszard Grzelka; Michał Mikoś
Original assignee: System Spo & Lstrok Ka Akcyjna; System Społka Akcyjna
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2009-02-27
Also published as: DE502004000253D1; EP1469096B1; EP1469096A9; EA007044B1; EA200400440A1; PL359764A1; ATE316159T1; EP1469096A1

Abstract

Process for preparation of an anticorrosion coating forming the base for a cooling shield in a boiler firebox where in the first phase the base has a purity level S 3 and a surface roughness Rz 35-100 micron and in the second phase Al powder of purity 99.5 and grain size 120 micron is sprayed on in argon, and in a third phase the Al top layer is heated at 450[deg]C over 5 hours to maximize diffusion of Al to the base.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób wykonywania antykorozyjnej powłoki na ekranach grzewczych komór paleniskowych kotłów.The subject of the invention is a method of making an anti-corrosion coating on heating screens of boiler furnace chambers.

Wprowadzanie nowej generacji pyłowych palenisk kotłowych wiąże się z radykalnie obniżoną emisją szkodliwych tlenków azotu. Niska emisja tlenków azotu uzyskiwana jest poprzez częściową redukcję NOX w nisko emisyjnych palnikach i stopniowaniu powietrza doprowadzanego do paleniska pyłowego. Niekorzystną konsekwencją tego układu jest powstanie trwałej redukującej atmosfery w strefach ekranu komory paleniskowej, co jest powodem przyspieszonego postę powania procesów korozyjnych rur ekranowych, powodującego awaryjne zatrzymania pracy kotłów. Szybkość korozji mierzona szybkością ubytku ścianki osiąga przykładowo wartość 1 mm/10⁵ h.The introduction of a new generation of dust boiler furnaces is associated with a radically reduced emission of harmful nitrogen oxides. Low nitrogen oxide emissions are achieved by partial NOX reduction in low-emission burners and by staging the air supplied to the dust furnace. The disadvantageous consequence of this system is the creation of a permanent reducing atmosphere in the zones of the combustion chamber screen, which is the reason for accelerated corrosion processes of the screen pipes, causing emergency shutdowns of the boilers. The corrosion rate measured by the wall loss rate is, for example, 1 mm / 10 ⁵ h.

Dotychczas znane sposoby zapobiegania korozji ekranów kotłów polegają na przygotowaniu spalanego węgla pod względem czystości i asortymentu, na wtryskiwaniu palnych dodatków do spalin zapobiegających obrastaniu osadem rur, na poprawie składu mieszanki paliwowo-powietrznej celem zminimalizowania spalania produktów ubocznych, na wprowadzaniu systemu powietrza osłonowego chroniącego ekrany kotła przed atmosferą redukującą, albo też na natryskiwaniu termicznym powłok ochronnych przed korozją gazową i osadową, na powierzchnie ekranów kotłowych. Takie zabiegi tylko częściowo rozwiązywały problemy korozyjne a ponadto ograniczone były warunkami ekonomicznymi i technicznymi. Natryskiwanie termiczne powłok ochronnych nie znalazło szerszego zastosowania ze względu na wysokie koszty materiałów powłokowych wynoszące około 100 USD/kg. Stosowano przykładowo powłoki bazujące na takich pierwiastkach jak chrom, nikiel, kobalt, tytan, wolfram, wanad, itr lub hafn.The methods known so far to prevent corrosion of boiler screens consist in preparing the burned coal in terms of cleanliness and assortment, injecting flammable additives into the flue gas to prevent fouling of the pipes, improving the composition of the fuel-air mixture in order to minimize the combustion of by-products, introducing a shielding air system protecting the boiler screens. against a reducing atmosphere, or by thermal spraying of protective coatings against gas and sediment corrosion on the surfaces of boiler screens. Such treatments only partially solved the corrosion problems and, moreover, were limited by economic and technical conditions. Thermal spraying of protective coatings has not found wider application due to the high cost of coating materials of about $ 100 / kg. For example, coatings based on elements such as chromium, nickel, cobalt, titanium, tungsten, vanadium, yttrium or hafnium have been used.

Znane są również propozycje tworzenia aluminiowych powłok ochronnych na powierzchniach urządzeń pracujących w ekstremalnych warunkach. Na przykład znany jest sposób wytwarzania dyfuzyjnej powłoki aluminiowej na podłożu, przykładowo na części turbinowego silnika gazowego, polegający na umieszczeniu tego podłoża w odpowiedniej komorze powlekania w atmosferze gazu obojętnego lub redukującego. Taki sposób nie może być wykorzystany dla mających duże wymiary ekranów komór paleniskowych kotłów pyłowych, przy czym nie zapewnia on dla wykonywanej powłoki wymaganego zabezpieczenia przed korozją gazową, wysokotemperaturową jaka występuje w paleniskach kotłowych opalanych pyłem węglowym.There are also known proposals for creating aluminum protective coatings on the surfaces of devices operating in extreme conditions. For example, it is known to produce an aluminum diffusion coating on a substrate, for example on a part of a gas turbine engine, by placing the substrate in a suitable coating chamber under an inert or reducing gas atmosphere. Such a method cannot be used for large-sized screens of combustion chambers of pulverized coal boilers, and it does not provide the required protection against high-temperature gas corrosion, which occurs in coal-fired boiler furnaces, for the coating to be made.

Zadaniem niniejszego wynalazku jest stworzenie sposobu wykonania antykorozyjnej powłoki na nowych elementach ekranu znajdujących się po zamontowaniu ich do kotła bezpośrednio w obszarze działania paleniska opalanego pyłem węglowym.The task of the present invention is to create a method of making an anti-corrosion coating on new screen elements that, after their assembly to the boiler, are located directly in the area of operation of the pulverized coal furnace.

Przedmiot niniejszego wynalazku zadanie to rozwiązuje. Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że w pierwszej fazie dokonuje się strumieniowo-ścierne oczyszczanie podłoża do czystości Sa 3 i chropowatości Rz od 35 do 100 μm przy ciśnieniu sprężonego powietrza od 5 MPa do 12 MPa, w drugiej fazie w procesie plazmowego natryskiwania stosuje się proszek aluminiowy o czystości minimum 99,5 Al i granulacji od 40 μm do 200 μm - korzystnie 120 μm przy odległości natryskiwania od 5 mm do 20 mm - najkorzystniej 10 mm, napięciu U - od 45 do 70 V - najkorzystniej 58 V, prądzie I od 350 do 420 A w atmosferze argonu od 2000 l/h do 3000 l/h i przy ciśnieniu gazów plazmotwórczych P - od 1,5 do 4 MPa - najkorzystniej 3 MPa, a w trzeciej fazie dokonuje się uodpornienia wierzchniej warstwy wykonanej powłoki przed korozją gazową wysokotemperaturową do postaci tlenku aluminium (Al2O3) oraz zainicjowanie dyfuzji Al do podłoża poprzez dodatkowe nagrzewanie w temperaturze od 350 do 650°C przez okres czasu od 4 do 8 h.The subject matter of the present invention solves this problem. The essence of the method according to the invention consists in the fact that in the first phase, abrasive cleaning of the substrate to Sa 3 cleanliness and a roughness of Rz from 35 to 100 μm is carried out at a compressed air pressure from 5 MPa to 12 MPa, in the second phase, in the plasma spraying process, aluminum powder with a purity of at least 99.5 Al and granulation from 40 μm to 200 μm - preferably 120 μm at a spraying distance from 5 mm to 20 mm - most preferably 10 mm, voltage U - from 45 to 70 V - most preferably 58 V, current I from 350 to 420 A in argon atmosphere from 2000 l / h to 3000 l / h and at plasma gas pressure P - from 1.5 to 4 MPa - most preferably 3 MPa, and in the third phase, the top layer of the coating is waterproofed against gas corrosion high-temperature to the form of aluminum oxide (Al2O3) and initiation of diffusion of Al into the substrate by additional heating at a temperature of 350 to 650 ° C for a period of 4 to 8 hours.

Tak wykonana antykorozyjna powłoka na ekranach grzewczych komór paleniskowych kotłów opalanych pyłem węglowym pozwala na uzyskanie dobrej przyczepności do podłoża czyli do stalowego ekranu kotła, o sile wiązania minimum 40 MPa. Powłoka ta może mieć grubość od 50 μm do 400 μm i charakteryzuje się niską porowatością. Istotną cechą a zarazem zaletą sposobu według wynalazku jest zastosowanie taniego materiału powłokowego jaki stanowi aluminium oraz dobór odpowiednich parametrów dla trójfazowej obróbki natryskiwania plazmowego z wytworzeniem w trzeciej fazie dwuwarstwowej powłoki, której wierzchnia warstwa stanowi dodatkowo ochronną powierzchnią aluminiową w postaci tlenku aluminium (Al2O3) o wysokich parametrach antykorozyjnych zabezpieczających przy ekstremalnych warunkach panujących w palenisku kotła opalanego pyłem węglowym.Such an anti-corrosion coating on the heating screens of the combustion chambers of boilers fired with coal dust allows for good adhesion to the substrate, i.e. to the steel screen of the boiler, with a binding strength of at least 40 MPa. The coating may have a thickness of 50 μm to 400 μm and is characterized by low porosity. An important feature and advantage of the method according to the invention is the use of cheap coating material, which is aluminum, and the selection of appropriate parameters for the three-phase plasma spraying treatment to produce a two-layer coating in the third phase, the top layer of which is additionally a protective aluminum surface in the form of aluminum oxide (Al2O3) with high corrosion protection parameters under extreme conditions prevailing in the furnace of a coal-fired boiler.

P r z y k ł a d. W pierwszej fazie stosuje się oczyszczanie podłoża czyli stalowych rur ekranowych przez obróbkę strumieniowo-ścierną do czystości Sa 3 i chropowatości średniej Rz 80 μm. Do tej obróbki można stosować żużel, śrut żeliwny łamany, stalowy łamany, korund, elektrokorundExample In the first phase, cleaning of the substrate, i.e. steel screen tubes, is carried out by abrasive blasting to Sa 3 cleanliness and an average roughness of Rz 80 μm. For this treatment, slag, crushed cast iron, crushed steel, corundum, corundum can be used.

PL 200 773 B1 o granulacji 0,9 mm. Ciśnienie sprężonego powietrza przy obróbce strumieniowo-ściernej wynosiPL 200 773 B1 with a granulation of 0.9 mm. Compressed air pressure for abrasive blasting is

MPa. W drugiej fazie w procesie natryskiwania plazmowego jako materiał powłokowy stosuje się proszek aluminiowy o czystości 99,5% Al i granulacji 120 μm. Jako parametry procesowe natryskiwania plazmowego stosuje si ę :MPa. In the second phase, in the plasma spraying process, aluminum powder with a purity of 99.5% Al and granulation of 120 μm is used as the coating material. The following process parameters are used for plasma spraying:

- odległość natryskiwania L = 10 mm- spray distance L = 10 mm

- napięcie U = 58 V- voltage U = 58 V

- prąd l = od 350 do 480 A- current l = from 350 to 480 A.

- argon = 2500 l/h- argon = 2500 l / h

- ciśnienie przepływu gazów plazmotwórczych P = 3 MPa.- plasma gas flow pressure P = 3 MPa.

W trzeciej fazie dokonuje się uodpornienia wierzchniej warstwy wykonanej powłoki aluminiowej przed korozją gazową wysokotemperaturową oraz dla uzyskania maksymalnej dyfuzji Al do podłoża przed dodatkowe nagrzewanie w temperaturze 450°C przez okres 5 godzin.In the third phase, the outer layer of the aluminum coating is waterproofed against high-temperature gas corrosion and, in order to obtain maximum diffusion of Al into the substrate, before additional heating at 450 ° C for 5 hours.

Claims

A method of making an anti-corrosion coating on heating screens of furnace chambers constituting the substrate by plasma spraying these screens with a coating material, characterized in that in the first phase, the substrate is abrasive blasting to Sa 3 clean and with a roughness Rz of 35 to 100 μm at compressed air pressure from 5 MPa to 12 MPa, in the second phase, in the plasma spraying process, aluminum powder with a purity of at least 99.5 Al and granulation from 40 μm to 200 μm - preferably 120 nm at a spray distance from 5 mm to 20 mm - most preferably 10 mm is used , voltage U - from 45 to 70 V - most preferably 58 V, current l from 350 to 420 A in an argon atmosphere from 2000 l / h to 3000 l / h and at plasma gas pressure P - from 1.5 to 4 MPa - most preferably 3 MPa, and in the third phase, the top layer of the coating is made resistant to high-temperature gas corrosion to the form of aluminum oxide (Al2O3) and the diffusion of Al is initiated to the substrate by additional heating at 350 to 650 ° C for 4 to 8 hours.