Ved projektets start havde idriftsatte halmfyrede kedler moderate dampafgangstemperaturer. med et formodet mindre aggressivt brændsel (figur 1).

Transkript

1 NOTAT Eltra dok , sag oktober 2002 Elsam A/S Fynsværket Vor ref.: OHL D "Udvidelse af korrosionsforsøg på Masnedø KVV" Resumé af projekt Eltra nr Baggrund Separate ristefyrede halmkedler er udsat for kloridkorrosion i overhederne og forsøg med korrosionssonder tyder på en kraftig forøget korrosionshastighed ved forøgede damptemperaturer. For at kunne fastlægge optimal damptemperatur for nye halmkedler, design af overhederne samt valg af overhedermaterialer er det nødvendigt at gennemføre korrosionsforsøg under meget realistiske og veldokumenterede forhold således at korrosionshastigheden som funktion af metaltemperatur og andre relevante parametre kan kvantificeres med en god nøjagtighed. Ved projektets start havde idriftsatte halmfyrede kedler moderate dampafgangstemperaturer og visse halmkedler var forsynet med en separat slutoverheder med et formodet mindre aggressivt brændsel (figur 1). Steam temperature ( C) Haslev 67 bar Slagelse 65 bar Rudkøbing 60 bar Masnedø 92 bar N-gas superheater Måbjerg 67 bar EV3 Bio 216 bar Year of construction Woodchip fired superheater BIOAVV2 310 bar Maribo- Sakskøbing 92 bar Figur 1. Udvikling i dampdata for ristefyrede halmkedler i Danmark

2 Side 2 Korrosionsforholdene var på det tidspunkt blevet undersøgt på Rudkøbing Kraftvarmeværk ved forsøg med testrør i de eksisterende overhedere for at bestemme tilstanden i den eksisterende kedel samt ved korrosionsforsøg med kølede korrosionssonder for at beskrive forholdene ved forhøjede temperaturer. Resultaterne af disse forsøg viste en negligeabel korrosionshastighed ved damptemperaturer på 450 C, men en eksponentielt stigende korrosionshastighed ved stigende temperatur. Disse skræmmende korrosionsresultater samt en række forhold omkring usikkerhederne ved bestemmelse af korrosionshastigheden ved hjælp af sonder betød, at der var behov for yderligere korrosionsforsøg af en bedre kvalitet for kvantificering af korrosionshastigheder: Der ses en betydelig spredning på korrosionshastigheder målt med korrosionssonder Ved anvendelse af kølede sonder er spredningen på metaloverfladetemperatur væsentlig større end på en eksisterende overheder Sonderne var kun placeret et sted i kedlen før strålingsoverhederen. Korrosionshastigheden vil kunne være anderledes i et konvektiv overhederområde Korrosionshastigheden kan være anderledes i andre halmfyrede kedler, f.eks. som følge af en anderledes røggassammensætning eller røggastemperaturer Sonderne blev eksponeret ved forskellige metaltemperaturer, men kun ved en eksponeringstid for hver temperatur. Det betyder, at korrosionshastighedens tidsmæssige afhængighed (lineær, parabolsk, paralineær) ikke kendes eksakt og formodentlig er afhængig af metaltemperaturen. For at opnå mere præcise kvantitative korrosionsdata blev der derfor igangsat korrosionsforsøg på EV3 halmkedlen og på Masnedø Kraftvarmeværk. På Masnedø Kraftvarmeværk blev der igangsat korrosionsforsøg med korrosionssonder, en dampkølet testoverheder samt testrør i de eksisterende overhedere. Iagttagelser undervejs gennem testoverhederforsøget på Masnedø KVV viste, at der var behov for supplerende aktiviteter herunder dokumentation af driftsforhold for testoverhederen under forsøgene for at sikre en tilfredsstillende kvalitet af korrosionsmålinger. Dette førte til etablering af nærværende suppleringsprojekt altså en udvidelse af selve korrosionsforsøgene på Masnedø KVV. Elsam har ved gennemførelse af adskillige korrosionsforsøg opnået en ekspertise på dette område som vil kunne udnyttes i denne sammenhæng.

3 Side 3 2. Formål Formålet med projektet er at forbedre kvaliteten af korrosionsmålinger og dokumentation af driftsdata for at etablere en mere præcis sammenhæng mellem korrosionshastighed og driftsbetingelser for testoverhederen under forsøgene. 3. Forsøgsbeskrivelse Den oprindelige projektplan indeholder følgende aktiviteter: 1. Indsættelse, eksponering, udtagning og analyse af supplerende testrør i testoverhederen for at dække det mest interessante temperaturområde. 2. Analyse af driftsdata fra testoverhederen og anlægget 3. Videooptagelse af testoverheder under drift 4. Optimering af regulering af testoverhederen Undervejs blev projektet tilrettet på basis af undersøgelsesresultaterne. Dette gav anledning til følgende justeringer: 1. På grund af ændring af temperaturforhold i testoverhederen efter den første forsøgsrunde og idriftsættelse af Maribo-Sakskøbing blev det fundet mest hensigtsmæssigt, at flyttet forsøget med supplerende testrør til Maribo-Sakskøbing. 2. Det viste sig nødvendigt at udføre supplerende vurderinger af godstykkelsesmålingerne til måling af materialetab samt yderligere evaluering af varmefluxfordeling via analyse af den dampsidige magnetit. 3. Videooptagelserne måtte opgives på grund af pladsforholdene udenfor kedlen. 4. Konklusion Der er gennemført tiltag til at forbedre kvaliteten af korrosionsdata fra forsøg med testoverheder på Masnedø Kraftvarmeværk. Forbedringerne er baserede på den ekspertise Elsam har opnået indenfor området gennem kørende forsøg med testoverhedere andre korrosionsforsøg samt udredninger omkring temperaturfordeling i overhedere. Målingerne af materialetab er revurderet på basis af kontrolopmålinger og korrosionsdata er korrigeret. Vurderingen viste, at mange korrosionsresultater var overstimerede på grund af den valgt præ-eksponerings opmålingsprocedure (figur 2). En forbedret metode til måling af materialetab er foreslået.

4 Side 4 Godstykkelse (mm) 7,9 7,7 7,5 7,3 7,1 6,9 6,7 6,5 TP347H FLS opmåling med skydelære IPT opmåling med mikroskop 6, Position i omkreds gennemsnit Figur 2. Samhørende målinger af godstykkelse af ikke-eksponeret rørprøve med skydelære og mikroskop. Figuren viser, at anvendelse af skydelære til præ-eksponerings måling fører til en overestimering af materialetab på 0,2 mm Driftsdata fra Masnedø KVV er analyseret og relevante data, primært vedrørende damp- og røggastemperaturer evalueret. På basis af de behandlede driftsdata er der beregnet metaloverfladetemperatur for alle de eksponerede testrør. For en præcis beregning heraf mangler der dog oplysninger om dampflow og om fordeling af varmeflux. I en første approksimation er der antaget ens varmeflux i de enkelte sektioner af testoverhederen. En evaluering viser, at dette ofte ikke giver et særligt godt estimat af den aktuelle overfladetemperatur. I en anden approksimation af overfladetemperatur er anvendt en metode med evaluering af varmefluxfordeling baseret på opmåling af den dampsidige oxidation. Dette giver en markant forbedret estimat af overfladetemperatur (figur 3) der fører til en betydelig bedre overensstemmelse mellem metaltemperatur og korrosionshastighed. Ud over metaltemperaturen er betydningen af andre parametre også vurderet. Forsøgene med testoverhedere peger på, at røggastemperaturen har en stor betydning for korrosionsraterne dette kan dog ikke bekræftes af målinger i de eksisterende overhedere.

5 Side Metaltemperatur ( C) Metal temperatur (ens varmeflux) Metaltemperatur (differentieret varmeflux) Længde (m) Figur 3. Metaloverfladetemperatur for den sidste loop i testoverhederen beregnet ved a) antagelse af ens varmeflux i hele loopen og b) antagelse af differentieret varmeflux beregnet på basis af opmåling af dampoxidens tykkelse Der er dog stadig en væsentlig spredning på korrosionsdata og der ses generelt højere korrosionsrater målt med testoverhederen end korrosionsrater ved samme metaltemperaturer målt med testrør i eksisterende overhedere. Disse uoverensstemmelser er væsentlige at udrede, både for at få mere præcise korrosionsrater og for at evaluere testoverhedermetoden til fastlæggelse af korrosionsdata. Metoden anses for at være den mest anvendelige til vurdering af korrosion ved forhøjede dampdata i forhold til dampdata på eksisterende kedler og dermed et centralt element i opnåelse af kedler med højere virkningsgrader. Udredningen af de nævnte uoverensstemmelser og forbedring af korrosionsdata sker i projekterne 536 (Korrosionssamarbejde mellem Energi E2, Elsam og IPL) og projekt 620 (Belægningsdannelse og korrosion i halmfyrede kedler).