[0001] 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.
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004] 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.
[0005] 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.
[0006] 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.
[0007] 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 bevorzugte 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.
[0008] Bevorzugte Bereiche sind Cr 20 % bis 30 %, Mn 0,1 % bis 2 %, Mo 0,1 % bis 4 %, C
O,1 % bis 3 %, Si 0,5 % bis 2 %, Al 3 % bis 10 %, Rest Fe.
[0009] 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.
[0010] 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.
[0011] 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.
[0012] Die Fig. 2 zeigt typische Belastungszonen für Korrosion (Index k) und Erosion (Index
a). Korrosionen sind vornehmlich am Brenner 15
k, an der Kesselwand 17
k und an den Schottenüberhitzern 18
k zu finden, die Erosionser scheinungen hingegen unterhalb des Feuerraums 14 bei 13
a, an der Kesselwand bei 17
a, am Rußbläser 19
a des Schottenüberhitzers 18, an den in Strömungsrichtung x ersten Berührungsüberhitzern
22
a sowie am Vorwärmer 24
a. Zudem gibt es Erosionen an einer oberen Zugangsöffnung 30
a.
[0013] 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).
[0014] 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.
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.