Corrosion behaviour of selected power plant materials under oxyfuel combustion conditions

Abstract

To reduce the production of anthropogenic $CO_{2}$ emissions, two lines of research are being investigated for fossil fuel-fired power plants, especially for those fired with lignite. One line concentrates on increasing efficiency in conventional power plant units (e.g. 700 degrees of Celsius technology, coal drying) while the other concentrates on the implementation of $CO_{2}$ - reducing technologies including pre-combustion, post-combustion and oxyfuel technology. The standard low Nox-producing operation of large and modern lignite-fired power plants as well as the altered process conditions that occur when oxyfuel technology is implemented results in combustion conditions that cause damage to system components. Therefore, the corrosion of plant components as a result of contact with flue gas plays a particularly significant role. Within the framework of a BMBF-funded project investigations focussing on the corrosion behaviour of selected plant materials under conventional air and oxyfuel combustion conditions are being evaluated. These investigations were carried out in a 500 kWth test facility over a timeframe of 110 hours and initial corrosion occured. The corroded probes are then placed for a further 1.000 hours in a laboratory test rig at the BTU Cottbus, Chair of Power Plant Technology. The material probes investigated were: 16Mo3, 13CrMo4-5, 7CrVTiB10-10, 10CrMo9-10 and VM12SHC. Subsequently, the probes are analysed with the help of light and scanning electron microscopes. From the results of the investigations, conclusions on the corrosion behaviour of materials and altered process conditions can be reached, which also demonstrates the need for further investigations to be carried out in this area.

W celu zmniejszenia emisji antropogenicznego $CO_{2}$ badane są dwie linie rozwoju elektrowni opalanych paliwem kopalnianym, szczególnie elektrowni opalanych węglem brunatnym. Jedna linia skupia się na zwiększeniu wydajności konwencjonalnych elektrowni (np. technologia 700 stopni Celsjusza, suszenie węgla), a druga linia koncentruje się na wdrożeniu technologii zmniejszających emisję $CO_{2}$, np. separacja $CO_{2}$ przed procesem spalenia, usunięcie $CO_{2}$ po procesie spalania i technologia paliw o dużej koncentracji tlenu. Standardowe funkcjonowanie dużych i nowoczesnych elektrowni opalanych węglem brunatnym generujące niski poziom Nox, jak również zmienione warunki procesowe występujące po wdrożeniu technologii paliw o dużej koncentracji tlenu powodują stany spalania uszkadzające komponenty. Zatem korozja komponentów elektrowni w wyniku kontaktu z gazem spalinowym odgrywa szczególnie znaczącą rolę. W ramach projektu finansowanego przez BMBF przeprowadzane są badania skupiające się na występowaniu korozji wybranych materiałów używanych w elektrowniach w warunkach konwencjonalnych i opalania paliwem o dużej koncentracji tlenu. Badania te są przeprowadzane w obiekcie testowym w czasie 110 godzin. Występuje początkowa korozja. Skorodowane próbniki są następnie umieszczane na następnych 1000 godzin w laboratoryjnym urządzeniu badawczym w PB Chociebuż, Katedra Technologii Wytwarzania Energii. W szczególności brane są pod uwagę materiały 16Mo3; 13CrMo4-5; 7CrVTiB10-10; 10CrMo9-10 i VM12SHC. Następnie próbniki materiałów są oceniane przy pomocy mikroskopów świetlnych i elektronowych rastrowych. Z wyników badań można wyciągnąć wnioski dotyczące występowania korozji materiałów i zmienionych warunków procesowych, co także wskazuje na potrzebę przeprowadzenia dalszych badań w tym zakresie.