Chaudières à Lit Fluidisé Bouillonnant (LFB)

Extension de la Durée de Vie des Tubes de Foyer dans les Chaudières BFB Biomasse et Valorisation Énergétique

Les chaudières à lit fluidisé bouillonnant (BFB) alimentées à la biomasse peuvent subir une corrosion-érosion côté foyer des tubes de paroi, ce qui limite les conditions de vapeur et réduit l’efficacité thermique, entraînant également une maintenance fréquente des tubes de paroi d’eau. Les revêtements métalliques IGS offrent une protection contre les effets extrêmes de l’amincissement dû à la corrosion côté foyer. IGS propose un placage HVTS® in situ, rentable et éprouvé, présentant des qualités de résistance à la corrosion et à l’érosion.

Mécanismes de Corrosion-Érosion dans les Chaudières BFB WtE et Biomasse

La corrosion-érosion côté foyer est la principale cause de perte métallique des tubes de paroi de foyer dans les chaudières BFB alimentées par la biomasse et les déchets. Le taux d’amincissement du métal est influencé par la température du métal (pression de la chaudière), la température des gaz (flux thermique) et l’environnement de combustion. Ce dernier dépend de la chimie du combustible et du degré de combustion complète. Les températures de foyer et de vapeur finale des chaudières sont limitées par le type de combustible brûlé, car les fabricants adoptent des méthodes de combustion et des limites de température spécifiques en fonction de la chimie des combustibles. Les concepteurs doivent abaisser les températures lorsque la teneur en chlore, en alcalis et en métaux lourds dans le combustible augmente.

Le chlore réagit facilement avec les métaux alcalins volatils pour produire des chlorures alcalins, (Na+K)Cl, en phase gazeuse. Ces chlorures alcalins se condensent aisément sous forme de dépôts de cendres sur les surfaces métalliques des tubes de gaz, où ils interagissent avec les couches d’oxydes protectrices habituelles. Les cendres riches en chlorures inhibent la formation d’une couche d’oxyde dense et duplex, qui agirait normalement comme une barrière de diffusion pour limiter la corrosion. Une couche de corrosion riche en chlorures est fréquemment observée entre la couche d’oxyde et la surface métallique. Sous l’effet du flux thermique, cela entraîne une diffusion rapide des agents corrosifs et des produits de corrosion.

En plus des métaux alcalins présents dans les combustibles bois propres, les combustibles issus de déchets contiennent souvent des métaux lourds comme le plomb et le zinc. Ces métaux réagissent facilement avec le chlore et contribuent davantage au transport des cendres riches en chlorures vers la surface métallique des tubes, augmentant ainsi la corrosivité des dépôts de cendres et de l’environnement de combustion.

Dans ces conditions, les couches de corrosion denses sont fréquemment altérées, formant des couches multi-stratifiées défectueuses aux propriétés mécaniques réduites. Ces couches sont vulnérables aux dommages par érosion et à leur perte dans un processus appelé corrosion-érosion, dans lequel les couches de corrosion se détachent, laissant le métal sous-jacent des tubes sans protection contre la corrosion ultérieure. En général, une vitesse plus élevée des gaz augmente encore le taux de corrosion-érosion.

Revêtements HVTS® Metalspray® Résistants à la Corrosion-Érosion

L’utilisation du procédé de projection thermique à grande vitesse (High Velocity Thermal Spray) d’IGS garantit un revêtement à structure fine, avec une perméabilité réduite d’un ordre de grandeur et une homogénéité accrue. Les évolutions dans la chimie des matériaux d’apport ont encore amélioré les performances en réduisant significativement les contraintes, en augmentant la résistance d’adhérence et en diminuant la teneur en oxydes. En traitant la cause fondamentale de ces défauts microstructuraux par le procédé et la chimie des matériaux, le placage par projection thermique à grande vitesse est appliqué avec succès sur le terrain, pendant les arrêts planifiés, avec des cadences élevées et des coûts réduits. Comme pour le soudage et d’autres technologies de revêtement, la préparation de surface, le matériau, le procédé et les critères de procédure doivent être bien définis dans les spécifications de revêtement. De plus, le procédé HVTS® d’IGS ne génère pas de zone affectée thermiquement (HAZ) sur le substrat ni de contraintes résiduelles sur le métal de base, car la température de ce dernier reste basse même sans eau dans les tubes de chaudière.

Les revêtements projetés thermiquement d’IGS présentent peu ou pas de dommages de corrosion observables ni de récession de surface dans les applications Biomasse BFB. Le revêtement IGS 5xxx a montré une très légère augmentation de l’oxydation uniquement à la surface externe. Aucune couche de corrosion discernable ni pénétration d’éléments issus de la combustion n’a été observée dans le revêtement HVTS® d’IGS. Dans les essais sur le terrain, là où les sections de tubes non protégées subissent des pertes métalliques de plusieurs centaines de microns, les revêtements HVTS® d’IGS n’ont subi qu’une détérioration de matériau d’environ 1 à 3 µm, soit des taux d’amincissement proches de zéro.

Stratégies d’Atténuation de la CUI (Corrosion Sous Isolation)

La prévention de la CUI peut être réalisée grâce à différentes stratégies de gestion de la corrosion. Pour empêcher la corrosion de se produire, le concepteur ou l’exploitant de l’équipement doit veiller à ce que les éléments nécessaires à la corrosion — communément appelés Anode, Cathode, Chemin Métallique et Environnement — ne puissent pas se développer. Dans le cas de la corrosion sous isolation, cela peut être accompli en contrôlant l’environnement (par exemple en éliminant l’humidité), en améliorant l’alliage du substrat, etc. Cependant, la méthode la plus courante consiste à utiliser une barrière ou un revêtement anticorrosion afin d’isoler le substrat métallique de l’environnement. En complément des systèmes organiques ou non métalliques, la technologie la plus répandue est l’application de l’aluminium projeté thermiquement.

Atténuation de la Corrosion/Érosion dans les Chaudières WtE et Biomasse

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Placage Résistant à la Corrosion-Érosion sur le Marché

La solution la plus répandue pour gérer la corrosion excessive côté foyer dans la section du foyer consistait à souder plusieurs millimètres de placage Inconel 625 sur les tubes en acier carbone, soit en atelier avant l’installation, soit sur site lors d’un arrêt programmé. Malheureusement, la faible résistance à l’érosion de l’Inconel 625 entraîne une perte métallique accélérée due à l’abrasion dans de nombreuses chaudières BFB biomasse et valorisation énergétique des déchets.

L’utilisation des revêtements par projection thermique suscite un grand intérêt comme alternative au placage par soudage Inconel 625, en raison de leur résistance aux phénomènes de corrosion-érosion. De nombreuses tentatives d’emploi de la projection à arc double fil traditionnelle (TWAS) avec fil d’alliage ont échoué. Des niveaux élevés de pénétration du revêtement par des espèces corrosives dans des environnements à forte teneur en humidité ont provoqué une corrosion à l’interface du revêtement, entraînant fréquemment son délaminage. La pénétration du revêtement peut survenir en raison de faiblesses chimiques et structurelles dans un revêtement projeté à l’arc, telles qu’une porosité importante, une forte teneur en oxydes, des microfissures de particules et/ou des macrofissures du revêtement dues à des contraintes élevées.

Nos Services

Integrated Global Services fournit des revêtements par projection thermique sur site dans les chaudières BFB WtE et Biomasse dans tous les pays d’Europe, y compris le Royaume-Uni, les Pays-Bas, l’Allemagne, l’Italie, la Suisse et la France, à partir de notre centre opérationnel en République tchèque. En tant qu’entreprise internationale, nous appliquons également nos revêtements aux États-Unis, au Moyen-Orient, au Japon, en Asie du Sud-Est et en Afrique. Nous disposons d’une infrastructure mondiale établie afin de pouvoir apporter des solutions à nos clients où et quand ils en ont besoin.

Les systèmes HVTS® d’IGS démontrent une excellente résistance à la corrosion et à l’érosion, avec peu ou pas de signes de perte métallique même dans des conditions extrêmes. Alors que les composants rechargés par soudage avec l’alliage 625 doivent être remplacés en fin de vie, le HVTS® d’IGS peut être réhabilité de manière fiable, voire remplacé in situ, sans avoir à remplacer le composant sous-jacent. Cette résistance à la corrosion, combinée à la facilité d’application sur site, rend le choix des revêtements IGS particulièrement avantageux dans les zones traditionnellement protégées par des rechargements de soudure.