8/7/2019 Penthouse Fall 1984

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FALL 1984

DAVID N . FRENCH, INC., METALLURGISTSONE LANCASTER ROAD

NORTHBOROUGH. MASSACHUSETTS 01532(617) 393-3635

VOL. 1, NO . 3A VIEW FROM THE PENTHOUSE: USEFUL INFORMATION FOR THE WORLD OF BO ILER S

FUEL ASH CORROSION M i x t u r e s o f t h e s e t r i s u l f a t e s h a v e m e l t i n gH i gh t e m p e r a t u r e SH a n d RH o f f o s s i l p o i n t s a s l o w a s 1 0 3 0 F . B o t h SH a n d RH t u b ea re s u b j e c t t o r a p i d c o r r o - metal t e m p e r a t u r e s c a n e a s i l y r e a c h 1 0 30 F .y c e r t a i n c o n s t i t u e n t s i n t h e a s h . T u b e metal t e m p e r a t u r e s o f 1 1 5 0 F are not . un-h o i l an d c o a l a s h u n de r som e c o n d i t i o n s h e a r d o f . T hu s i f t h e s e t r i s u l f a t e s fo rm , i ty l e a d t o t u b e w a s t a g e . R e g a r d l e s s o f l i k e l y t h a t r a p i d t u b e w a s t a g e w i l l f o l l o w .e f u e l , t h e c o r r o s i o n m e ch an is ms a r e T he p r e v e n t i o n o f c o a l a s h c o r r o s i o n d o e sa lo w m e l t i n g p h a s e , c om po un d, o r h o w ev e r, p r e s e n t so me d i f f i c u l t i e s . O nc e i t iu r e f o r m s i n t h e a s h d e p o s i t a t t h e known f o r c e r t a i n t h a t l i q u i d a s h c o r r o s i o n i se o f t h e t u b e . T he l i q u i d d i s s o l v e s t h e p r o bl e m , t u b e s h i e l d s a r e i n s t a l l e d a s t h eprotectivex i d e scalen d leavesh e b a r e U s u al c o r r e c t i v e a c t i o n . I n t h o s e a r e a s w he re

e x p o s e d . A t o n c e t h e b a r e s t e e l f o r m s c o r r o s i o n o c c u r s , s t a i n l e s s s t e e l o r o t h e r h i gn d a g a i n t h e o x i d e i s d i s s o l v e d . t e m p e r a t u r e a l l o y s a re w e l d ed o r w r ap p ed a r o u n~ r epeat s . Each t i m e h e o x i d e l aye r t h e t u b e . T he i n t e n t i s t o r a i s e t h e s u r f a c er e ne w ed , t h e t u b e w a l l i s r e d u c e d i n t h i c k - t em p er at ur e t o l30OoF o r s l i g h t l y h i g he r *E v e n t u a l l y t h e w a s t a g e i s s u f f i c i e n t S h i e l d s are n o t a s w e l l c o o l e d by t h e s t ea m ,h a t t h e r e m a i n i ng metal i s n o t s t r o n g t h e r e i s a n a i r g a p t h a t f u n c t i o n s a s a n i n s u l

o ug h t o w i t h s t a n d t h e i n t e r n a l steam p r e s s u r e . t in g l a y e r t h e l o w o f heat h o te t u b e r u p t u r e s a nd a n o t h e r f o r c e d o u t a g e g a s t o c o o l e r s t ea m . A bove 1 30 0 F, t h e t r i -u r s . s u l f a t e s a re u n s t a b l e a n d d e co m p os e . T h u s a b oW hi l e t h e e s s e n t i a l f e a t u r e s o f l i q u i d 1 30 0 F r a p i d l i q u i d a s h c o r r o s i o n d o e s n o to n a r e s imi la r f o r b o t h c o a l a n d c o n t i n u e .are q u i t e d i f f e r e n t . A n o t he r p o s s i b l e way t o p r e v e n t t h e s e t r ir c o a l t h e p r i n c i p l e a g e n t s o f d e s t r u c t i o n s u l f a t e s f ro m f or m in g i s t o m a ke c o m p o u n d s o fe s u l f u r a n d s od iu m o r p o t a s s iu m . O t h e r t h e s u l f u r t r i o x i d e w i t h c a l c i u m o r m ag n e s iu me r a l f o r m s , m a i n l y c a l c i u m a n d m a g ne s iu m , o x i d e a nd f o r m t h e s u l f a t e . B o t h c a l c iu m a ndy a l s o p l a y i m p o r t a n t r o l e s . A l l c o a l m ag ne siu m s u l f a t e h a ve m e l t i n g p o i n t s w e l l a b oe d t o d a y c o n t a i n s som e s u l f u r . H ow ev er , t u b e metal t e m p e r a t u r e s .e am ou n t o f s u l f u r d o e s n o t i n d i c a t e w h e t h e r Not a l l c o a l s w i t h s imi la r a s h c o m p o s i t i o

w i l l o c c u r . T he s u l f u r i n t h e c a u s e a s h c o r r o s i o n p ro b l em s . T he r e a s o n seemh e t h e r a s u l f i d e ( p y r i t e s ) or a s u l f a t e t o b e t h e f o rm t h a t c a l c i u m a n d ma gn es iu m m i ne2 S0 4, K 2S04 o r F e S 0 4 ) , f o r m s s u l f u r d i o x i d e a l s t a k e n t h e I f t h e y a re o x i d e s o rO 2) a nd s u l f u r t r i o x i d e (SO ) i n t h e f l a m e . p e r h a p s c a r b o n a t e s , t h e s e w i l l t h e n b e a v a i l a b3 t o r e a c t w i t h s u l f u r t r i o x i d e t o f o r m h a r m l e s sa n e a r l y u n i q u e s e t o f c o n d i t i o n s , t h e s u l f a t e s . H ow ev er , i f t h e c a l c i u m a nd m ag ne sia n d s o d i u m o r p o t a s s i u m o x i d e ( N a 2 0 , K 20 )3 a re c o m p l e x m i n e r a l s , s i l i c a t e s o r c l a y , t h e ye t h r o u g h t h e a s h d e p o s i t t o t h e c o o l e r c a n n o t f o rm h a r m l e s s s u l f a t e s . L i q u i d a s h

m e t a l s u r f a c e . O nc e t h e r e , t h e y c om b in e c o r r o s i o n i s t h e n l i k e l y .i r o n o x i d e p r e s e n t i n t h e s c a l e . T he Ash c o r r o s i o n o f f u r n a c e wal l s i s a l s o reo un d t h a t f o r m s i s a n a l k a l i i r o n t r i s u l - l a t e d t o t h e f o r m a t i o n o f a l i q u i d p h a se i n t ht e , N a3 Fe (S 04 )3 o r K 3F e( S0 4) 3. T h us a s h . S i n c e f u r n a c e w a l l t e m p e r a t u r e s r a r e l y+ 6S 03 + F e 2 0 3 = 2 N a 3 F e ( S 0 4 ) 3 . e x c e e d 8 5 0 " - 9 00 F e v e n f o r a s u p e r c r i t i c a lb o i l e r , t h e t r i s u l f a t e s c a n n o t b e b l a m ed . I n ss imilar r e a c t i o n o c c u r s w i t h K20. T h e i t h a s b ee n s u g g e s t e d t h a t p y r o s u l f a t e s o f s o dg p o i n t s o f t r i s u l f a t e s a r e a b o u t 1 1 5 0 F . a nd potassium, N~ s 0 or K s 0 are t h e ba d2 2 7 2 2 7 '

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t o r s . M e l t i n g p o i n t s h a ve b ee n m e as u r ed a sa s 6 35 F f o r c o n s t i t u e n t s i n t h e a s h .o w t e m p e r a t u r e c o r r o s i o n i si a t e d w i t h r e d u c i n g c o n d i t i o n s a l o n g t h e

wal l s . H ig h c o n c e n t r a t i o n s o f c a r b o no xid e h av e b ee n c o r r e l a t e d w i t h w a l l c o r -P oo r f i n e n e s s c o n t r o l o f t h e p u lv e r -d c o a l may l e a d t o d e p o s i t i o n o f u n b ur ne dn on t h e f u r n a c e wal ls . I n e i t h e r c a s ee m ea su re d o x yg e n l e v e l s a t t h e s t a c k may3 - 4% b u t o n a m i c r o e n v i r o n m e n t a l sca lee re t h e c o r r o s i o n o c c u r s t h e r e a re r e d u c i n gI n t h e c a s e o f o i l a s h c o r r o s i o n , t h em po ne nt s i n t h e f u e l t h a t l e a d t o p r o b l e m se v a na di u m , s o d iu m , s u l f u r an d o c c a s i o n a l l yl o r i n e . T h e a mo un t o f a s h p r e s e n t i s ad s p e r t o n ; t h e a m o u nt s o f v an ad iu md s o di um a r e m ea su re d i n p a r t s p e r m i l l i o n .e n t ho u g h q u a n t i t i e s a re smal l , i n t h e

a d a y ' s c o n s u m pt io n o f f u e l , a f e wd i um p e n t o x i d e (V 0 )2 5o x i d e (N a,O ) may b e d e p o s i t e d o nLo r RH t u b e s .

A s n o t e d b e f o r e , t h e m ec ha ni s m f o r o i lc o r r o s i o n i s s imilar t o t h a t o f c o a l . Ai d s p e c i e s f o r m s o n t h e t u b e s u r f a c e ,e s t h e p r o t e c t i v e o x i d e s c a l e , a n dw a s t a g e p r o c e e d s . T he l i q u i d p h a s e i s aV 0 a nd e i t h e r Na 0 o r s o d i u m2 5 2l f a t e , ( N a, S O ) . T h e t w o o x i d e s , V 0 a n d2 4 2 5a s e r i e s o f v a n a d a t e s a nd m i x t u r e s

L

v a n a d a t e s . T he l o w e s t m e l t i n g p o i n t i ss s t h a n 1 0 0 0 F a n d o c c u r s a t a c o m p o s i t i o nw t % N a 2 0 - 8 4 w t %V 0 M i x t u r e s2 5'

V 2 0 5 a n d N a 2 S 0 4 m e l t a t a b o u t 1 0 0 0 F a t a10 w t % Na SO - 9 0 w t % V 2 0 5 .2 4e p r i n c i p l e c u l p r i t , h ow ev er , i s n o t t h el f a t e b u t t h e s o di u m v a n a d a t e s . I h a v e n o ti d a s h c o r r o s i o n o n f u r n a c e wal ls i nf i r e d b o i l e r s .n l i k e t h e t r i s u l f a t e s i n c o a l , t h e Na,O

Ld V 2 0 5 o r Na SO c o m p o u n d s d o n o t d e c o m p o s e2 4b o i l e r t e m p e r a t u r e s . T ub e s h i e l d s a re a nc t i v e s b l u t i o n . S i n c e t h e p r i n c i p l eu i d p h a s e i s c om p os ed o f v a n a d a t e s , t h ec a n b e r a i s e d by c h a n g i n g t h eWHO MAY WISH TO RECEIVE OUR NEWSLETTER:

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c o m p o s i t i o n . T h e v an a d iu m a n d s o d i um c o m p oo f t h e o i l c a n b e ch an ge d b y b l e n d i n g o i l s od i f f e r e n t V a n d Na c o n t e n t . T h e min im um m e lp o i n t i n t h e V 0 a n d Na 0 s y s t e m o c c u r s a t2 5 2Na20, a V205/Na20 r a t i o o f 5 t ( 8 4 1 1 6 ) . F o r u s u a l c i r c u m s t a n c e o f r e p o r t i n g e l e m e n t a l a ns i s o f V a n d Na i n t h e o i l i n p a r t s p e r m i l lt h e minimum m e l t i n g p o i n t o c c u r s a t a V t o Nr a t i o o f a b o u t 4 .A d d i t i v e s may b e b l e n d e d w i t h t h e o i l tr e d u c e t h e e f f e c t s o f l i q u i d a s h c o r r o s i o n . m o s t b e n e f i c i a l c om p ou nd s a p p e a r t o b e m ag neo x i d e o r m a gn es iu m h y d r o x i d e w h i c h w hen h e a tb ec om e t h e o x i d e . MgO r e a c t s w i t h SO3 t o f oh a r m l e s s m a gn es iu m s u l f a t e . MgO r e a c t s w i t hV 0 t o f o r m h i g h m e l t i n g m ag ne siu m v a n a d a t e2 5I n e i t h e r case c om p ou nd s t h a t melt a t t u b e mt e m p e r a t u r e s d o n o t f or m .C h l o r i n e f o r m s i r o n c h l o r i d e w h ic h h a sm e l t i n g p o i n t b e lo w 8 0 0 F . T h u s c h l o r i n e i nq u a n t i t y g r e a t e r t h a n a f ew ppm i s p o t e n t i a ld a n g e r o u s . Of c o u r s e m o s t f u e l o i l s a r e s h iby o ce a n f r e i g h t e r o r b a r g e , s o t h e p o s s i b i le x i s t s o f m i x in g sea water ( 3+ % c h l o r i d e s ) wt h e o i l . S e a w a te r i s m or e d e n s e t h a n o i l . i t i s f a i r l y e a s y t o k e e p i t o u t o f t h e f u e lb u r n e d .D e p en di ng o n t h e s e v e r i t y o f f u e l a s h cs i o n , s t a i n l e s s s t e e l t u b e s o f f e r goo d p r o t eMetals d e p en d o n o x i d e s f o rm e d a t t h e s u r f a ct o p r e v e n t c o r r o s i o n . T he b e t t e r t h e a l l o y h i g h t e m p e r a t u r e s e r v i c e , t h e mo r e t e n a c i o u st h e p r o t e c t i v e o x i d e . C ar b on s t e e l i s s a f e u s e t o a b o u t 8 5 0 F w h i l e 3 04 s t a i n l e s s i s g of o r o v e r 1 30 0 F. S t a i n l e s s s t e e l h a s a m o r et i g h t l y a d h e r i n g o x i d e t h a n c a r b o n s t e e l . To x i d e s on s t a i n l e s s a re m o re d i f f i c u l t t o d is o l v e i n a s h d e p o s i t s t h a n t h e o x i d e s o n lo wa l l o y f e r r i t i c s t e e l s , s imi l a r t o S A2 13 T - 22 .I ' v e s e e n c o a l a s h c o r r o s i o n o n T-22 t h a t h ac a u s e d t u b e f a i l u r e s w i t h i n tw o f e e t o f a t r ai t i o n t o 3 04 s t a i n l e s s . T he 3 04 sho w ed v i r tn o da ma ge by c o a l a s h c o r r o s i o n . On t h e o t hh an d , I ' v e a l s o s e e n a 321H s t a i n l e s s s t e e lt u b e c o r r o d e d by o i l a s h t o a steam l e a k i nt h a n 6 m o n th s . S o t h e r e a r e n o c l e a r c u t g ul i n e s t o f o l l o w w i t h o u t c a r e f u l s t u d y by ac o r n p e t a n t m e t a l l u r g i s t .

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