Materials selection for superheater tubes in municipal solid waste incineration plants

Corrosion reduces the lifetime of municipal solid waste incineration (MSWI) superheater tubes more than any other cause. It can be minimized by the careful selection of those materials that are most resistant to corrosion under operating conditions. Since thousands of different materials are already known and many more are developed every year, here the selection methodology developed by Prof. Ashby of the University of Cambridge was used to evaluate the performance of different materials to be used as MSWI superheater tubes. The proposed materials can operate at steam pressures and temperatures over 40 bars and 400ºC, respectively. Two case studies are presented: one makes a balanced selection between mechanical properties and cost per thermal unit; and the other focuses on increasing tube lifetime. The balanced selection showed that AISI 410 martensitic stainless steel (wrought, hard tempered) is the best candidate with a good combination of corrosion resistance, a relatively low price (0.83-0.92 e/kg) and a good thermal conductivity (23-27 W/m K). Meanwhile, Nitronic 50/XM-19 stainless steel is the most promising candidate for longterm selection, as it presents high corrosion resistance with a relatively low price (4.86-5.14 e/kg) compared to Ni-alloys.

Assaigs Stress Corrosion Cracking (SCC)

En aquest projecte es presenta la realització d’un sistema d’assaig de la corrosió sota tensió (stress corrosion cracking, SCC) i un estudi de l’efecte de l’SCC sobre dos acers d’eina per matrius d’estampació en calent. L’SCC és la formació i propagació d’esquerdes en un material degut a la interacció de tres factors: un medi corrosiu, un material susceptible i una tensió estàtica aplicada. Aquestes esquerdes són difícils de detectar i poden provocar fallades catastròfiques inesperades i, en concret, s’ha detectat aquest fenomen en matrius refrigerades d’estampació en calent. Es pretén dissenyar i construir un dispositiu d’assaig SCC per tal d’utilitzar-lo per l’estudi dels materials 1.2367 i 1.2343 en condicions d’aigua de xarxa, aigua destil·lada i inhibidor. Aquests assaigs es realitzen a les temperatures de 40 i 80ºC ja que un estudi previ ha simulat les condicions de temperatura als canals de refrigeració de les matrius d’estampació en calent i s’ha vist que aquestes són les temperatures assolides. La raó d’estudiar aquests materials és perquè són dos acers d’eina per treball en calent convencionals, usats en l’àmbit de les matrius refrigerades d’estampació en calent i en general en processos de conformat en calent (forja, moldeig). S’estudia el comportament a tracció d’aquests materials en aquestes condicions comparant-lo amb el mateix assaig però en condicions en aire, i s’avaluen les diferències en la tensió màxima, la ductilitat, el mecanisme de fractura o l’esquerdament sofert. Es fa un estudi fractogràfic de les mostres mitjançant microscòpia electrònica de rastreig (SEM) i un estudi de les superfícies laterals i del secondary cracking mitjançant microscòpia òptica. Es comparen els diferents resultats obtinguts i es determina en quines condicions s’ha desenvolupat SCC i en quines no, en quina intensitat i quines opcions hi ha per evitar-lo.