Determinação das propriedades do revestimento metálico obtido por aspersão térmica e análise de sua influência na eficiência da transferência de calor em tubos de caldeiras de usinas termelétricas
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Resumo: | Mineral coal is a fuel that can be used by thermoelectric plants to generate electricity, however, the solid residues of its combustion, so-called ash, cause erosion and corrosion in the internal components of boilers that operate at high temperatures, causing failures in the system. This study proposes a metallic coating based on Fe-Cr-Si, obtained using the electric arc thermal spray technique as an alternative for protecting the most affected parts of boiler tubes by the ash impact. Optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), semi-quantitative chemical analysis by Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), roughness measurements, pull-off adhesion tests were used. Thermal diffusivity measurements and mathematical modelling were elaborated to evaluate the thermal exchange efficiency impact of the coating in thermoelectric plant boiler tubes. The results showed that the chemical components of the sprayed wire were well incorporated into a coating with a hardness of 730.54 ± 164.28 HV, approximately three times greater than the hardness of boiler pipes and only 11% less than the hardness of ash. XRD identified the presence of crystalline phases in the coating and adhesion tests showed that the failures were cohesive without substrate exposure. The presence of the coating reduced heat exchange of approximately 0.64% / tube length. These results showed that the proposed coating, which has a lower cost compared to others, be a promising solution to avoid unscheduled shutdowns in thermoelectric boilers. |
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Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2022.http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/18318Mineral coal is a fuel that can be used by thermoelectric plants to generate electricity, however, the solid residues of its combustion, so-called ash, cause erosion and corrosion in the internal components of boilers that operate at high temperatures, causing failures in the system. This study proposes a metallic coating based on Fe-Cr-Si, obtained using the electric arc thermal spray technique as an alternative for protecting the most affected parts of boiler tubes by the ash impact. Optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), semi-quantitative chemical analysis by Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), roughness measurements, pull-off adhesion tests were used. Thermal diffusivity measurements and mathematical modelling were elaborated to evaluate the thermal exchange efficiency impact of the coating in thermoelectric plant boiler tubes. The results showed that the chemical components of the sprayed wire were well incorporated into a coating with a hardness of 730.54 ± 164.28 HV, approximately three times greater than the hardness of boiler pipes and only 11% less than the hardness of ash. XRD identified the presence of crystalline phases in the coating and adhesion tests showed that the failures were cohesive without substrate exposure. The presence of the coating reduced heat exchange of approximately 0.64% / tube length. These results showed that the proposed coating, which has a lower cost compared to others, be a promising solution to avoid unscheduled shutdowns in thermoelectric boilers.O carvão mineral é um dos combustíveis que pode ser utilizado por termelétricas para geração de energia elétrica, porém, os resíduos sólidos de sua combustão, as chamadas cinzas, ocasionam erosão e corrosão nos componentes internos de caldeiras que operam em temperaturas elevadas, ocasionando falhas no sistema. Este estudo propõe um revestimento metálico à base de Fe-Cr-Si, obtido pela técnica de aspersão térmica a arco elétrico como alternativa para proteção das partes mais afetadas dos tubos da caldeira pelo impacto das cinzas. Foram utilizadas técnicas de microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise química semiquantitativa por Espectroscopia de Dispersão de Energia (EDS), difração de raios X (DRX), medidas de rugosidade, testes de adesão pull-off. Medidas de difusividade térmica e modelagem matemática foram elaboradas para avaliar o impacto da eficiência de troca térmica do revestimento em tubos de caldeiras de usinas termelétricas. Os resultados das análises mostraram que os componentes químicos do arame pulverizado foram bem incorporados em um revestimento com dureza de 730,54 ± 164,28 HV, aproximadamente três vezes maior que a dureza dos tubos da caldeira e apenas 11% menor que a dureza das cinzas. A DRX identificou a presença de fases cristalinas no revestimento e os testes de adesão mostraram que as falhas apresentaram natureza coesiva sem exposição do substrato. A presença do revestimento reduziu a troca de calor em aproximadamente 0,64% / comprimento do tubo. Esses resultados mostraram que o revestimento proposto, que possui um custo menor em relação aos demais, é uma solução promissora para evitar paradas não programados em caldeiras de centrais termoelétricas.Submitted by Julia CTC/B (julia.vieira@uerj.br) on 2022-09-02T13:18:19Z No. of bitstreams: 1 Tese - Pamella Kesseler de Campos - 2022 - Completo.pdf: 3223984 bytes, checksum: 827dfc789e6d9d154aca9d237534127c (MD5)Made available in DSpace on 2022-09-02T13:18:19Z (GMT). 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