Nel rapporto sono illustrate le attività svolte nel periodo di riferimento nell’ambito della task 1 del Progetto – “Co-combustione di biomasse in impianti a carbone”, inerenti alle prove di caratterizzazione a corrosione e a erosione in ambiente simulato di materiali candidati all’uso in impianti di co-combustione carbone- biomassa/CDR operanti con cicli USC iniziate nel corso del 2009. Nel corso dell’attività di ricerca condotta nel periodo di riferimento sono state completate le prove di laboratorio iniziate nel 2009 per la caratterizzazione a corrosione e a erosione in ambiente simulato di materiali candidati all’uso in impianti di co-combustione carbone-biomassa/CDR operanti con cicli USC. Lo scopo delle prove è di classificare i materiali per quanto riguarda la loro resistenza alla corrosione e all’erosione, accelerando i test mediante condizioni di prova molto severe, e non quello di fornire i tassi di consumo su lungo periodo dei materiali in esercizio, ruolo che è invece demandato alle campagne di monitoraggio, descritte in un altro rapporto, realizzate da RSE esponendo in caldaia le sonde del suo sistema di monitoraggio. Dando seguito alla prima prova di corrosione in laboratorio effettuata nel 2009, che ha riguardato la lega base nichel Inconel 625, l’acciaio superaustenitico Sanicro 28 e l’acciaio AISI 347H (attualmente in uso nella centrale ENEL di Fusina), sono stati selezionati tre nuovi materiali: la lega Inconel 740, l’acciaio Super 304H, utilizzato in una Centrale a carbone nazionale operante in ciclo USC, e un acciaio ferritico- martensitico (9-9.5 % Cr) sviluppato recentemente da un importante produttore nazionale per possibili applicazioni in futuri impianti USC operanti in condizioni di esercizio più gravose e identificato come R156. La prova di corrosione in forno ha avuto una durata complessiva di 1000 ore a seguito della quale si è effettuata la caratterizzazione microstrutturale post-esposizione dei provini. L’atmosfera simulata nel forno di corrosione è quella del passo convettivo della Centrale ENEL di Fusina, che è esercita in regime di co- combustione carbone-CDR, mentre i provini sono stati termostatati alla temperatura di 630°C, che è la temperatura di esercizio stimata per i tubi dei banchi convettivi di una Centrale nazionale a carbone operante in ciclo Ultra Super Critico. Nella prova parte dei provini è stata inoltre immersa in una miscela di sali molto aggressivi (50%K2SO4+50% KCl in peso), tipici dei depositi che si formano in esercizio negli impianti maggiormente critici, allo scopo di ottenere un forte attacco corrosivo nel periodo del test e di valutare l’influenza sull’attacco corrosivo della compresenza di sali nel deposito e dell’atmosfera aggressiva o solo di quest’ultima. L’esame complessivo dei risultati emersi nel primo test effettuato nel 2009 e in quello del periodo di riferimento mostra che, nonostante i molti elementi d’incertezza causati in parte dalle problematiche diverse che sono emerse durante i test e che specialmente si ripercuotono nella corretta elaborazione dei trend (equazioni) dell’andamento della resistenza alla corrosione in funzione del tempo di esposizione, si possono classificare i sei materiali considerati nel modo seguente: l’acciaio ferritico-martensitico R156 presenta la più bassa resistenza (0.411 mm/1000 h) con possibile valore di picco molto elevato (oltre 1 mm/1000 h) l’acciaio Super 304H presenta una tendenza di bassa resistenza (0.410 mm/1000 h) analoga all’R156, ma senza evidenziare valori di picco significativamente differenziati l’acciaio AISI 347H presenta una resistenza maggiore dei precedenti (0.111 mm/1000 h) con valori di picco non molto differenziati l’acciaio superaustenitico Sanicro 28 e la lega Inconel 740 presentano valori (rispettivamente 0.096 e 0.089 mm /1000 h) di resistenza leggermente superiore all’AISI 347H, ma con possibili valori di picco più elevati dell’AISI 347H infine il materiale più resistente risulta essere la lega base nichel Inconel 625 con 0.019 mm/1000 h e con valori di picco che risultano comunque inferiori a tutti gli altri materiali

Per quanto riguarda la resistenza alla corrosione del solo gas è stato possibile valutare comparativamente solo i materiali caratterizzati nella seconda prova da cui risulta che i due acciai (AISI S304H e acciaio R156) sono sensibili alla corrosione, mentre l’Inconel 740 mostra un attacco nettamente inferiore ai due acciai ed è in grado di garantire livelli di corrosione tollerabile. Gli stessi materiali termostatati alla medesima temperatura di 620-630°C sono anche stati sottoposti a prove di erosione accelerata, completando anche in questo caso la caratterizzazione avviata nel corso del 2009 sul primo set di materiali. Analogamente al test di corrosione anche in questo caso lo scopo delle prove è fornire una classifica della resistenza all’erosione dei materiali, accelerando i processi mediante l’adozione di condizioni di prova molto severe. Nel test è stato introdotto come riferimento per la comparazione delle prestazioni dei vari materiali, l’acciaio martensitico AISI 410 che è considerato possedere una buona resistenza all’erosione. I test sono stati effettuati a varie velocità dell’erosivo e con un angolo d’impatto di 90° (velocità dell’erosivo perpendicolare alla superficie del provino) e di 30°, quest’ultima risultando essere la condizione maggiormente aggressiva. Le prove mostrano che a tutte le velocità e ai diversi angoli d’impatto dell’erosivo il maggior consumo del materiale (mm3 di materiale eroso per grammo di erosivo) si registra per la lega base nichel Inconel 740 e quindi nell’ordine per l’Inconel 625, seguite dal gruppo di materiali costituito da Sanicro 28 e dagli acciai AISI 347H e AISI Super 304H, mentre il minor consumo è esibito dall’acciaio R156 con un consumo di poco superiore a quello di riferimento dell’acciaio martensitico AISI 410. Partendo dai risultati dell’attività sperimentale è stata effettuata una stima della perdita di metallo di un componente tipo (ad es. i tubi dei banchi convettivi) dopo 50.000 ore di esercizio in impianto in condizioni reali considerando un angolo di impatto dell’erosivo di 30°, che è quello maggiormente critico per l’erosione, supponendo una velocità di impatto dell’erosivo pari a 10 m/s e considerando la distribuzione granulometrica di un impianto reale. La stima, che tiene conto della variazione introdotta dall’elaborazione dei parametri coinvolti, conferma per le superleghe a base nichel una resistenza all’erosione leggermente inferiore rispetto agli altri materiali (acciai inossidabili e martensitico). La stima così effettuata è compatibile con la perdita di spessore di un materiale generalmente considerata ammissibile negli impianti, che è pari a circa 0.2 mm per 8000 ore di esercizio Tale limite corrisponde al valore ottenuto per la stima relativa al materiale di riferimento AISI 410 considerato nelle prove, mentre la perdita di spessore è risultata di poco superiore per gli altri materiali provati (0.25-0.3 mm/ 8000 ore).