Pääkaupunkiseudun energiantuotannon tuhkien korroosiovaikutus

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2016-03-21
Department
Major/Subject
Pohja- ja kalliorakentaminen
Mcode
IA3028
Degree programme
Rakenne- ja rakennustuotantotekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
108 + 11
Series
Abstract
Energiantuotannon tuhkilla voidaan paikallisesti korvata merkittäviä määriä luonnon kiviaineksia tai jalostaa heikkolaatuisia maa-aineksia. Vaikka tuhkia on hyödynnetty maa- ja infrarakentamisessa jo useita vuosikymmeniä, hyödyntämistä voidaan lisätä käytön esteitä purkamalla. Tämänhetkinen ohjeistus on hyvin varovainen tuhkien aiheuttaman korroosioriskin osalta, ja on herännyt epäilyjä, että ohjeistus on ylivarovainen. Tämän työn tavoitteena on luoda kattava, tutkimuksiin perustuva selvitys tuhkien todellisista korroosiovaikutuksista myöhemmin laadittavaa uusiomateriaaliohjetta sekä mahdollisesti suoritettavaa korroosiokenttäkoetta varten. Työn tutkimusosion tavoitteena on todentaa aikaisemmassa tutkimuksessa esiin tullut näkemys kivihiilen lentotuhkan jäännöshiilen vaikutuksesta sähköiseen ominaisvastukseen, jota käytetään yleisesti kuvaamaan maaperän aggressiivisuutta. Työssä tarkastellaan pääkaupunkiseudun energiantuotannossa syntyvien tuhkien geoteknisiä sekä korroosioon vaikuttavia fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia, joiden perusteella arvioidaan tuhkien korroosiovaikutusta maaperässä käytettäviin metallimateriaaleihin. Työssä esitellään kattavasti korroosion ilmenemismuotoja, maaperässä tapahtuvan korroosioon vaikuttavia tekijöitä sekä eri metallimateriaalien tyypillisiä syöpymismekanismeja maaperän ja tuhkamateriaalien luomassa korroosioympäristössä. Nykyään syntyvät tuhkat ovat pääsääntöisesti korroosioympäristöön vaikuttavilta ominaisuuksiltaan parempilaatuisia aikaisempien vuosikymmenien tuhkiin verrattuna. Tehostuneet polttotekniikat sekä päästörajoitusten myötä vähärikkisemmän kivihiilen käyttöönotto ovat vähentäneet kivihiilen tuhkien liukoisten suolojen määrää sekä palamatta jääneen hiilen osuutta. Kirjallisuustutkimuksen perusteella liukoiset suolat lisäävät selvästi tuhkien sähkönjohtavuutta nopeuttaen metallien syöpymistä. Lisäksi suolojen aggressiiviset anionit, etenkin kloridit, aiheuttavat osalla metalleilla, kuten ruostumattomilla teräksillä, alumiinilla ja sinkillä, paikallista syöpymää. Polttoprosessissa palamatta jäänyt hiili on mahdollisesti merkittävä tekijä tuhkien aiheuttaman korroosioriskin kannalta, sillä jalona materiaalina se voi aikaansaada voimakkaan korroosiokennon syövyttäen epäjaloja metalleja, kuten terästä, alumiinia ja sinkkiä. Työn tutkimustulokset kumoavat alkuperäisen hypoteesin, jonka perusteella lentotuhkan ominaisvastuksen arvoon vaikuttaisi lentotuhkan jäännöshiilen osuus. Tutkimuksessa matalamman jäännöshiilipitoisuuden lentotuhkalla oli pääsääntöisesti matalampi ominaisvastus. Tulos vahvistaa käsitystä siitä, että tuhkat on tarkasteltava voimalaitoskohtaisesti erikseen. Ilman kattavaa korroosiokenttäkoetta on tuhkien aiheuttaman todellisen korroosioriskin arviointi vaikeaa.

Ashes from energy production may be utilized locally to replace significant amounts of natural aggregates or to improve low-grade soils. Although ashes have been utilized in earth and infrastructural construction for several decades, utilization can be increased by dismantling obstacles for use. Current specification is extremely cautious concerning corrosion by ashes and concerns have risen suggesting that the specification is over-conservative. The aim of this thesis is to create a comprehensive research-based analysis of the actual corrosion effects of ashes, which serves as a preliminary study for both a manual for recovered material as well as for corrosion field test possibly conducted later on. The aim of the empirical part of the study is to confirm an impression from a previous study that the residual carbon in coal combustion fly ashes affects the electrical resistivity, which is the most commonly used indicator of soil aggressiveness. This thesis examines geotechnical and the essential physical and chemical properties influencing corrosion, which are further used to examine the corrosive behaviour of energy industrial ashes formed in metropolitan area on the most commonly used metals in earth constructions. This thesis extensively presents different forms of corrosion, factors affecting corrosion by soil and typical corrosion mechanisms on different metallic materials in both soil and ash environment. The properties affecting the corrosiveness of an environment are generally of better quality in ashes nowadays than in those generated in the past decades. More efficient combustion techniques combined with burning of low-sulphur coal due to more restrict emission control have reduced the soluble salt and the unburned carbon content of coal combustion ashes. The literature review clearly shows that the soluble salt content increases the conductivity of ashes thus increasing the corrosion rate of metals. Furthermore, the aggressive anions of salts, especially chlorides, induce localized forms of corrosion for metals, such as, stainless steel, aluminium and zinc. The unburned carbon may also prove to be a significant factor determining corrosion risk by ashes, since being an electropositive material it may form strong corrosion cell on the surface of electronegative metals, such as, steel, aluminium and zinc. The results of the empirical study refute the initial hypothesis that the amount of residual carbon would affect to the electrical resistivity of fly ash. According to the study, the fly ash with lower carbon content had lower resistivity. The result substantiates the idea that each ash type from different power plants should be evaluated separately. In conclusion, it is difficult to assess the corrosiveness of ashes without a comprehensive field test.
Description
Supervisor
Korkiala-Tanttu, Leena
Thesis advisor
Dettenborn, Taavi
Forsman, Juha
Keywords
lentotuhka, kivihiili, korroosio, ominaisvastus, hehkutushäviö
Other note
Citation