Popel a struska: nepřátelé žáruvzdorné vyzdívky v biomasových zařízeních

Proč je popel z biomasy tak agresivní

Popel z biomasy se zásadně liší od popela z uhlí. Zatímco popely z uhlí sestávají převážně z poměrně inertních oxidů křemíku a hliníku, obsahují popely z biomasy vysoké koncentrace alkálií, zejména draslíku a sodíku, a dále chlor, síru a fosfor. Tyto prvky tvoří při spalovacích teplotách nízkotavitelné sloučeniny, které jako kapalná fáze napadají žáruvzdornou vyzdívku. Chemický útok probíhá infiltrací taveninové fáze do pórovité struktury žáruvzdorného materiálu, kde reaguje se složkami matrice a ničí strukturu.

Mechanismy útoku podrobně

• Infiltrace: tekutá struska proniká kapilárními silami do otevřené pórovitosti žáruvzdorného materiálu. Hloubka průniku závisí na viskozitě strusky a na rozdělení velikosti pórů materiálu
• Koroze: infiltrovaná struska reaguje se složkami matrice žáruvzdorného materiálu a tvoří nové minerální fáze se změněnými vlastnostmi. Často přitom vznikají sloučeniny o větším objemu, které ve struktuře vytvářejí napětí
• Eroze: strhávané částice popela v proudu spalin působí jako tryskací materiál a mechanicky ubírají povrch. Nejvíce postižené jsou oblasti s vysokou rychlostí proudění a místa obratu
• Zanášení struskou: nalepené vrstvy strusky mění geometrii ohniště, zhoršují přestup tepla a při neřízeném uvolnění mohou poškodit vyzdívku pod nimi

Ochranná opatření proti popelu a strusce

Nejúčinnější ochrana začíná u volby paliva a vedení spalování. Pokud možno konstantní kvalita paliva se známým a kontrolovaným obsahem popela sníží špičky zatížení vyzdívky. Spalovací teplota by měla být řízena tak, aby ležela pokud možno pod bodem měknutí popela, což však v praxi není vždy realizovatelné. Na straně materiálu nabízejí nejlepší ochranu proti infiltraci hutné žáruvzdorné materiály s malým podílem pórů. Proti alkalické korozi se osvědčují hutné šamotové a andaluzitové kvality odolné vůči alkáliím a materiály s vysokým podílem karbidu křemíku; vysoce hlinité cihly naopak při působení alkálií inklinují k tvorbě fází zvětšujících objem, které poškozují strukturu. V obzvláště kritických oblastech mohou speciální nátěry nebo keramické povlaky vytvořit dodatečnou bariéru proti útoku strusky.

Provozní opatření a pravidelná údržba

Vedle správné volby materiálu jsou nepostradatelná provozní opatření. Pravidelné odstraňování nálepků strusky dříve, než se z nich vyvinou masivní nánosy, značně prodlouží životnost. Termografické inspekce umožňují včasné rozpoznání horkých míst, která naznačují pokročilou infiltraci. A systematická dokumentace rychlostí opotřebení v jednotlivých zónách poskytuje datový podklad pro průběžnou optimalizaci materiálové koncepce. V SBS Refractory Service spojujeme zkušenost ze stovek projektů spalovacích komor s hlubokým porozuměním materiálově technickým souvislostem. Tak pro každé zařízení vyvíjíme individuální strategii proti konkrétnímu zatížení popelem.