Materiálová technika ve spalovacích komorách biomasových elektráren

Zvláštní výzvy biogenních paliv

Spalování biomasy se zásadně liší od spalování fosilních nosičů energie. Dřevní štěpka, staré dřevo, kůra a další biogenní paliva vykazují silně kolísavé složení. Obsah vlhkosti, podíl popela i chemické složení se liší nejen mezi jednotlivými druhy paliva, nýbrž i mezi jednotlivými dodávkami téhož typu. Tato proměnlivost staví žáruvzdornou vyzdívku spalovací komory před zvláštní výzvy, které nelze standardizovanými materiálovými koncepcemi dostatečně zvládnout.

Popely z biomasy obsahují vysoké podíly alkálií jako draslík a sodík, které při spalovacích teplotách tvoří agresivní taveninové fáze. Tyto fáze žáruvzdornou vyzdívku chemicky napadají a vedou ke zrychlenému opotřebení. Obzvláště kritická je kombinace vysokého obsahu alkálií a nízkých bodů měknutí popela, jaká nastává při spalování slámy nebo zbytků obilí.

Volba materiálu jako klíčový faktor

• Žáruvzdorné materiály bohaté na oxid hlinitý jsou vysoce žáruvzdorné a odolné proti otěru, působením alkálií však vytvářejí fáze zvětšující objem, jako je kalsilit nebo leucit, které mohou strukturu rozrušit – v zónách zatížených alkáliemi jsou většinou lepší volbou hutné šamotové nebo andaluzitové kvality odolné vůči alkáliím
• Materiály s obsahem karbidu křemíku kombinují vysokou odolnost proti opotřebení s dobrou odolností vůči teplotním změnám, jsou však dražší na pořízení
• Speciální materiály s obsahem oxidu chromitého se nasazují v extrémních oblastech, vyžadují však zvláštní způsoby odstranění
• Lité hmoty na bázi nízkocementových pojivových systémů umožňují vyzdívky bez spár ve složitých geometriích

Zónování spalovací komory

Moderní vyzdívka spalovací komory se neprovádí jedním jednotným materiálem, nýbrž se dělí do zón, z nichž každá se vyzdívá optimálním materiálem. Oblast roštu a posuvu podléhá silnému mechanickému a tepelnému zatížení a vyžaduje otěruvzdorné materiály odolné vůči teplotním změnám. Zóna dohořívání je vystavena nejintenzivnějšímu chemickému útoku taveninami popela a potřebuje korozivzdorné materiály. Sálavá část a zúžení jsou zatíženy především tepelně a navrhují se z vysoce žáruvzdorných materiálů.

Při plánování vyzdívky spalovací komory úzce spolupracujeme s provozovateli, abychom zjistili konkrétní profily zatížení. Jaká paliva se nasazují? Jak vysoký je podíl popela? Existují sezónní výkyvy v kvalitě paliva? Na základě těchto informací vyvíjíme materiálovou koncepci šitou na míru, která maximalizuje životnost a minimalizuje náklady na údržbu.

Konstrukční detaily jako hybatel životnosti

Vedle volby materiálu rozhodují o úspěchu či neúspěchu vyzdívky spalovací komory konstrukční detaily. Řešení dilatačních spár, provedení kotvení, vyhnutí se tepelným mostům a napojení na sousední dílce vyžadují dlouholeté zkušenosti a hluboké porozumění termomechanickým souvislostem. Často podceňovaným detailem je řešení přechodových oblastí mezi různými materiálovými zónami. Zde se setkávají materiály s rozdílným chováním při tepelné roztažnosti. Bez vhodných konstrukcí pro vyrovnání dilatace vznikají na těchto místech napěťové trhliny, které slouží jako vstupní brána pro agresivní média a vedou k předčasnému selhání.