Tecnología de materiales en cámaras de combustión de centrales de biomasa

Retos particulares de los combustibles biogénicos

La combustión de biomasa se diferencia de forma fundamental de la de los combustibles fósiles. La astilla, la madera recuperada, la corteza y otros combustibles biogénicos presentan composiciones muy variables. El contenido de humedad, la proporción de cenizas y la composición química no solo varían entre distintos tipos de combustible, sino también entre suministros del mismo tipo. Esta variabilidad plantea al revestimiento refractario de la cámara de combustión retos particulares que no pueden dominarse suficientemente con conceptos de materiales estandarizados.

Las cenizas de biomasa contienen altas proporciones de álcalis como el potasio y el sodio, que a las temperaturas de combustión forman fases fundidas agresivas. Estas fases atacan químicamente el revestimiento refractario y aceleran el desgaste. Resulta especialmente crítica la combinación de altos contenidos de álcalis y puntos de reblandecimiento de cenizas bajos, como la que se produce en la combustión de paja o de residuos de cereal.

La selección de materiales como factor clave

• Los materiales refractarios ricos en alúmina son altamente refractarios y resistentes a la abrasión, pero bajo la acción de los álcalis forman fases expansivas como la kalsilita o la leucita, que pueden hacer saltar la estructura; en las zonas expuestas a álcalis, las calidades densas y resistentes a los álcalis de chamota o andalucita suelen ser la mejor opción
• Los materiales con carburo de silicio combinan una alta resistencia al desgaste con una buena resistencia a los ciclos térmicos, aunque su coste de adquisición es mayor
• Los materiales especiales con óxido de cromo se utilizan en zonas extremas, pero requieren vías de eliminación específicas
• Los hormigones colables con sistemas de bajo contenido en cemento permiten revestimientos sin juntas en geometrías complejas

Zonificación de la cámara de combustión

El revestimiento de una cámara de combustión moderna no se ejecuta con un único material, sino que se divide en zonas, cada una revestida con el material óptimo. La zona de la parrilla y de empuje soporta fuertes cargas mecánicas y térmicas y requiere materiales resistentes a la abrasión y a los ciclos térmicos. La zona de postcombustión está expuesta al ataque químico más intenso de las cenizas fundidas y necesita materiales resistentes a la corrosión. La zona de radiación y el estrechamiento soportan sobre todo cargas térmicas y se diseñan con materiales de alta refractariedad.

Al planificar el revestimiento de una cámara de combustión trabajamos en estrecha colaboración con los titulares para determinar los perfiles de carga específicos. ¿Qué combustibles se utilizan? ¿Qué proporción de cenizas tienen? ¿Hay variaciones estacionales en la calidad del combustible? Con esta información desarrollamos un concepto de materiales a medida que maximiza la vida útil y minimiza los costes de mantenimiento.

Los detalles constructivos como motor de la vida útil

Además de la selección de materiales, los detalles constructivos deciden el éxito o el fracaso del revestimiento de una cámara de combustión. El diseño de las juntas de dilatación, la ejecución del sistema de anclaje, la eliminación de puentes térmicos y la unión con los componentes adyacentes exigen años de experiencia y una comprensión profunda de las relaciones termomecánicas. Un detalle que a menudo se subestima es el diseño de las zonas de transición entre distintas zonas de material. En ellas coinciden materiales con distinto comportamiento de dilatación térmica. Sin soluciones constructivas adecuadas para compensar la dilatación, en esos puntos se forman grietas por tensión que sirven de vía de entrada a medios agresivos y provocan un fallo prematuro.