Ceneri e scorie: i nemici del rivestimento refrattario negli impianti a biomassa

Perché la cenere da biomassa è così aggressiva

La cenere da biomassa è sostanzialmente diversa da quella del carbone. Mentre le ceneri di carbone sono costituite prevalentemente da ossidi di silicio e di alluminio relativamente inerti, le ceneri da biomassa contengono elevate concentrazioni di alcali, in particolare potassio e sodio, oltre a cloro, zolfo e fosforo. Alle temperature di combustione questi elementi formano composti a basso punto di fusione che, in fase liquida, attaccano il rivestimento refrattario. L’attacco chimico avviene per infiltrazione della fase fusa nella struttura porosa del materiale refrattario, dove reagisce con i componenti della matrice e ne distrugge la struttura.

I meccanismi di attacco nel dettaglio

• Infiltrazione: per effetto delle forze capillari la scoria liquida penetra nella porosità aperta del materiale refrattario. La profondità di penetrazione dipende dalla viscosità della scoria e dalla distribuzione dimensionale dei pori del materiale
• Corrosione: la scoria infiltrata reagisce con i componenti della matrice del materiale refrattario e forma nuove fasi mineralogiche con proprietà diverse. Spesso si generano composti di volume maggiore, che creano tensioni nella struttura
• Erosione: le particelle di cenere trascinate dal flusso dei fumi agiscono come un abrasivo da sabbiatura e asportano meccanicamente la superficie. Le zone più colpite sono quelle con alta velocità di flusso e cambi di direzione
• Scorificazione: gli strati di scoria che si accumulano modificano la geometria del focolare, peggiorano lo scambio termico e, se si staccano in modo incontrollato, possono danneggiare il rivestimento sottostante

Misure di protezione contro ceneri e scorie

La protezione più efficace inizia dalla scelta del combustibile e dalla conduzione della combustione. Una qualità del combustibile il più possibile costante, con un contenuto di ceneri noto e controllato, riduce i picchi di sollecitazione sul rivestimento. La temperatura di combustione andrebbe regolata in modo da restare il più possibile al di sotto della temperatura di rammollimento delle ceneri, cosa che però nella pratica non è sempre realizzabile. Sul fronte dei materiali, i refrattari densi e a bassa porosità offrono la migliore protezione contro l’infiltrazione. Contro la corrosione alcalina si sono dimostrate valide le qualità dense e resistenti agli alcali a base di chamotte e andalusite, nonché i materiali ad alto tenore di carburo di silicio; i mattoni ad alto tenore di allumina tendono invece, sotto l’azione degli alcali, a formare fasi espansive che danneggiano la struttura. Nelle zone particolarmente critiche, vernici refrattarie speciali o rivestimenti ceramici possono costituire un’ulteriore barriera contro l’attacco delle scorie.

Misure operative e manutenzione programmata regolare

Oltre alla giusta scelta dei materiali, le misure operative sono indispensabili. Rimuovere regolarmente le scorie adese prima che formino accumuli massicci prolunga notevolmente la durata in esercizio. Le ispezioni termografiche consentono di individuare per tempo i punti caldi che indicano un’infiltrazione avanzata. E una documentazione sistematica dei tassi di usura nelle diverse zone fornisce la base di dati per l’ottimizzazione continua del concetto di materiale. In SBS Refractory Service uniamo l’esperienza di centinaia di progetti su camere di combustione a una profonda conoscenza della tecnologia dei materiali. Così sviluppiamo per ogni impianto una strategia personalizzata contro le specifiche sollecitazioni dovute alle ceneri.