As en slak: de vijanden van de vuurvaste bekleding in biomassa-installaties

Waarom biomassa-as zo agressief is

Biomassa-as verschilt fundamenteel van kolenas. Terwijl kolenassen overwegend uit betrekkelijk inerte silicium- en aluminiumoxiden bestaan, bevatten biomassa-assen hoge concentraties alkaliën, met name kalium en natrium, evenals chloor, zwavel en fosfor. Deze elementen vormen bij verbrandingstemperaturen laagsmeltende verbindingen die als vloeibare fase de vuurvaste bekleding aantasten. De chemische aantasting verloopt via infiltratie van de smeltfase in de poriënstructuur van het vuurvaste materiaal, waar zij met de matrixbestanddelen reageert en de structuur vernietigt.

Aantastingsmechanismen in detail

• Infiltratie: vloeibare slak dringt door capillaire krachten binnen in de open porositeit van het vuurvaste materiaal. De indringdiepte hangt af van de viscositeit van de slak en de poriegrootteverdeling van het materiaal
• Corrosie: de geïnfiltreerde slak reageert met de matrixbestanddelen van het vuurvaste materiaal en vormt nieuwe mineraalfasen met gewijzigde eigenschappen. Vaak ontstaan daarbij verbindingen met een groter volume, die spanningen in de structuur opwekken
• Erosie: meegevoerde asdeeltjes in de rookgasstroom werken als straalgrit en dragen het oppervlak mechanisch af. Bijzonder getroffen zijn zones met een hoge stroomsnelheid en bochten
• Slakvorming: aanbakkende slaklagen veranderen de geometrie van de vuurhaard, belemmeren de warmteoverdracht en kunnen bij ongecontroleerd loslaten de onderliggende bekleding beschadigen

Beschermingsmaatregelen tegen as en slak

De effectiefste bescherming begint bij de brandstofkeuze en de verbrandingsregeling. Een zo constant mogelijke brandstofkwaliteit met een bekend en gecontroleerd asgehalte verlaagt de belastingspieken voor de bekleding. De verbrandingstemperatuur zou zo moeten worden gestuurd dat zij zo veel mogelijk onder het asverwekingspunt blijft, wat in de praktijk overigens niet altijd haalbaar is. Aan de materiaalkant bieden dichte, porie-arme vuurvaste materialen de beste bescherming tegen infiltratie. Tegen alkalicorrosie hebben dichte, alkaliresistente chamotte- en andalusietkwaliteiten en materialen met een hoog aandeel siliciumcarbide zich bewezen; stenen met een hoog aluminiumoxidegehalte neigen daarentegen onder inwerking van alkaliën tot de vorming van volumevergrotende fasen die de structuur beschadigen. In bijzonder kritische zones kunnen speciale dekwassen of keramische coatings een extra barrière tegen de slakaantasting vormen.

Bedrijfsmatige maatregelen en regelmatig onderhoud

Naast de juiste materiaalkeuze zijn bedrijfsmatige maatregelen onmisbaar. Het regelmatig verwijderen van slakaanhechtingen, voordat zij uitgroeien tot massieve aanzettingen, verlengt de standtijd aanzienlijk. Thermografische inspecties maken de vroegtijdige herkenning mogelijk van hotspots die op een vergevorderde infiltratie wijzen. En een systematische documentatie van de slijtagesnelheden in verschillende zones levert de gegevensbasis voor de doorlopende optimalisatie van het materiaalconcept. Bij SBS Refractory Service verbinden wij de ervaring uit honderden projecten aan verbrandingskamers met een diep begrip van de materiaaltechnische samenhangen. Zo ontwikkelen wij voor elke installatie een individuele strategie tegen de specifieke asbelastingen.