Popiół i żużel: wrogowie wyłożenia ogniotrwałego w instalacjach na biomasę

Dlaczego popiół z biomasy jest tak agresywny

Popiół z biomasy różni się zasadniczo od popiołu z węgla. Podczas gdy popioły węglowe składają się przeważnie ze stosunkowo obojętnych tlenków krzemu i glinu, popioły z biomasy zawierają wysokie stężenia alkaliów, zwłaszcza potasu i sodu, a także chloru, siarki i fosforu. Pierwiastki te tworzą w temperaturach spalania związki o niskiej temperaturze topnienia, które jako faza ciekła atakują wyłożenie ogniotrwałe. Atak chemiczny następuje przez infiltrację fazy ciekłej w strukturę porów materiału ogniotrwałego, gdzie reaguje ona ze składnikami osnowy i niszczy strukturę.

Mechanizmy ataku w szczegółach

• Infiltracja: ciekły żużel wnika siłami kapilarnymi w otwartą porowatość materiału ogniotrwałego. Głębokość wnikania zależy od lepkości żużla i rozkładu wielkości porów materiału
• Korozja: zinfiltrowany żużel reaguje ze składnikami osnowy materiału ogniotrwałego i tworzy nowe fazy mineralne o zmienionych właściwościach. Często powstają przy tym związki o większej objętości, które wytwarzają naprężenia w strukturze
• Erozja: porwane cząstki popiołu w strumieniu spalin działają jak ścierniwo piaskujące i mechanicznie usuwają powierzchnię. Szczególnie dotknięte są obszary o dużej prędkości przepływu oraz miejsca zmiany kierunku
• Zużlenie: przywierające warstwy żużla zmieniają geometrię paleniska, pogarszają przejmowanie ciepła, a przy niekontrolowanym odspojeniu mogą uszkodzić leżące pod nimi wyłożenie

Środki ochronne przeciw popiołowi i żużlowi

Najskuteczniejsza ochrona zaczyna się przy doborze paliwa i prowadzeniu spalania. Możliwie stała jakość paliwa o znanej i kontrolowanej zawartości popiołu zmniejsza szczyty obciążenia wyłożenia. Temperaturę spalania należy sterować tak, aby leżała możliwie poniżej temperatury mięknienia popiołu, co jednak w praktyce nie zawsze jest wykonalne. Po stronie materiałowej najlepszą ochronę przed infiltracją dają gęste materiały ogniotrwałe o niskiej porowatości. Przeciw korozji alkalicznej sprawdzają się gęste, odporne na alkalia gatunki szamotowe i andaluzytowe oraz materiały o wysokim udziale węglika krzemu; cegły wysokoglinowe mają natomiast pod wpływem alkaliów skłonność do tworzenia faz zwiększających objętość, które niszczą strukturę. W szczególnie krytycznych obszarach dodatkową barierę przeciw atakowi żużla mogą tworzyć szlichty specjalne lub powłoki ceramiczne.

Działania eksploatacyjne i regularna konserwacja

Obok właściwego doboru materiału niezbędne są działania eksploatacyjne. Regularne usuwanie narostów żużla, zanim rozwiną się w masywne osady, znacząco wydłuża trwałość. Inspekcje termograficzne umożliwiają wczesne rozpoznanie punktów przegrzania wskazujących na zaawansowaną infiltrację. Systematyczne dokumentowanie tempa zużycia w różnych strefach dostarcza natomiast bazy danych do ciągłej optymalizacji koncepcji materiałowej. W SBS Refractory Service łączymy doświadczenie z setek projektów komór spalania z głębokim zrozumieniem zależności materiałowych. Dzięki temu opracowujemy dla każdej instalacji indywidualną strategię przeciw specyficznym obciążeniom popiołowym.