Biomasa i Korozja

Biomasa i korozja

• Dlaczego korzystne jest spalanie biomasy w kotłach?
• Z jakich powodów może być ono niebezpieczne dla kotłów?
• Jakie są metody zapobiegania korozji w kotłach?

Spalanie biomasy, nie tylko w kotłach grzewczych, ale również w energetyce zawodowej i przemysłowej, jest w ostatnich latach bardzo popularne. Zerowy bilans CO² podczas spalania biomasy jest jedną z głównych przyczyn stosowania tego rodzaju paliw. Odnawialne paliwo w kotłach średniej lub dużej mocy jest wymogiem Unii Europejskiej, który mówi o współspalaniu biomasy z węglem, co ma zapobiec ograniczeniu emisji szkodliwych gazów do atmosfery.

Spalanie biomasy w kotłach jest korzystne ze względu na jej zwiększoną trwałość na skutek braku lub znikomej ilości związków siarki w paliwie, z wyjątkiem słomy żółtej (świeżej), której nie należy spalać. Słoma żółta zawiera związki chloru i potasu, które działają korodująco na wymiennik kotła (tak samo jak związki siarki). Bezpieczna eksploatacja kotła oraz zwiększona trwałość wymiennika są, oczywiście, uwarunkowane prawidłowym spalaniem paliwa.

Spalanie biomasy, w przypadku niektórych konstrukcji kotłów lub nawet samego paleniska, może być bardzo niebezpiecznym procesem dla elementów wymiennika ciepła, szczególnie w pobliżu pasa palnika. Główne przyczyny korozji kotłów to:

• stopień agresywności środowiska określonego przez skład paliwa i warunki spalania,
• temperatura pracy materia/u wymiennika i temperatura spalin, które zasadniczo wynikają z konstrukcji samego kotła,
• własności materiału wymiennika, tzn. składu chemicznego i przebiegu pracy elementu w trakcie trwania eksploatacji.

Stopień intensywności powstawania korozji zwiększa się w przypadku spalania podstechiometrycznego, głównie w kotłach wyposażonych w taki system spalania lub nawet złą regulację palnika i ilości powietrza nadmuchowego, co ma miejsce między innymi w kotłach grzewczych - korozja niskotlenowa. Podczas spalania biomasy, zawierającej związki chloru, może dojść do tak zwanej wysokotemperaturowej korozji chlorkowej, w której chlor jest szczególnie korozyjny względem stali w wysokiej temperaturze.

Korozja niskotemperaturowa grzewczych kotłów retortowych powstaje zwykle przy zbyt dużej różnicy temperatur spalin i wody kotłowej. W przypadku, gdy woda kotłowa wpływająca do kotła ma temperaturę poniżej 50°C (w zależności od ciśnienia składnikowego)' spaliny, powstałe na palniku retortowym, są bardzo szybko chłodzone, co powoduje roszenie się ich na elementach komory paleniskowej. Roszenie spalin zawierających chlor powoduje, iż na wymienniku osadza się kwas chlorowy, który niszczy warstwę wymiennika.

Warunkiem prawidłowej, nieszkodliwej eksploatacji tego rodzaju kotłów jest podniesienie temperatury wody wpływającej do kotła do opisanej wyżej temperatury, gdzie proces skraplania się substancji szkodliwych na wymienniku jest znacznie ograniczony. Sposobów "podbicia" temperatury powrotu kotła jest kilka. Do najbardziej popularnych metod należy stosowanie zaworu mieszającego czterodrogowego, który umożliwia, poprzez ręczną nastawę lub pracę mechaniczną siłownika zamontowanego na zaworze, uzyskanie wymaganej przez producentów temperatury powrotu. Zwykle proces ten odbywa się w sposób automatyczny, na rurze powrotnej do kotła montuje się czujnik temperatury powrotu, który jest poziomem odniesienia dla regulatora kotłowego, na którym zadajemy wartość temperatury wody powrotnej. Temperatura ta jest mierzona okresowo, po czym siłownik ustawia się w prawidłowym położeniu - stopień otwarcia zaworu - które zapewnia całkowite eliminowanie roszenia się spalin. Do innych metod zabezpieczenia kotła przed niskotemperaturową korozją paleniska należy montowanie pomp kotłowych lub wymienników ciepła. W przypadku pomp kotłowych należy również wyposażyć instalację w termostat z czujnikiem przylgowym, który za pomocą mierzonej temperatury włącza lub wyłącza pracę pompy.

Metody zapobiegania korozji koncentrują się na modyfikacji procesu spalania, prowadzącej do zmniejszenia korozyjnych własności spalin i osadów kotłowych.

Podstawowe przedsięwzięcia dotyczące następujących obszarów:

• paliwa - optymalizacja jakości paliwa, zmniejszenie udziału szkodliwych związków (takich jak siarka czy chlor), np. przez odpowiednie mieszanie paliw przed wprowadzeniem do kotła;
• powietrza - wyrównywanie strumieni powietrza do palników, właściwy dobór stopnia zawirowania powietrza;
• spalin - prawidłowy dobór stosunku nadmiaru powietrza w palenisku, utrzymywanie właściwego stosunku O²/CO w pobliżu ścian (tak zwane powietrze zaporowe).

Jeśli chodzi o roczne zużycie materiałowe w przypadku kotłów retortowych, to przyjmuje się, że przecienienie eksploatacyjne ścianki wymiennika stalowe go kotła w ciągu roku to 0,1-0,15 mm.

Marcin Kupka
Źródło:
"ABC Magazynu Instalatora"
http://www.instalator.pl
Maj 2011

Materiały źródłowe: Marek Pronobis, Modernizacja ko - tlów energetycznych, WNT 2002.