Spaľovne a kremačné pece

Navrhnuté systémy výmuroviek pre spaľovacie zariadenia

Spaľovne aj kremačné pece používajú žiaruvzdorné výmurovky, ich prevádzkové podmienky však nie sú totožné. Spaľovne odpadu môžu spracovávať premenlivé vstupné materiály, pri ktorých vzniká abrazívny popol, spečenina, soli, alkálie, chloridy a ďalšie chemicky aktívne usadeniny. Kremačné pece pracujú dávkovo, s opakovanými cyklami nakladania, ohrevu, kalcinácie a odstraňovania popola. Ich primárne a sekundárne komory, riadenie spaľovania a čistenie spalín sú navrhnuté ako jeden integrovaný systém.

Vhodná výmurovka zvyčajne kombinuje mechanicky odolnú pracovnú vrstvu s tepelnoizolačnou vrstvou s nižšou tepelnou vodivosťou. Malty, dilatačné škáry, kotvy, horákové otvory, ostenia dverí a prestupy musia byť kompatibilné s oboma vrstvami. Výber žiaruvzdorných materiálov musí zachovať pôvodný objem komory, dráhu prúdenia a geometriu spaľovacej zóny a zároveň obmedziť teplotu plášťa a tepelné straty.

Funkcie jednotlivých častí výmurovky spaľovne alebo kremačnej pece

Hutné materiály pracovnej vrstvy a opravné materiály

Hutné žiaruvzdorné materiály sa používajú tam, kde musí výmurovka odolávať priamemu pôsobeniu spaľovania, mechanickému zaťaženiu, oderu alebo miestnym nárazom. Vo všeobecnosti majú vyššiu objemovú hmotnosť a tepelnú vodivosť než izolačné výrobky, preto sa bez údajov o prestupe tepla nemajú považovať za hlavnú energeticky úspornú vrstvu.

Medzi žiaruvzdornými tehlami, žiaruvzdornými betónmi a plastickými tvarovateľnými žiaruvzdornými hmotami vyberajte podľa geometrie, prístupnosti, spôsobu opotrebovania, dĺžky odstávky a stavu zachovanej výmurovky. Opravný materiál sa musí napojiť na pevnú žiaruvzdornú vrstvu a nesmie zakrývať rozsiahle poškodenie ani skorodované kotvy.

Tepelnoizolačné materiály

Izolácia znižuje teplotu plášťa a energetické straty, jednotlivé formáty však majú rozdielne mechanické vlastnosti. Rohož sa prispôsobí nepravidelným povrchom, doska poskytuje presne definovanú tuhosť, modul vytvára stlačený systém výmurovky a izolačný žiaruvzdorný betón tvorí tvarovanú monolitickú podkladovú vrstvu. Žiadny z týchto materiálov nesmie byť vystavený nárazom, oderu ani rýchlosti prúdenia pri horáku nad rámec overených prevádzkových podmienok.

Hrúbka izolácie sa musí vypočítať pre celú viacvrstvovú konštrukciu. Použite údaje o tepelnej vodivosti pri príslušných stredných teplotách a zohľadnite pracovnú vrstvu, škáry, kotvy, plášť, okolité podmienky a prípustnú teplotu vonkajšieho povrchu. Maximálna teplota materiálu neurčuje teplotu jeho studenej strany.

Výber materiálov podľa zóny zariadenia

Primárna spaľovacia komora a nistej

Do primárnej komory sa vkladá vsádzka, preto môže byť vystavená nárazom, oderu, koncentrovanému uvoľňovaniu tepla, pohybu popola a pôsobeniu čistiacich nástrojov. Nisteje, nakladacie priestory a zóny odvádzania popola zvyčajne vyžadujú mechanicky odolnú hutnú pracovnú vrstvu. Pred výberom tehly alebo betónu s obsahom oxidu hlinitého stanovte prípustné zloženie vsádzky, rozsah výhrevnosti, chemické zloženie popola a možnosť vzniku nízkotaviteľných usadenín alebo spečeniny.

Sekundárna spaľovacia komora

Sekundárna komora zabezpečuje oxidáciu plynov opúšťajúcich primárnu komoru. Jej objem, zalomenia, poloha vstrekovania vzduchu a geometria výmurovky ovplyvňujú rozloženie teploty a dobu zotrvania plynov. Pri obnove výmurovky alebo výmene tehál zachovajte schválenú konštrukciu. Každá zmena, ktorá ovplyvní dráhu prúdenia alebo objem komory, môže vyžadovať nový výpočet, opätovné uvedenie do prevádzky a overenie podľa platného povolenia.

Horákové bloky, otvory a zóny priameho pôsobenia plameňa

Okolie horákov a plochy vystavené plameňu môžu byť spolu s vysokou rýchlosťou prúdenia plynu vystavené miestnym teplotám a tepelným tokom vyšším, než je priemer v komore. Na ochranu ľahšej izolácie môže byť potrebný hutný žiaruvzdorný betón alebo tvarovaná tehlová výmurovka. Zachovajte geometriu, odstupy a tvar plameňa predpísané výrobcom horáka. Nesprávne tvarovaná oprava môže zmeniť spaľovanie alebo vytvoriť nové horúce miesto.

Vsádzacie dvere, ostenia a popolové otvory

Oblasti dverí sú vystavené častým tepelným cyklom a mechanickému namáhaniu. Skontrolujte ostenia, preklady, zárubne, tesnenia a rozhrania medzi žiaruvzdorným materiálom a oceľou. Použite vhodné dilatačné medzery a kompatibilnú geometriu opráv, aby sa dvere správne zatvárali a komora zostala plynotesná pri určenej prevádzkovej tlakovej úrovni.

Prechody dymovodov a rozhrania čistiacich zariadení

Potrubia medzi spaľovacou komorou, zariadením na spätné získavanie tepla a systémom čistenia spalín môžu byť vystavené teplotným gradientom, erózii časticami a pôsobeniu kyslých plynov. Overte teplotu a chemické zloženie plynu na každom mieste. Materiál vhodný do horúcej komory nemusí byť vhodný ďalej v smere prúdenia, kde môže dochádzať ku kondenzácii alebo vzniku koncentrovaných usadenín.

Vsádzka spaľovne a chemické pôsobenie

Klasifikácia odpadu a kontrola vsádzky majú zásadný vplyv na životnosť žiaruvzdornej výmurovky. Plasty, soli, sklo, kovy, zeminy, klinické zvyšky, vedľajšie živočíšne produkty a zložky s vysokou výhrevnosťou môžu meniť teplotu plameňa, tavenie popola, tvorbu usadenín a chemické zloženie plynov. Špecifikácia výmurovky sa musí opierať o povolený tok odpadu a skutočné prevádzkové záznamy.

Odolnosť voči konkrétnej troske, soli, alkálii, chloridu, zlúčenine síry alebo roztavenej usadenine neposudzujte iba podľa obsahu oxidu hlinitého alebo teplotnej odolnosti. Získajte príslušné údaje o chemickej odolnosti a podľa možnosti preskúmajte poškodený materiál. Opakované zosklovatenie, prenikanie látok, napúčanie alebo zrýchlený úbytok škár zvyčajne vyžaduje analýzu základnej príčiny, nie iba použitie materiálu s vyššou teplotnou odolnosťou.

Obnova výmurovky kremačnej pece a geometria spaľovania

Kremácia je dávkový proces, preto je výmurovka vystavená opakovaným zmenám uvoľňovania tepla a teploty. Aktuálne usmernenia platné vo Veľkej Británii posudzujú správne riadenie spaľovania, dobu zotrvania v sekundárnej komore, obsah kyslíka a teplotu ako vzájomne prepojené prevádzkové parametre. Výmena žiaruvzdornej výmurovky podporuje dodržanie týchto parametrov zachovaním celistvosti komory, izolácie a prúdenia plynov, nenahrádza však horáky, snímače, riadiacu logiku ani čistenie spalín.

Pri výmene tehlovej výmurovky kremačnej pece zachovajte pôvodné zalomenia sekundárnej komory. Ak obnova výmurovky zmení konštrukciu alebo objem komory, výpočet doby zotrvania a overenie pri uvedení do prevádzky už nemusia byť platné. Pred zmenou akejkoľvek vnútornej geometrie koordinujte práce na žiaruvzdornej výmurovke s výrobcom kremačnej pece, odborne spôsobilým technikom a orgánom vydávajúcim environmentálne povolenie.

Teplotné limity a regulačné podmienky

Teplota spalín požadovaná povolením nie je totožná s maximálnou prevádzkovou teplotou žiaruvzdorného materiálu. Povrch výmurovky môže byť v blízkosti horákov vystavený miestnym teplotným špičkám, zatiaľ čo podkladová izolácia pracuje pri nižšej teplote v rámci teplotného gradientu výmurovky. Materiály vyberajte podľa vypočítaných alebo nameraných teplôt výmurovky a s technickou rezervou potrebnou pre miestne horúce miesta, tepelné cykly a starnutie.

Požiadavky sa líšia podľa procesu a jurisdikcie. Napríklad aktuálne usmernenia pre určité spaľovne vedľajších živočíšnych produktov v Anglicku stanovujú teplotu spalín 850 °C počas dvoch sekúnd alebo 1100 °C počas 0,2 sekundy. Aktuálne usmernenia pre krematóriá vo Veľkej Británii určujú prevádzkové podmienky podľa typu kremačnej pece a systému znižovania emisií a vyžadujú minimálnu dvojsekundovú dobu zotrvania v sekundárnej komore, s ohľadom na povolenie a všetky podmienky schválené regulačným orgánom. Tieto hodnoty predstavujú požiadavky na spaľovanie, nie teploty pre výber žiaruvzdorných materiálov.

Žiadna tehla, žiaruvzdorný betón, malta ani izolácia VITCAS sama osebe nezabezpečuje súlad spaľovne alebo kremačnej pece s predpismi. Súlad závisí od konštrukcie celého zariadenia, povolenej vsádzky, riadenia spaľovania, monitorovania, plynotesnosti, čistenia spalín, prevádzky a údržby.

Montáž, vytvrdzovanie a riadené vysúšanie

Pred demontážou vykonajte kontrolu existujúcej výmurovky a oceľovej konštrukcie. Zaznamenajte rozmery, hrúbky vrstiev, dilatačné škáry, kotvy, otvory horákov, polohy snímačov a geometriu komory. Odstránená výmurovka môže odhaliť koróziu, tepelné mosty a skrytú delamináciu, ktoré treba vyriešiť pred montážou nového materiálu.

Vodu dávkujte presne, používajte čisté vybavenie a dodržiavajte aktuálne pokyny pre každý žiaruvzdorný betón alebo maltu. Nadbytok vody môže zvýšiť pórovitosť, zmrštenie a náročnosť vysúšania. Betóny aplikujte a zhutnite v rámci ich času spracovateľnosti, škáry tehlovej výmurovky udržujte v predpísanej hrúbke a vláknité vrstvy montujte s požadovaným stlačením, presahmi a kotvami.

Mokrý žiaruvzdorný materiál obsahuje vodu, ktorú treba odstrániť podľa riadeného programu vysúšania. Rýchly ohrev môže vytvoriť vnútorný tlak pary, praskliny alebo deštruktívne odpraskávanie. Program závisí od výrobku, hrúbky, celkového objemu opravy, podmienok vytvrdzovania, vetrania a geometrie zariadenia. Suchý povrch ani uvedený čas vytvrdzovania pri izbovej teplote neoprávňujú na prevádzku pri plnej teplote.

Kontrola, údržba a opravy

• Sledujte vývoj teploty plášťa: porovnávajte termografické alebo kontaktné merania pri rovnocenných prevádzkových podmienkach a preverte nové horúce miesta.
• Kontrolujte pracovnú vrstvu: vyhľadávajte otvorené škáry, posunuté tehly, úbytok prierezu, zosklovatenie, chemické prenikanie, odpraskávanie a poškodenie nárazom.
• Kontrolujte monolitické oblasti: trhliny posudzujte podľa šírky, hĺbky, polohy a pohybu, nie iba podľa vzhľadu.
• Preskúmajte kotvy a rozhrania: odkryté, zdeformované alebo skorodované kotvy a medzery medzi materiálmi môžu signalizovať hlbšie poškodenie.
• Kontrolujte vláknité systémy: zisťujte medzery spôsobené zmrštením, poškodené moduly, uvoľnené upevnenia, eróziu a odkrytý plášť.
• Zachovajte plynotesnosť: kontrolujte úniky alebo vnikanie vzduchu pri dverách, prestupoch, potrubiach a spojoch plášťa.
• Zaznamenávajte opravy: uchovávajte údaje o šarži materiálu, mieste, rozmeroch, spôsobe montáže, vytvrdzovaní, vysúšaní a kontrole po uvedení do prevádzky.

Lokálna oprava je vhodná iba vtedy, ak sú zachovaná výmurovka aj kotvy v dobrom stave. Opakované poškodenie, rozsiahle praskliny, hlboké chemické napadnutie, nezvyčajné horúce miesta alebo strata geometrie komory môžu vyžadovať čiastočnú alebo úplnú obnovu výmurovky a preskúmanie prevádzkovej príčiny.

Bezpečná odstávka a údržba žiaruvzdornej výmurovky

Pred vstupom do spaľovne alebo kremačnej pece či zásahom do zariadenia odpojte a zaistite zdroje paliva, elektrickej, hydraulickej, pneumatickej a mechanickej energie. Zabezpečte dostatočné vychladnutie, overte zloženie atmosféry a stanovte, či sa uplatňujú pravidlá pre prácu v uzavretých priestoroch. Popol, usadeniny a použitý žiaruvzdorný materiál môžu obsahovať nebezpečné zvyšky z procesu. Pred rezaním, zametaním, odstraňovaním alebo likvidáciou ich posúďte.

Preštudujte si aktuálne karty bezpečnostných údajov nových aj existujúcich materiálov výmurovky. Prašnosť obmedzujte pri zdroji a ochranu dýchacích ciest, očí, pokožky a ďalšie ochranné prostriedky vyberajte podľa posúdenia COSHH pre konkrétnu činnosť. Keramické vlákna, biologicky rozpustné vlákna a cementové žiaruvzdorné materiály môžu mať napriek podobnému vzhľadu odlišnú klasifikáciu a požiadavky na manipuláciu. Nespoliehajte sa výlučne na osobné ochranné prostriedky, ak možno expozíciu znížiť uzavretím pracoviska, mokrými postupmi alebo vhodným odsávaním.

Často kladené otázky

Možno rovnaký žiaruvzdorný materiál použiť v spaľovniach aj kremačných peciach?

Niektoré skupiny materiálov možno použiť v oboch zariadeniach, vhodnosť však závisí od konkrétnej zóny a procesu. Chemické zloženie vsádzky, popol a oder v spaľovni sa môžu výrazne líšiť od opakovaných dávkových cyklov a regulovanej geometrie komory kremačnej pece.

Aký žiaruvzdorný materiál je najlepší pre výmurovku spaľovne?

Neexistuje jeden univerzálne najlepší materiál. Pracovná vrstva sa musí vybrať podľa teploty, chemického zloženia popola, oderu, nárazov, tepelných cyklov a geometrie, zatiaľ čo samostatné izolačné vrstvy regulujú tepelné straty a teplotu plášťa.

Aký je rozdiel medzi žiaruvzdornými tehlami so 42 % a 60 % Al₂O₃?

Uvedená tehla so 42 % Al₂O₃ je určená do 1430 °C, zatiaľ čo tehla so 60 % Al₂O₃ do 1600 °C. Obsah oxidu hlinitého a teplota sú iba časťou výberových kritérií. Pre konkrétnu zónu porovnajte údaje o zaťažení, pórovitosti, odolnosti proti oderu, tepelným šokom a chemickému pôsobeniu.

Mám použiť žiaruvzdorné tehly alebo žiaruvzdorný betón?

Tehlová výmurovka pozostáva z presne definovaných prvkov a škár a umožňuje lokálnu výmenu. Žiaruvzdorný betón vytvára monolitické a zložité tvary okolo otvorov a horákov aj pri opravách, vyžaduje však riadené miešanie, aplikáciu, kotvenie, vytvrdzovanie a vysúšanie. Mnohé výmurovky kombinujú oba typy.

Je žiaruvzdorný betón 1700 izolačný materiál?

Ide o hutný žiaruvzdorný betón pre pracovnú vrstvu. Jeho teplotná odolnosť a konštrukčná funkcia z neho nerobia ekvivalent ľahkého izolačného betónu ani vláknitej vrstvy. Pri návrhu tepelných strát používajte údaje o tepelnej vodivosti.

Možno rohož z keramických vlákien použiť ako odkrytú pracovnú vrstvu?

Iba ak sú stanovená trieda, upevňovací systém a stav povrchu overené pre danú teplotu, rýchlosť prúdenia plynu, oder a chemické pôsobenie. Rohož vhodná ako chránená podkladová izolácia môže pri priamom pôsobení horáka alebo pohybe popola rýchlo erodovať.

Aký je rozdiel medzi vláknitou rohožou, doskou a modulmi?

Rohož je pružná, doska tuhá a moduly sú stlačené zostavy montované podľa presne určeného vzoru. Každý formát má odlišné požiadavky na spájanie, podopretie, zmrštenie a rýchlosť prúdenia plynu.

Znamená materiál s odolnosťou 1700 °C, že spaľovňa môže pracovať pri 1700 °C?

Nie. Zverejnená hodnota predstavuje limit materiálu za stanovených podmienok, nie schválenú prevádzkovú teplotu zariadenia. Zóny horákov môžu výmurovku vystaviť aj teplotám a tepelným tokom odlišným od hodnoty nameranej v komore.

Je 850 °C požadovanou prevádzkovou teplotou každej spaľovne a kremačnej pece?

Nie. Požiadavky závisia od procesu, vsádzky, zariadenia, jurisdikcie a povolenia. Niektoré aktuálne usmernenia používajú teplotu 850 °C s určenou dobou zotrvania, môžu však platiť aj iné podmienky. Dodržiavajte povolenie zariadenia a prevádzkové podmienky schválené regulačným orgánom.

Aká malta sa má použiť so žiaruvzdornými tehlami?

Maltu prispôsobte chemickému zloženiu tehly, teplote, atmosfére a predpísanej hrúbke škáry. Vitset 45 a Vitset 80 sú určené pre rozdielny obsah oxidu hlinitého a prevádzkové podmienky. Overte aktuálne technické údaje a schválenú kombináciu tehly a malty.

Možno VITPLAST 45AB použiť na núdzovú opravu?

Je určený na rýchle opravy kompatibilných žiaruvzdorných výmuroviek aplikované ubíjaním. Poškodená oblasť sa musí bezpečne odstaviť, pripraviť a zhutniť a zariadenie treba vrátiť do prevádzky podľa schváleného postupu ohrevu. Materiál sa nesmie používať na zakrytie poruchy konštrukcie alebo kotiev.

Prečo je potrebné vysúšanie žiaruvzdornej výmurovky?

Žiaruvzdorné betóny a malty obsahujú zámesovú vodu. Príliš rýchly ohrev môže vytvoriť tlak pary vo vnútri výmurovky a spôsobiť praskliny alebo deštruktívne odpraskávanie. Použite program vysúšania určený pre konkrétny výrobok a spôsob montáže.

Môže obnova výmurovky zmeniť výkon kremačnej pece?

Áno. Zmeny objemu sekundárnej komory, jej zalomení, dráh vzduchu alebo vzájomnej polohy snímačov môžu ovplyvniť dobu zotrvania plynu a overenie spaľovania. Zachovajte schválenú geometriu alebo zabezpečte nový výpočet a opätovné uvedenie do prevádzky.

Čo spôsobuje horúce miesta na vonkajšom plášti?

Možnými príčinami sú zmenšená hrúbka výmurovky, otvorené škáry, posunutá izolácia, zmrštenie vláknitej vrstvy, poškodené kotvy, medzery okolo prestupov alebo zmenené prevádzkové podmienky. Porovnajte merania pri rovnocennom zaťažení a skontrolujte celý systém výmurovky.

Kedy treba výmurovku spaľovne vymeniť namiesto lokálnej opravy?

Čiastočnú alebo úplnú výmenu zvážte, ak je poškodenie rozsiahle, zachovaný materiál je oslabený, kotvy sú narušené, chemické prenikanie je hlboké, geometria komory sa zmenila alebo lokálne opravy opakovane zlyhávajú.

Môžu žiaruvzdorné materiály znížiť emisie?

Celistvá a dobre izolovaná výmurovka pomáha udržiavať navrhnutú teplotu, plynotesnosť a geometriu komory, čím podporuje riadenie spaľovania. Nenahrádza kontrolu vsádzky, horáky, monitorovanie kyslíka a teploty, overenie doby zotrvania ani čistenie spalín.