I cambiamenti nel funzionamento delle caldaie apportano innovazioni nella protezione dall'erosione e dalla corrosione

La perdita di metallo dai tubi pressurizzati all'interno della caldaia è una grande preoccupazione per i progettisti e gli operatori delle caldaie. La modifica della composizione del carburante e di altri parametri di servizio può portare ad un’accelerazione dell’erosione e della corrosione (Figura 1), che deve essere mitigata utilizzando materiali collaudati e robusti.

1. Queste due foto evidenziano l'erosione (in alto) e la corrosione (in basso) dei tubi della caldaia. Per gentile concessione: Servizi globali integrati (IGS)

Il rivestimento in metallo saldato è noto per la sua longevità. È noto anche per il suo costo e il tempo necessario per portare a termine la richiesta. Lo spray termico può essere utilizzato anche per proteggere le pareti d'acqua della caldaia. È più veloce da applicare, anche se non è sempre considerato robusto. Negli ultimi anni, questa tecnologia ha subito alcuni importanti sviluppi, che potrebbero aumentare il suo tasso di adozione per la protezione delle pareti idriche delle caldaie.

Negli ultimi anni il settore della produzione di energia ha dovuto far fronte a crescenti pressioni da parte delle agenzie ambientali in merito alle emissioni. Queste iniziative hanno successivamente costretto il settore ad evolversi e a sviluppare processi più puliti.

Uno dei primi passi è stato quello di ottimizzare la combustione utilizzando bruciatori a basso contenuto di NOx con parametri ottimali per la riduzione di NOx. La camera di combustione, che tipicamente era un ambiente ossidante, si è trasformata in un ambiente riducente. La caldaia e il materiale dei tubi non sono stati progettati per tali condizioni, con conseguente aumento del tasso di corrosione.

Oltre a questa modifica, molti impianti hanno colto l’opportunità di diversificare il combustibile e in alcune regioni il carbone a basso costo è stata l’opzione preferita. Tuttavia, il prezzo del carbone è anche relativo alla sua qualità: il carbone più costoso ha un potere calorifico maggiore, mentre altri carboni possono avere una concentrazione inferiore di carbonio, ma anche un potere calorifico inferiore.

La combinazione del passaggio dell'ambiente dall'ossidazione alla riduzione e del carbone da basso ad alto contenuto di zolfo ha creato un aumento significativo dei tassi di corrosione. Questa situazione può essere ulteriormente aggravata dall'erosione dovuta alle ceneri abrasive o dalla corrosione sotto i depositi quando la cenere si accumula in determinate aree.

Alcune centrali a carbone si stanno convertendo alla biomassa, ma la biomassa può includere materiali riciclati con un contenuto potenzialmente elevato di agenti corrosivi.

Negli anni '90, lo spruzzo termico ad alta velocità era una tecnologia consolidata in un ambiente di applicazione in officina altamente controllato. È stato utilizzato per applicazioni specializzate in componenti di aeromobili, valvole e altre apparecchiature simili e gli utenti hanno iniziato a chiedersi se potesse essere applicato efficacemente sul campo alle immobilizzazioni esistenti in situ.

All'epoca era presente anche la tecnologia sul campo, ma si trattava di una classe tecnologica diversa. Twin wire arc spray (TWAS) o Thermal Spray Aluminium (TSA) sono entrambe tecnologie di spruzzatura termica a bassa velocità che non sono in grado di produrre rivestimenti affidabili da utilizzare in ambienti critici di erosione/corrosione in immobilizzazioni come il letto fluido circolante (CFB), caldaie a letto fluido gorgogliante (BFB) o a griglia. L'attrezzatura e la tecnologia di spruzzatura termica ad alta velocità esistenti non potevano essere portate sul campo in modo efficace o economico.

Una manciata di ingegneri ha affrontato questo problema. Atomizzare il filo in un flusso di gas supersonico è stato il primo pezzo del puzzle. Questo sviluppo tecnico ha prodotto una tecnologia di superficie che funzionava bene con i materiali di saldatura comunemente usati in ambienti con corrosione ad alta temperatura come il settore dell’energia a carbone dell’epoca.

In quella fase, Integrated Global Services (IGS), con clienti chiave, stava esplorando un utilizzo più ampio della tecnologia in altri settori industriali come la termovalorizzazione e la biomassa. Il gruppo ha scoperto che la spruzzatura di materie prime in lega disponibili in commercio utilizzando un processo ad alta velocità produceva particelle che si ossidavano in volo, creando una microstruttura applicata con percorsi di permeabilità per la corrosione. Anche se questo non era un problema per le applicazioni di erosione ad alta temperatura, era un problema fondamentale per gli ambienti con mezzi corrosivi, come cloro o zolfo, tra le altre sostanze corrosive.