Tuhkan käsittelyjärjestelmien korroosiohaasteet ja jatkokehitys

Jätteenpolttolaitosten tuhkan käsittelyjärjestelmät altistuvat usein erittäin vaativille prosessiolosuhteille. Tuhkan ja savukaasujen reaktiotuotteet sisältävät tyypillisesti klorideja ja rikkiyhdisteitä, jotka voivat kosteuden vaikutuksesta muodostaa voimakkaasti korroosiivisia happoja.

Kun tällainen materiaali joutuu kosketuksiin metallirakenteiden kanssa, syntyy helposti nopeaa korroosiota erityisesti kuljettimien koteloihin, ruuveihin ja rakenteisiin.

Lisähaasteita syntyy tilanteissa, joissa tuhkan käsittelylaitteisto sijaitsee ulkotiloissa. Lämpötilaerot ja kosteus voivat aiheuttaa kondensaatiota, jolloin happamat yhdisteet tiivistyvät rakenteisiin ja kiihdyttävät korroosiota entisestään.

Tyypilliset ongelmat tuhkan käsittelyssä

Jätevoimaloiden tuhkan kuljetinjärjestelmissä kohdataan usein seuraavia ongelmia:

• kuljetinrakenteiden nopea syöpyminen
• kuljetinkoteloiden puhkeaminen
• laakerointien vaurioituminen
• lisääntynyt kunnossapitotarve

Monissa tapauksissa ongelmaa on pyritty ratkaisemaan pelkästään materiaalivalinnalla, esimerkiksi vaihtamalla rakenteet ruostumattomaan tai haponkestävään teräkseen. Tämä ei kuitenkaan aina riitä, mikäli korroosion juurisyy liittyy happokondensaation muodostumiseen.

Ratkaisu: materiaalivalinnan ja lämpötilanhallinnan yhdistäminen

Korroosion hallinta vaatii usein useamman tekijän huomioimista samanaikaisesti.

Yhdessä toteutetussa jätevoimalan retrofit-projektissa tuhkan käsittelyn kuljettimet suunniteltiin uudelleen seuraavien periaatteiden mukaisesti:

• kuljetinrakenteet valmistettiin haponkestävästä teräksestä
• kuljettimet varustettiin lämpövaipalla
• rakenteet lämpöeristettiin mineraalivillalla

Lämpöeristyksen tavoitteena oli pitää kuljetinrakenteiden lämpötila happokondensaation kastepisteen yläpuolella. Näin voidaan merkittävästi vähentää happokosteuden muodostumista kuljetinrakenteisiin.

Tämä lähestymistapa osoittautui kustannustehokkaaksi kompromissiksi. Vaikka erittäin korkean korroosionkestävyyden materiaaleja, kuten superduplex-teräksiä, olisi voitu käyttää, niiden kustannus olisi ollut huomattavasti korkeampi. Prosessiolosuhteiden hallinta rakenteellisilla ratkaisuilla mahdollisti luotettavan toiminnan ilman tarpeettoman kallista materiaalivalintaa.

Jatkokehitys: kriittisten kohtien kohdennettu vahvistaminen

Käytännön käyttökokemusten perusteella on kuitenkin havaittu, että kaikkia kondensaation muodostumispisteitä ei voida täysin eliminoida rakenteellisilla ratkaisuilla.

Erityisesti tietyissä kohdissa, kuten:

• veto- ja taittopäissä
• liitoskohdissa
• rakenteellisissa epäjatkuvuuksissa

syntyy paikallisesti olosuhteita, joissa kosteus ja prosessikaasujen yhdisteet muodostavat erittäin aggressiivisia happoja.

Näissä kohdissa on havaittu, että jopa haponkestävä teräs voi ajan myötä syöpyä.

Aiemmissa rakenteissa kuljettimet on suunniteltu modulaarisiksi siten, että:

• veto- ja taittopäät ovat irrotettavia
• rakenne koostuu useista pulttiliitetyistä osista
• yksittäisiä komponentteja voidaan vaihtaa ilman laajaa purkua

Tämä rakenne mahdollistaa jatkokehityksen seuraavaan vaiheeseen.

Kehitämme parhaillaan ratkaisua, jossa:

• kondensaatiolle alttiit kriittiset kohdat tunnistetaan tarkasti
• nämä osat toteutetaan superduplex-teräksestä tai vastaavista korkean korroosionkestävyyden materiaaleista
• osat suunnitellaan vaihdettaviksi moduuleiksi

Tällä tavoin saavutetaan merkittävästi parempi kestävyys juuri niissä kohdissa, joissa rasitus on suurin – ilman että koko rakennetta tarvitsee toteuttaa kalliista erikoismateriaaleista.

Retrofit olemassa olevaan voimalaitosprosessiin

Tuhkan käsittelyjärjestelmän modernisointi toteutetaan usein retrofit-projektina olemassa olevaan voimalaitokseen. Suunnittelussa huomioidaan erityisesti:

• prosessiolosuhteiden kemiallinen rasitus
• kondensaation hallinta
• huollettavuus
• käyttövarmuus

Modernisoitu kuljetinjärjestelmä kestää huomattavasti paremmin aggressiivisia prosessiolosuhteita ja vähentää merkittävästi kunnossapitotarvetta.

Huollettavuutta parannetaan rakenteellisilla ratkaisuilla

Tuhkan käsittelyjärjestelmän modernisoinnissa kiinnitetään erityistä huomiota myös laitteiston huollettavuuteen.

Kuljetinjärjestelmissä kriittisiä kuluvia osia ovat erityisesti ketjupyörät, joiden vaihtaminen voi perinteisissä rakenteissa vaatia akselin ja laakerointien purkamista.

Modernisoinnissa ketjupyörät toteutetaan segmenttirakenteisina, jolloin kuluvat osat voidaan vaihtaa ilman akselin irrottamista. Ketjupyörä koostuu vaihdettavista segmenteistä, jotka voidaan asentaa ja irrottaa suoraan paikan päällä.

Ratkaisun etuja ovat:

• merkittävästi lyhyempi huoltoseisokki
• helpompi kunnossapito
• pienemmät huoltokustannukset
• parempi käyttövarmuus

Sama ajattelutapa ulotetaan myös uusiin kehitysratkaisuihin, joissa kriittiset korroosiolle alttiit osat suunnitellaan vaihdettaviksi.

Johtopäätökset

Jätevoimaloiden tuhkan käsittelyssä korroosio ei ole pelkästään materiaalikysymys. Usein ratkaisevaa on prosessin lämpötilaolosuhteiden ja kondensaation hallinta.

Käytännön kokemus osoittaa, että paras lopputulos saavutetaan yhdistämällä:

• rakenteellinen suunnittelu
• lämpötilanhallinta
• huollettavuus
• kohdennettu materiaaliparannus

Erityisesti kriittisten kondensaatiokohtien tunnistaminen ja niiden vahvistaminen korkeamman korroosionkestävyyden materiaaleilla mahdollistaa entistä pidemmän käyttöiän ja paremman käyttövarmuuden myös kaikkein vaativimmissa prosessiolosuhteissa.