ทำไมฟางทำลายแผ่นตะแกรงชุดหนึ่งภายในหนึ่งปี: การกัดกร่อนจากโพแทสเซียม-คลอรีน และการเลือกวัสดุตามโซน

หม้อไอน้ำที่เผาเศษไม้ใช้แผ่นตะแกรงได้หลายปี แต่เมื่อเปลี่ยนมาเผาฟาง หม้อเดียวกันก็เสียทั้งชุดภายในไม่ถึงปี ความต่างไม่ได้อยู่ที่หม้อไอน้ำและไม่ได้อยู่ที่การออกแบบตะแกรง แต่อยู่ที่องค์ประกอบเถ้าของเชื้อเพลิง และวิธีที่องค์ประกอบนั้นทำปฏิกิริยากับอุณหภูมิผิวของแผ่นตะแกรง

1. ฟางนำอะไรเข้าไปในห้องเผาไหม้

ฟาง ฟางข้าวสาลี ฟางข้าว และเศษพืชผลเกษตรประเภทเดียวกัน มีโพแทสเซียม คลอรีน และซิลิกอนในเถ้าสูงกว่าเชื้อเพลิงไม้ ปริมาณเถ้าเองแปรผันมากตามแหล่งปลูก ดิน และวิธีอัดฟ่อน การยกตัวเลขเปอร์เซ็นต์เดียวจึงทำให้เข้าใจผิด แต่สัดส่วนธาตุค่อนข้างคงที่ คือโพแทสเซียมและคลอรีนเป็นธาตุหลักที่สร้างเถ้า และมีซิลิกอนสูง ทะลายปาล์มเปล่าอยู่ในกลุ่มเดียวกัน

ผลตามมาสามข้อ โพแทสเซียมกับซิลิกอนรวมกันเป็นซิลิเกตที่หลอมตัวต่ำ เถ้าจึงอ่อนตัวต่ำกว่าอุณหภูมิที่ตะแกรงเห็นในโซนเผาไหม้หลักมาก คลอรีนสร้างคลอไรด์โลหะอัลคาไลที่ระเหยได้ที่อุณหภูมิห้องเผาไหม้ และควบแน่นบนผิวโลหะที่เย็นกว่า ตัวโพแทสเซียมคลอไรด์หลอมที่ประมาณ 770℃ ดังนั้นบนแผ่นที่ทำงาน 900℃ ขึ้นไป คราบนั้นไม่ใช่ผงแห้งแต่เป็นฟิล์มเหลว ข้อมูลวัดเบื้องหลังดูได้ในบทความเชื้อเพลิงแบบใดทำให้แผ่นตะแกรงถูกหลอมติดและเกิดตะกรัน

2. สองกลไกและขั้นการหลุดลอก

การวิเคราะห์แผ่นตะแกรงที่ใช้งานแล้วจากเตาชีวมวลเกือบทุกครั้งให้โครงสร้างสามชั้นเหมือนกัน คือชั้นคราบที่อุดมด้วยโพแทสเซียมและคลอรีนด้านนอก ชั้นออกไซด์เหล็กที่มีรูพรุนตรงกลาง และเนื้อโลหะที่ขาดโครเมียมและเกิดออกซิเดชันภายในด้านล่าง

กลไกแรกขับเคลื่อนด้วยคลอรีน คลอรีนสร้างคลอไรด์โลหะที่ระเหยได้บริเวณรอยต่อออกไซด์กับโลหะ คลอไรด์นั้นถูกออกซิไดซ์ซ้ำห่างออกไปเล็กน้อย และปล่อยคลอรีนออกมาเกิดปฏิกิริยาต่อ ผลสุทธิคือโลหะถูกพาออกไปและฟิล์มโครเมียมออกไซด์ป้องกันไม่เคยสมบูรณ์

กลไกที่สองคือการเป็นตัวช่วยหลอม โพแทสเซียมทำปฏิกิริยากับเถ้าซิลิกาเป็นโพแทสเซียมซิลิเกต ซึ่งที่อุณหภูมิตะแกรงอยู่ในสภาพหลอมหรือกึ่งหลอม ซิลิเกตเหลวละลายฟิล์มออกไซด์และซึมตามขอบเกรนด้านหลัง ดังนั้นตราบที่ตัวช่วยหลอมยังอยู่ เกรดโครเมียมสูงก็สูญเสียการป้องกัน

ขั้นที่สามคือการหลุดลอก ชั้นออกไซด์และคราบที่อ่อนตัวถูกก๊าซและชั้นเชื้อเพลิงที่เคลื่อนที่พัดพาไป โลหะใหม่เปิดออก และทั้งสองกลไกเริ่มจากศูนย์อีกครั้ง สิ่งที่ดูเหมือนสึกหรอสม่ำเสมอจริง ๆ คือวงจร “กัดกร่อนแล้วหลุดลอก” ซ้ำ ๆ และความเร็วของมันขึ้นกับปริมาณเฟสเหลวบนแผ่นและความร้อนของโลหะใต้ชั้นนั้น

3. ทำไมอุณหภูมิผิวเป็นตัวกำหนดความเร็ว

ทั้งสองกลไกต้องมีผิวโลหะที่ร้อน อุณหภูมิโลหะของแผ่นตะแกรงไม่ใช่อุณหภูมิห้องเผาไหม้ เพราะลมปฐมภูมิที่ผ่านตัวแผ่นและชั้นเชื้อเพลิงหล่อเย็นจากด้านล่าง แผ่นที่ได้รับลมเต็มจึงเย็นกว่าปลวไฟด้านบนหลายร้อยองศา ระยะเผื่อการหล่อเย็นนี้หายไปในสามกรณี คือทางลมตัน ชั้นเชื้อเพลิงบางเกินจนลมวิ่งผ่านตรง และแผ่นอยู่ในจุดร้อนเฉพาะที่ซึ่งช่องข้างเคียงกว้างขึ้นแล้ว ทั้งสามกรณีดันอุณหภูมิโลหะเข้าหาอุณหภูมิก๊าซ คราบบนแผ่นกลายเป็นของเหลวทั้งหมด และอัตรากัดกร่อนพุ่งขึ้น

นี่คือเหตุผลที่หม้อไอน้ำสองลูกซึ่งใช้เชื้อเพลิงเดียวกัน ตะแกรงเดียวกัน และเกรดเดียวกัน กลับมีอายุแผ่นต่างกันเป็นสองเท่า และเป็นเหตุผลที่การยกระดับวัสดุอย่างเดียวจึงมักแก้ปัญหาฟางไม่ได้ ถ้าการกระจายลมยังทิ้งจุดแห้งและจุดร้อนไว้ เกรดที่ดีกว่าก็เพียงยืดเวลาก่อนเสียหายแบบเดิม

4. โซนไหนของตะแกรงเสียก่อน

สามโซนไม่ได้เสียด้วยเหตุผลเดียวกัน โซนอบแห้งมีชั้นเชื้อเพลิงเปียกและโลหะค่อนข้างเย็น คราบคลอไรด์เกาะบนผิวที่มีน้ำ จึงเสียแบบเคมีมากกว่าความร้อน โซนเผาไหม้หลักมีอุณหภูมิสูงสุด เฟสเหลวพัฒนาเต็มที่ และกลไกกัดกร่อนทั้งสองวิ่งเต็มกำลัง นี่คือที่ที่เสียก่อนและเป็นที่ที่ความต่างระหว่างแถวมากที่สุด โซนเผาไหม้หมดมีชั้นเชื้อเพลิงบาง ถ่านใกล้หมด โลหะเจอก๊าซออกซิไดซ์โดยแทบไม่มีการหล่อเย็นจากชั้นเชื้อเพลิง จึงเป็นการสึกแบบออกซิเดชันสม่ำเสมอ

การเปลี่ยนทั้งชุดพร้อมกันกลบรูปแบบนี้ การทำเครื่องหมายตำแหน่งแผ่นที่เสียบนผังแบ่งโซนมักแสดงให้เห็นว่าเพียงไม่กี่แถวรับความเสียหายส่วนใหญ่ไว้

5. การเลือกวัสดุตามโซน

ให้เลือกตามอุณหภูมิของตำแหน่ง ไม่ใช่ตามค่าเฉลี่ยของทั้งตะแกรง อุณหภูมิใช้งานด้านล่างมาจากข้อมูลการเลือกวัสดุของโรงงานพันธมิตร และที่มาของมาตรฐานสำคัญไม่น้อยกว่าตัวเลข

โซน	ภาวะที่แผ่นต้องรับ	เกรด	อุณหภูมิใช้งาน	มาตรฐาน
โซนอบแห้ง	ชั้นเชื้อเพลิงเปียก คราบคลอไรด์ โลหะอุณหภูมิปานกลาง	RQTSi5 หรือ RTCr16	850℃ / 900℃	GB/T 9437
โซนเผาไหม้หลัก	อุณหภูมิสูงสุด ตะกรันเหลว กลไกกัดกร่อนทั้งสองทำงานคู่กัน	เหล็กหล่อทนความร้อน Cr25Ni20 (310S)	สูงกว่า 1100℃	GB/T 8492
โซนเผาไหม้หมด	ชั้นเชื้อเพลิงบาง ก๊าซออกซิไดซ์ หล่อเย็นน้อย	RTCr20 หรือ Cr26Ni12	950℃ / ตำแหน่งที่ต้องการต่ำกว่า	ตามข้อกำหนดโรงงาน

สองเรื่องควรพูดให้ชัด นิกเกิลในเกรดออสเทนนิติกให้ความเหนียวและความต้านทานความล้าเนื่องจากความร้อน ซึ่งมีประโยชน์เพราะโซนเผาไหม้หลักต้องรับรอบความร้อนด้วย แต่นิกเกิลไม่ได้ทำให้โลหะผสมต้านทานคลอรีนได้ทั้งหมด กลไกยังดำเนินอยู่เพียงช้าลง และเกรดจะดีได้เท่าคุณภาพงานหล่อเท่านั้น รูหดตัวหรือรอยต่อเย็นบนผิวร้อนคือจุดเริ่มรอยแตกที่เคมีชดเชยให้ไม่ได้ การตรวจสเปกตรัมทุกครั้งที่หลอมและดูคุณภาพผิวร้อนจึงเป็นรายการตรวจรับไม่ใช่ของแถม รายละเอียดการตรวจดูได้ในบทความการตรวจสเปกตรัมของชิ้นส่วน ZG40Cr25Ni20Si2

ต้นทุนคิดตามจำนวนแถว บนตะแกรงแบบขั้นบันได โซนเผาไหม้หลักกินเพียงไม่กี่แถว การจำกัดเกรดแพงไว้ที่แถวเหล่านั้นและใช้เหล็กหล่อที่ถูกลวกว่าในโซนอบแห้งกับโซนเผาไหม้หมด ทำให้ราคาทั้งชุดเพิ่มน้อยกว่าการยกระดับทั้งสามโซนมาก ในขณะที่ได้ประโยชน์ด้านอายุการใช้งานส่วนใหญ่ไปแล้ว

6. ฝั่งเชื้อเพลิงและฝั่งเดินเครื่องยังทำอะไรได้

วัสดุเป็นเพียงหนึ่งในสี่คันโยก ฝั่งเชื้อเพลิง จำกัดสัดส่วนเชื้อเพลิงโพแทสเซียมสูงและผสมกับเชื้อเพลิงที่เสี่ยงน้อยกว่า ล้างเชื้อเพลิงเมื่อเงื่อนไขเอื้ออำนวย และพิจารณาสารเติม เคโอลินเพิ่มจุดหลอมตัวของเถ้าและเคยมีการทดลองเมื่อเผาร่วมกับทะลายปาล์มเปล่า ฝั่งลม รักษาการกระจายลมปฐมภูมิให้สม่ำเสมอเพื่อไม่ให้แถวใดขาดลม เพราะแถวที่ขาดลมคือแถวที่ร้อน ฝั่งชั้นเชื้อเพลิง หลีกเลี่ยงการเดินแบบ “ชั้นบางและลมมาก” ที่ผู้เดินเครื่องใช้รักษาฟางเปียกให้ติดไฟ เพราะมันดันอุณหภูมิผิวของแถวที่ร้อนที่สุดอยู่แล้วให้สูงขึ้นอีก ฝั่งเดินเครื่อง หลีกเลี่ยงการเดินโหลดต่ำเป็นเวลานานจนชั้นเชื้อเพลิงแทบเปิด และขูดตะกรันทันทีที่เกิดแทนที่จะปล่อยให้เปลือกแข็งก่อตัว

7. ต้องส่งอะไรมาบ้าง

เพื่อให้ได้ข้อเสนอแนะตามโซน ข้อมูลที่มีประโยชน์คือผลวิเคราะห์เชื้อเพลิงของทั้งปีไม่ใช่ตัวอย่างเดียว แบบตะแกรงหรือความยาวและความกว้างประสิทธิผล ตำแหน่งแถวที่เสียบนตะแกรง และอายุการใช้งานจริงของเกรดที่ใช้อยู่ เมื่อมีข้อมูลเหล่านี้ ข้อเสนอจึงระบุเกรดรายโซนพร้อมจำนวนได้ ไม่ใช่เกรดเดียวสำหรับทั้งตะแกรง

เราเป็นผู้จัดจำหน่ายแผ่นตะแกรงเคลื่อนที่ แผ่นอยู่กับที่ ซีลข้าง และอะไหล่ประกอบสำหรับตะแกรงโยกเยกที่เผาชีวมวล จัดส่งจากโรงงานพันธมิตรตามเกรดข้างต้น ตรวจขนาดตามแบบหรือตามตัวอย่างที่วัดได้