Vì sao rơm đốt một năm đã phá một bộ tấm ghi: ăn mòn kali-clo và chọn vật liệu theo vùng

Lò đốt dăm gỗ giữ được bộ tấm ghi nhiều năm; cùng lò đó chuyển sang đốt rơm thì cả bộ mất trong chưa đầy một năm. Khác biệt không nằm ở lò, cũng không ở thiết kế mặt ghi, mà ở thành phần tro của nhiên liệu và cách thành phần đó tương tác với nhiệt độ bề mặt tấm ghi.

1. Rơm mang gì vào buồng lửa

Rơm, rơm lúa mì, rơm lúa và các phụ phẩm nông nghiệp tương tự có hàm lượng kali, clo và silic trong tro cao hơn nhiên liệu gỗ. Bản thân lượng tro biến động rất mạnh theo vùng trồng, đất và cách đóng kiện, nên đưa một con số phần trăm cố định lại dễ gây nhầm, nhưng tỷ lệ nguyên tố thì ổn định: kali và clo chiếm phần chính của các nguyên tố tạo tro, hàm lượng silic cao. Buồng quả cọ cũng thuộc nhóm này.

Ba hệ quả đi theo. Kali và silic cùng nhau tạo silicat có nhiệt độ nóng chảy thấp, nên tro mềm ở mức thấp hơn hẳn nhiệt độ mà mặt ghi thấy ở vùng cháy chính. Clo tạo clorua kim loại kiềm bay hơi ở nhiệt độ buồng lửa, gặp bề mặt kim loại nguội hơn thì ngưng tụ. Bản thân kali clorua nóng chảy ở khoảng 770℃, nên trên tấm ghi chạy ở 900℃ trở lên lớp bám đó không phải bột khô mà là màng lỏng. Số liệu đo đạc phía sau xem ở bài nhiên liệu nào làm tấm ghi bị thiêu kết, kết xỉ.

2. Hai chuỗi và một bước bong tróc

Phân tích tấm ghi đã qua sử dụng lấy từ lò sinh khối gần như luôn cho cùng một cấu trúc ba lớp: lớp bám giàu kali và clo ở ngoài, ôxít sắt xốp ở giữa, và lớp nền thiếu crôm bị ôxy hóa bên trong ở dưới.

Chuỗi thứ nhất do clo dẫn dắt. Clo tạo clorua kim loại bay hơi tại mặt phân cách ôxít–kim loại, clorua đó bị ôxy hóa lại ở phía ngoài một chút và nhả clo ra để phản ứng tiếp. Kết quả ròng là kim loại bị vận chuyển đi và màng ôxít crôm bảo vệ không bao giờ khép kín.

Chuỗi thứ hai là trợ dung. Kali phản ứng với tro silica tạo kali silicat, ở nhiệt độ mặt ghi tồn tại dạng lỏng hoặc bán lỏng. Silicat lỏng hòa tan màng ôxít và xuyên theo biên hạt phía sau, nên chỉ cần lớp trợ dung đó còn thì mác có crôm cao cũng mất tác dụng bảo vệ.

Bước thứ ba là bong tróc. Lớp ôxít và cặn đã bị làm yếu bị khói và lớp nhiên liệu chuyển động cuốn đi, kim loại mới lộ ra, cả hai chuỗi bắt đầu lại từ đầu. Cái trông như mòn đều thực chất là chu kỳ “ăn mòn rồi bong” lặp lại, và tốc độ của nó do lượng pha lỏng trên tấm và độ nóng của kim loại bên dưới quyết định.

3. Vì sao nhiệt độ bề mặt quyết định tốc độ

Cả hai chuỗi đều cần bề mặt kim loại nóng. Nhiệt độ kim loại của tấm ghi không phải nhiệt độ buồng lửa: gió sơ cấp đi qua thân tấm và lớp liệu làm nguội từ phía dưới, nên tấm được cấp gió đúng chạy thấp hơn ngọn lửa phía trên vài trăm độ. Biên dự trữ làm nguội này mất đi trong ba tình huống: đường gió bị bít, lớp liệu quá mỏng để gió đi thẳng qua, và tấm nằm trong điểm nóng cục bộ nơi khe bên cạnh đã rộng ra. Cả ba đều đẩy nhiệt độ kim loại tiến về nhiệt độ khói, lớp bám trên tấm chuyển hoàn toàn sang lỏng, và tốc độ ăn mòn tăng vọt.

Đó cũng là lý do hai lò cùng nhiên liệu, cùng mặt ghi, cùng mác mà tuổi thọ tấm ghi lệch nhau gấp đôi. Và là lý do chỉ nâng vật liệu thường không chữa được bài toán rơm: nếu phân bố gió vẫn để lại vùng khô và điểm nóng, mác tốt hơn chỉ kéo dài thời gian trước khi hỏng theo đúng kiểu đó.

4. Vùng nào trên mặt ghi hỏng trước

Ba vùng không hỏng vì cùng một lý do. Vùng sấy có lớp liệu ẩm và kim loại tương đối nguội, cặn giàu clorua bám trên bề mặt có nước, nên hư hỏng nghiêng về hóa học hơn là nhiệt. Vùng cháy chính có nhiệt độ cao nhất, pha lỏng phát triển đầy đủ, cả hai chuỗi ăn mòn chạy hết tốc lực: đây là chỗ hỏng trước và cũng là chỗ chênh lệch giữa các hàng lớn nhất. Vùng cháy kiệt có lớp liệu mỏng, than gần hết, kim loại tiếp xúc khí ôxy hóa mà gần như không được lớp liệu làm nguội, nên chủ yếu là ôxy hóa bong lớp đều.

Thay cả bộ một lúc sẽ che mất quy luật này. Đánh dấu vị trí tấm hỏng lên sơ đồ chia vùng thường thấy chỉ một số ít hàng gánh phần lớn hư hỏng.

5. Chọn vật liệu theo vùng

Chọn theo nhiệt độ của vị trí, không theo giá trị trung bình của cả mặt ghi. Nhiệt độ làm việc dưới đây lấy từ tài liệu chọn vật liệu của nhà máy đối tác, và căn cứ tiêu chuẩn quan trọng không kém con số:

Vùng	Điều kiện tại tấm	Mác	Nhiệt độ làm việc	Tiêu chuẩn
Vùng sấy	Lớp liệu ẩm, cặn clorua, kim loại nhiệt độ trung bình	RQTSi5 hoặc RTCr16	850℃ / 900℃	GB/T 9437
Vùng cháy chính	Nhiệt độ cao nhất, xỉ lỏng, hai chuỗi ăn mòn song song	Thép đúc chịu nhiệt Cr25Ni20 (310S)	trên 1100℃	GB/T 8492
Vùng cháy kiệt	Lớp liệu mỏng, khí ôxy hóa, ít làm nguội	RTCr20 hoặc Cr26Ni12	950℃ / vị trí yêu cầu thấp hơn	theo quy cách nhà máy

Hai điều cần nói rõ. Niken trong mác austenit mang lại độ dẻo và khả năng chống mỏi nhiệt, điều này có ích vì vùng cháy chính đồng thời chịu chu kỳ nhiệt; nhưng niken không làm hợp kim miễn nhiễm với clo, cơ chế vẫn tiếp diễn, chỉ chậm hơn. Và mác chỉ tốt đến mức chất lượng vật đúc: rỗ co hoặc chỗ hàn nguội trên mặt nóng là điểm khởi nứt mà hóa học không bù được, nên kiểm tra quang phổ theo từng mẻ và xem chất lượng bề mặt nóng là hạng mục nghiệm thu chứ không phải tùy chọn. Nội dung kiểm tra đó gồm những gì, xem bài kiểm tra quang phổ chi tiết ZG40Cr25Ni20Si2.

Bài toán chi phí tính theo số hàng. Trên mặt ghi kiểu bậc, vùng cháy chính chỉ chiếm một số ít hàng, nên giới hạn mác đắt cho số hàng đó và giữ gang rẻ hơn ở vùng sấy và vùng cháy kiệt làm giá cả bộ tăng ít hơn nhiều so với nâng mác cho cả ba vùng, trong khi vẫn lấy được phần lớn lợi ích tuổi thọ.

6. Phía nhiên liệu và vận hành còn làm được gì

Vật liệu chỉ là một trong bốn đòn. Về nhiên liệu: hạn chế tỷ lệ nhiên liệu kali cao và trộn với nhiên liệu ít rủi ro hơn, rửa nhiên liệu khi điều kiện cho phép, và cân nhắc phụ gia — cao lanh nâng nhiệt độ nóng chảy của tro và đã được thử khi đốt kèm buồng quả cọ. Về gió: giữ phân bố gió sơ cấp đều để không hàng nào bị đói gió, vì hàng đói gió chính là hàng nóng. Về lớp liệu: tránh kiểu “lớp mỏng và nhiều gió” mà người vận hành dùng để giữ rơm ẩm cháy, vì nó đẩy nhiệt độ bề mặt của đúng những hàng vốn đã nóng nhất. Về vận hành: tránh chạy non tải kéo dài với lớp liệu gần như trơ ra, và cạo xỉ ngay khi xuất hiện thay vì để lớp vỏ cứng hình thành.

7. Cần gửi những gì

Để có khuyến nghị theo vùng, đầu vào hữu ích là phân tích nhiên liệu của cả năm chứ không phải một mẫu, bản vẽ mặt ghi hoặc chiều dài và chiều rộng hiệu dụng, vị trí các hàng hỏng trên mặt ghi, và tuổi thọ thực tế của mác đang dùng. Có những thứ đó, khuyến nghị mới nêu được mác cho từng vùng kèm số lượng, thay vì một mác cho cả mặt ghi.

Chúng tôi cung cấp tấm động, tấm tĩnh, làm kín bên và phụ tùng đi kèm cho ghi khứ hồi đốt sinh khối, hàng do nhà máy đối tác giao theo các mác nêu trên, kích thước đối chiếu theo bản vẽ hoặc theo mẫu đo.