Riassunto analitico
Oggigiorno, la rapida crescita della quantità di rifiuti solidi urbani (RSU), la crescente domanda di energia e i severi vincoli ambientali, costringono a focalizzare l’attenzione sulla valutazione di un metodo ecologico capace al tempo stesso di smaltire i rifiuti e ottenere energia e calore da essi. L'incenerimento di rifiuti solidi urbani e biocombustibili (biomasse) sembra essere una strategia efficace di gestione dei rifiuti che previene lo smaltimento in discarica e propone una soluzione al problema di rimpiazzare l’attuale generazione di energia dai combustibili fossili non ecocompatibili.
Tuttavia, i componenti principali di questi impianti, in particolare water-walls e superheaters, soffrono di gravi fenomeni di corrosione ad alta temperatura a causa della formazione e accumulo di depositi contenenti elementi altamente corrosivi, come il potassio e il cloro. La presenza di questi sali di cloruro alcalino, derivanti dalla composizione dei rifiuti urbani e delle biomasse bruciate nell’inceneritore, aggrava l’ossidazione e lo spreco di materiale dei componenti della caldaia, portando a situazioni di rottura, fermi macchina e periodi di manutenzione che costituiscono un vincolo operativo ed economico negli impianti di conversione waste-to-energy (WTE) e negli inceneritori da biomassa. Inoltre, l’esigenza di progettare nuove caldaie con un aumento della temperatura del vapore, al fine di ottenere un rendimento migliore dell’impianto, aumenta la criticità della situazione.
Questo studio esamina i meccanismi di corrosione presenti nelle caldaie e i metodi attualmente adottati per ridurre e combattere la ossidazione ad alta temperatura. L’elaborato di tesi propone ricerche sperimentali effettuate su ossidi ceramici, al fine di identificare la loro stabilità chimica in un ambiente corrosivo di cloruro di potassio (KCl) ad alta temperatura, e suggerire un’alternativa competitiva agli attuali metodi di protezione.
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Abstract
Nowadays, the rapid growth in the amount of municipal solid waste (MSW), the increasing demand for energy and severe environmental constraints, force society to focus its attention on the evaluation of an effective method able to dispose the waste and collect energy and heat from it at the same time. Incineration of solid urban and biomass waste seems to be an alternative waste management strategy that prevents landfilling and offer a solution to the problem of replacing not environmentally friendly fossil fuel energy sources.
However, the components of these systems, in particular the parts of the boiler such as the water-walls and the superheater tubes, suffer from severe high temperature corrosion phenomena due to the formation and accumulation of deposits containing highly corrosive elements, such as potassium and chlorine. The presence of these alkaline chloride salts, deriving from the composition of urban waste and biomass burned in the incinerator, aggravates the oxidation and waste of material of the boiler components, leading to breakdown situations, downtime and maintenance stops that constitute an operating and economic constraint in waste-to-energy plants (WTE) and in biomass incinerators. Moreover, the need to design new boilers with increased steam temperature, in order to obtain a better performance of the system, increases the criticality of the situation.
This study examines the corrosion mechanisms present in boilers and the methods currently used to reduce and control high temperature oxidation. This work proposes experimental researches on ceramic oxides, in order to evaluate their chemical stability in a corrosive environment of potassium chloride (KCl) at high temperature, and suggests a competitive alternative to current protection methods.
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