Lietuvoje, kaip ir visoje Europoje, populiarios katilinės, naudojančios biokurą (smulkintą medieną, pjuvenas, skiedras). Eksploatuojamų šiluminių įrenginių vidinės konstrukcijos (išklojos) įrengtos iš ugniai atsparių medžiagų. Tai neorganinės, nemetalinės medžiagos, kurios nesilydo ir ilgą laiką nesuyra aukštoje temperatūroje (600–2000 laipsnių Celsijaus). Katilų pakuros iškloja gaminama iš forminių gaminių (plytos, blokai) arba neforminių gaminių ( vibruojamas betonas, torkretbetonis ir pan.) (1 pav.). Straipsnyje Vilniaus Gedimino technikos universiteto (VGTU) Statybinių medžiagų instituto specialistai išskiria biokuro katilų konstrukcijų, pagamintų iš ugniai atsaparių medžiagų, naudojimo ypatumus. 

1 pav. Biokuro katilo pakuros iškloja: a - pagaminta iš šamoto plytų, b – iš ugniai atsparaus betono

Pastaraisiais metais pasitaiko atvejų, kai įvyksta staigūs tokių šiluminių įrenginių išklojos suirimai (po vienų ar dvejų metų eksploatacijos). Betono ištrupėjimas, plytų arba betono išsisluoksniavimas sąlygoja išklojos fragmentų iškritimą, ženklų išklojos storio sumažėjimą (2 pav.) bei šiluminio įrenginio sustabdymą. Dėl neplanuotų šiluminių įrenginių sustabdymo, naujos išklojos atstatymui, įmonės patiria ženklius ekonominius nuostolius.

2 pav. Biokuro katilo pakuros išklojos  plytų (a) ir betono (b) sluoksniavimasis po 9 mėn. eksploatavimo.
 
Kaip rodo ilgametė praktika, dažniausiai nenustatomos pakurų išklojos suirimo priežastys ir neteisingai parenkamos prevencinės priemonės tokių problemų atsiradimui ateityje. VGTU Statybinių medžiagų instituto specialistai per pastarąjį dešimtmetį atliko daugybę ekspertizių ir apžiūrų biokuro katilinių pakurose, išklojos suirimo ar kokybės įvertinimui. Todėl, norime atkreipti įmonių ir specialistų, eksploatuojančių šiluminius įrenginius, dėmesį į ugniai atsparių medžiagų eksploatacijos biokuro katiluose ypatumus, nulemenčius ugniai atsparių medžiagų ilgalaikiškumą.

Reikia pažymėti, kad biokuro katiluose iš ugniai atsparių medžiagų pagamintas konstrukcijas vienu metu veikia keletas neigiamų veiksnių: aukšta temperatūra, kuro deginimo metu susidarantis šarminis lydalas ir šarminiai garai, terminai smūgiai (stabdant ir paleidžiant įrenginį), abrazyvinis kietųjų dalelių srautas, mechaninis poveikis (valant pelenus ir šlakus). Bet kuris aukščiau išvardintas veiksnys turi įtakos išklojos ilgaamžiškumui ir gali sukelti medžiagų ir konstrukcijų irimą. Tiriant pastaruosius pakurų išklojos konstrukcijų suirimus, pastebėta kad  cheminis šarminių junginių poveikis dažniausiai būna lemiamas.

Kaip tai vyksta? Katilo eksploatacijos temperatūrai siekiant pelenų lydymosi temperatūrą (dažniausiai, tai būdinga pakuros antrinio oro padavimo zonoje), 1150–1250 laipsnių Celsijaus temperatūroje besiformuojantis pelenų lydalas gan lengvai skverbiasi į ugniai atsparios medžiagos struktūrą. Pakitusių savybių ir  struktūros ugniai atsparios medžiagos sluoksnis, dėl skirtingų išsiplėtimo koeficientų, suyra  t.y. vyksta korozinis išklojos sluoksniavimasis. Kitas ugniai atsparios medžiagos korozijos tipas - pelenuose esančių šarminių metalų (Na, K) cheminė reakcija su ugniai atsparios išklojos medžiaga. Ko pasėkoje, susidaro korozijos produktai, kurių tūris iki 30 % didesnis nei pradinių medžiagos junginių. Tai ugniai atsparioje medžiagoje turi įtakos porėtos struktūros formavimuisi (3 pav.), dėl šarmų poveikio vyksta sprogstamasis irimas. Medžiaga praranda savo mechanines savybes, trupa ir byra iš išklojos konstrukcijų. 

3 pav. Ugniai atsparios medžiagos struktūra: nepažeista (a) ir paveikta šarmų (b) 

Pastebėta, kad dėl cheminės korozijos, ugniai atsparių medžiagų suirimas intensyvesnis, kai kartu su medienos kuru deginami kiti produktai (pvz. popieriaus atliekos, smulkintų baldų elementai, šiaudai, durpės ir kt.). Tokiose deginamose medžiagose, kaip taisyklė, būna pavojingų elementų ugniai atspariai medžiagai, be to, dažnai padidėja lokalinė eksploatacijos temperatūra (atskirose pakuros zonose), pelenų kiekis ir kaip pasekmė, lydalo susidarymas. 

Ar situacija beviltiška? Statant naujas katilines arba modernizuojant esančius šilumos įrenginius, dažnai parenkamos pigesnės šamotinės ugniai atsparios medžiagos, gerai tarnaujančios katiluose su mazuto ar dujų kuru. Tačiau, tokios  medžiagos nėra atsparios šarminei korozijai ir tokių medžiagų panaudojimas gali sukelti greitą pakuros išklojos suirimą. Todėl, atsižvelgiant į agresyvias kietojo biokuro deginimo pakurų eksploatacijos sąlygas, reikia naudoti specialias šarminei korozijai atsparias medžiagas. Dažniausiai ugniai atsparių medžiagų gamintojai siūlo tokias specifines formines ir neformines medžiagas: šamotines, turinčias silicio karbido priedą; impregnuotas šamotines, badeleitokorundines (su cirkonio dioksidu), chromoaliuminatines ir kt. Taip pat, rekomenduojama, kad ugniai atsparios medžiagos, tinkančios naudoti kietojo biokuro deginimo įrenginiuose, būtų tankios (> 2200 kg/m3), jų gniuždymo stipris >50 MPa, terminis patvarumas > 30 ciklų (pagal DIN 51068-1:1976 standartą), geležies oksido kiekis mažesnis nei 1 proc.

VGTU Statybinių medžiagų institute atliekamas ugniai atsparių medžiagų korozinio atsparumo vertinimas. 4 paveiksle pateiktas tradicinio šamotinio betono bandinys po korozinio bandymo. Šarminis lydalas lengvai prasiskverbia į tokią medžiagą 1100 laipsnių Celsijaus temperatūroje ( 4 pav. a). Į modifikuotą šamotinį betoną, kai jo paviršiuje dėl naudojamų specialiųjų priedų, prie 900 laipsnių Celsijaus temperatūros, formuojasi  apsauginis barjeras, šarminis lydalas negali prasiskverbti ( 4 pav. b). Tokia medžiaga yra atspari šarminei korozijai, jos ilgalaikiškumas biokuro katiluose pakankamai didelis.

4 pav. Tradicinio šamotinio betono (a) ir modifikuoto betono (b) bandinio vaizdas po šarminio atsparumo bandymo

VGTU Statybinių medžiagų institutas, ugniai atsparių medžiagų tyrimuose ir tokių medžiagų taikymo srityse turi ilgametę patirtį dirbant su Lietuvos bei kitų šalių įmonėmis (energetikos, keramikos, cemento, metalurgijos, naftos ir chemijos pramonės). Institute pastoviai organizuojami seminarai, specialistų rengimo kursai, kur bendromis pastangomis sprendžiamos iškilusios problemos ugniai atsparių medžiagų panaudojimo srityse.

Rimvydo Stonio ir Valentino Antonovičiaus informacija
Šaltinis: Šiluminė technika