Inceneritori e crematori

Sistemi di rivestimento progettati per impianti di combustione

Gli inceneritori e i crematori utilizzano entrambi rivestimenti refrattari, ma sono sottoposti a condizioni di esercizio differenti. Gli inceneritori di rifiuti possono trattare materiali di alimentazione variabili che generano ceneri abrasive, clinker, sali, alcali, cloruri e altri depositi chimicamente attivi. I crematori funzionano invece come impianti a carica discontinua, con cicli ripetuti di caricamento, riscaldamento, calcinazione e rimozione delle ceneri. Le camere primaria e secondaria, i sistemi di controllo della combustione e il trattamento dei fumi sono progettati come un sistema integrato.

Un rivestimento idoneo combina normalmente uno strato caldo meccanicamente resistente con uno strato isolante a minore conducibilità termica posto sul retro. Malte, giunti di dilatazione, ancoraggi, aperture dei bruciatori, spallette delle porte e attraversamenti devono essere compatibili con entrambi gli strati. La scelta dei refrattari deve preservare il volume originale della camera, il percorso dei flussi e la geometria della zona di combustione, limitando al contempo la temperatura dell'involucro e le dispersioni termiche.

Funzioni dei componenti nel rivestimento di inceneritori e crematori

Materiali densi per lo strato caldo e le riparazioni

I refrattari densi vengono utilizzati dove il rivestimento deve resistere all'esposizione diretta alla combustione, ai carichi meccanici, all'abrasione o agli urti localizzati. In genere presentano massa e conducibilità termica maggiori rispetto ai prodotti isolanti e non devono essere considerati lo strato principale per il risparmio energetico in assenza di dati sulla trasmissione del calore.

Scegliere tra mattoni refrattari densi, calcestruzzi refrattari e refrattari plastici modellabili in base alla geometria, all'accessibilità, al tipo di usura, alla durata del fermo impianto e alle condizioni del rivestimento mantenuto in opera. Il materiale di riparazione deve raccordarsi a un refrattario integro e non deve nascondere cedimenti diffusi o ancoraggi corrosi.

Materiali per l'isolamento termico

L'isolamento riduce la temperatura dell'involucro e le dispersioni energetiche, ma ogni formato presenta caratteristiche meccaniche differenti. Un materassino si adatta alle superfici irregolari, un pannello offre una rigidità controllata, un modulo forma un sistema di rivestimento compresso e un calcestruzzo refrattario isolante crea uno strato monolitico di supporto sagomato. Nessuno di questi materiali deve essere esposto a urti, abrasione o velocità dei gas del bruciatore superiori ai limiti verificati per l'impiego previsto.

Lo spessore dell'isolamento deve essere calcolato considerando l'intera struttura multistrato. Occorre utilizzare i dati di conducibilità termica alle temperature medie pertinenti e includere lo strato caldo, i giunti, gli ancoraggi, l'involucro, le condizioni ambientali e la temperatura superficiale esterna ammissibile. La temperatura massima di un materiale non consente di prevedere la temperatura della faccia fredda.

Scelta dei materiali in base alla zona dell'impianto

Camera di combustione primaria e suola

La camera primaria riceve la carica e può essere soggetta a urti, abrasione, rilascio concentrato di calore, movimentazione delle ceneri e azione degli utensili di pulizia. Le suole, le aree di caricamento e le zone di scarico delle ceneri richiedono generalmente uno strato caldo denso e meccanicamente robusto. Prima di scegliere un mattone o un calcestruzzo refrattario alluminoso, è necessario definire la composizione ammessa dell'alimentazione, l'intervallo del potere calorifico, la composizione chimica delle ceneri e la possibile formazione di depositi a basso punto di fusione o clinker.

Camera di combustione secondaria

La camera secondaria favorisce l'ossidazione dei gas provenienti dalla camera primaria. Il volume, i percorsi tortuosi, la posizione dell'iniezione dell'aria e la geometria del rivestimento influenzano la distribuzione della temperatura e il tempo di permanenza dei gas. Durante il rifacimento del rivestimento o della muratura refrattaria, occorre preservare il progetto approvato. Qualsiasi modifica che influisca sul percorso dei flussi o sul volume della camera può richiedere nuovi calcoli, una nuova messa in servizio e verifiche conformi all'autorizzazione applicabile.

Blocchi bruciatore, aperture e zone di impatto della fiamma

Le aree circostanti i bruciatori e quelle direttamente esposte alla fiamma possono essere soggette a temperature locali e flussi termici superiori alla media della camera, oltre che a velocità elevate dei gas. Per proteggere gli isolanti a minore densità possono essere necessari calcestruzzi refrattari densi o murature sagomate. È essenziale mantenere la geometria, le distanze e la configurazione della fiamma indicate dal produttore del bruciatore; una riparazione sagomata in modo errato può alterare la combustione o creare un nuovo punto caldo.

Porte di caricamento, spallette e aperture per le ceneri

Le aree delle porte sono sottoposte a frequenti cicli termici e sollecitazioni meccaniche. È necessario ispezionare spallette, architravi, stipiti, guarnizioni e interfacce tra refrattario e acciaio. Prevedere adeguati spazi di dilatazione e una geometria di riparazione compatibile, affinché le porte si chiudano correttamente e la camera mantenga la tenuta ai gas alla pressione di esercizio prevista.

Transizioni dei condotti fumi e interfacce con i sistemi di trattamento

I condotti tra la camera di combustione, le apparecchiature di recupero del calore e i sistemi di trattamento dei fumi possono essere soggetti a gradienti termici, erosione da particolato ed esposizione a gas acidi. Verificare la temperatura e la composizione chimica dei gas in ogni punto. Un materiale adatto all'interno della camera calda può non essere idoneo nelle zone più a valle, dove possono formarsi condensa o depositi concentrati.

Alimentazione dell'inceneritore ed esposizione chimica

La classificazione dei rifiuti e il controllo dell'alimentazione sono fondamentali per la durata dei refrattari. Plastiche, sali, vetro, metalli, terreni, residui sanitari, sottoprodotti di origine animale e frazioni ad alto potere calorifico possono modificare la temperatura della fiamma, la fusione delle cenerie, i depositi e la composizione chimica dei gas. Le specifiche del rivestimento devono basarsi sul flusso di rifiuti autorizzato e sui dati operativi effettivi.

La resistenza a una specifica scoria, sale, alcali, cloruro, composto dello zolfo o deposito fuso non deve essere dedotta esclusivamente dal contenuto di allumina o dalla temperatura nominale. Occorre ottenere dati pertinenti sulla resistenza chimica e, quando possibile, esaminare il materiale deteriorato. Vetrificazione ripetuta, penetrazione, rigonfiamento o perdita accelerata dei giunti richiedono normalmente un'analisi delle cause profonde, non soltanto un materiale con temperatura nominale superiore.

Rifacimento del rivestimento dei crematori e geometria di combustione

La cremazione è un processo discontinuo, pertanto il rivestimento è soggetto a variazioni ripetute del rilascio di calore e della temperatura. Le attuali linee guida della Gran Bretagna considerano il corretto controllo della combustione, il tempo di permanenza nella camera secondaria, l'ossigeno e la temperatura come parametri operativi interconnessi. La sostituzione dei refrattari supporta tali controlli preservando l'integrità della camera, l'isolamento e il flusso dei gas, ma non sostituisce bruciatori, sensori, logiche di controllo o sistemi di trattamento dei fumi.

Durante il rifacimento della muratura refrattaria di un crematore, occorre mantenere i percorsi tortuosi originali della camera secondaria. Se il nuovo rivestimento modifica il progetto o il volume della camera, il calcolo del tempo di permanenza e la verifica di messa in servizio potrebbero non essere più validi. Prima di modificare qualsiasi geometria interna, coordinare i lavori sui refrattari con il produttore del crematore, un tecnico competente e l'autorità responsabile dell'autorizzazione ambientale.

Temperature nominali e condizioni normative

La temperatura dei gas di combustione prescritta da un'autorizzazione non coincide con la temperatura massima di esercizio del refrattario. La superficie del rivestimento può essere esposta a picchi locali vicino ai bruciatori, mentre l'isolamento posteriore opera a una temperatura inferiore grazie al gradiente termico del rivestimento. Selezionare i materiali in base alle temperature calcolate o misurate nel rivestimento, applicando il margine progettuale necessario per punti caldi locali, cicli termici e invecchiamento.

I requisiti variano in base al processo e alla giurisdizione. Ad esempio, le attuali linee guida per determinati inceneritori di sottoprodotti di origine animale in Inghilterra prescrivono gas di scarico a 850 °C per due secondi oppure a 1100 °C per 0,2 secondi. Le attuali linee guida per i crematori in Gran Bretagna stabiliscono le condizioni operative in base al tipo di crematore e di sistema di abbattimento e richiedono un tempo minimo di permanenza di due secondi nella camera secondaria, fatto salvo quanto previsto dall'autorizzazione e dalle condizioni approvate dall'autorità competente. Questi valori sono requisiti di combustione, non temperature per la scelta dei refrattari.

Nessun mattone, calcestruzzo refrattario, malta o prodotto isolante VITCAS rende da solo conforme un inceneritore o un crematore. La conformità dipende dal progetto completo dell'impianto, dall'alimentazione autorizzata, dal controllo della combustione, dal monitoraggio, dalla tenuta ai gas, dal trattamento dei fumi, dall'esercizio e dalla manutenzione.

Installazione, maturazione ed essiccazione controllata

Prima della demolizione, ispezionare il rivestimento esistente e la carpenteria metallica. Registrare dimensioni, spessori degli strati, giunti di dilatazione, ancoraggi, aperture dei bruciatori, posizioni dei sensori e geometria della camera. La rimozione del refrattario può rivelare corrosione, percorsi preferenziali del calore e delaminazioni nascoste che devono essere risolti prima della posa del nuovo materiale.

Dosare accuratamente l'acqua, utilizzare attrezzature pulite e seguire le istruzioni aggiornate per ciascun calcestruzzo refrattario o malta. L'acqua in eccesso può aumentare porosità, ritiro e tempi di essiccazione. Posare e compattare i calcestruzzi refrattari entro il relativo tempo di lavorabilità, mantenere i giunti dei mattoni entro lo spessore prescritto e installare gli strati in fibra con la compressione, le sovrapposizioni e gli ancoraggi richiesti.

Il refrattario umido contiene acqua che deve essere eliminata mediante un ciclo di essiccazione controllato. Un riscaldamento rapido può generare pressione interna di vapore, fessurazioni o distacchi esplosivi. Il programma dipende dal prodotto, dallo spessore, dal volume complessivo della riparazione, dalla maturazione a temperatura ambiente, dalla ventilazione e dalla geometria dell'impianto. L'aspetto asciutto della superficie o il completamento del tempo di maturazione dichiarato a temperatura ambiente non autorizzano il funzionamento alla massima temperatura.

Ispezione, manutenzione e riparazione

• Monitorare l'andamento delle temperature dell'involucro: confrontare misurazioni termografiche o a contatto effettuate in condizioni operative equivalenti e analizzare eventuali nuovi punti caldi.
• Ispezionare lo strato caldo: verificare la presenza di giunti aperti, mattoni spostati, perdita di sezione, vetrificazione, penetrazione chimica, distacchi e danni da urto.
• Controllare le aree monolitiche: valutare le fessure in base a larghezza, profondità, posizione e movimento, non soltanto all'aspetto.
• Esaminare ancoraggi e interfacce: ancoraggi esposti, deformati o corrosi e spazi vuoti tra i materiali possono indicare un cedimento più profondo.
• Ispezionare i sistemi in fibra: individuare fessure da ritiro, moduli danneggiati, fissaggi allentati, erosione e involucro esposto.
• Preservare la tenuta ai gas: controllare porte, attraversamenti, condotti e giunti dell'involucro per individuare perdite o infiltrazioni d'aria.
• Registrare le riparazioni: conservare i dati relativi a lotto del materiale, posizione, dimensioni, metodo di posa, maturazione, essiccazione controllata e ispezione successiva alla messa in servizio.

Una riparazione localizzata è appropriata soltanto quando il rivestimento mantenuto in opera e gli ancoraggi sono integri. Danni ricorrenti, fessurazioni diffuse, attacco chimico profondo, punti caldi anomali o perdita della geometria della camera possono richiedere il rifacimento parziale o completo del rivestimento e un'indagine sulle cause operative.

Arresto in sicurezza e manutenzione dei refrattari

Prima di accedere a un inceneritore o crematore o di intervenire al suo interno, isolare e mettere in sicurezza le fonti di energia legate a combustibile, elettricità, impianti idraulici, pneumatici e componenti meccanici. Consentire un raffreddamento adeguato, verificare l'atmosfera e determinare se si applicano le procedure per spazi confinati. Ceneri, depositi e refrattari usati possono contenere residui di processo pericolosi; valutarli prima delle operazioni di taglio, spazzamento, rimozione o smaltimento.

Consultare le schede di dati di sicurezza aggiornate dei prodotti di rivestimento nuovi ed esistenti. Controllare la polvere alla fonte e scegliere la protezione delle vie respiratorie, degli occhi, della pelle e gli altri dispositivi in base alla valutazione COSHH specifica dell'attività. Fibre ceramiche, fibre biosolubili e refrattari cementizi possono avere classificazioni e requisiti di manipolazione differenti nonostante l'aspetto simile. Non affidarsi esclusivamente ai DPI quando il confinamento, i metodi a umido o un'idonea aspirazione possono ridurre l'esposizione.

Domande frequenti

È possibile utilizzare lo stesso refrattario negli inceneritori e nei crematori?

Alcune famiglie di materiali possono essere utilizzate in entrambi, ma l'idoneità dipende dalla zona e dal processo. La composizione chimica dell'alimentazione, le ceneri e l'abrasione negli inceneritori possono differire notevolmente dai ripetuti cicli discontinui e dalla geometria regolamentata delle camere di un crematore.

Qual è il miglior refrattario per il rivestimento di un inceneritore?

Non esiste un materiale universalmente migliore. Lo strato caldo deve essere scelto in base a temperatura, composizione chimica delle ceneri, abrasione, urti, cicli termici e geometria, mentre strati isolanti separati controllano la dispersione termica e la temperatura dell'involucro.

Qual è la differenza tra i mattoni refrattari al 42% e al 60% di allumina?

Il mattone al 42% di allumina indicato è classificato per 1430 °C, mentre quello al 60% di allumina è classificato per 1600 °C. Il contenuto di allumina e la temperatura sono soltanto alcuni dei criteri di selezione; per la zona effettiva occorre confrontare i dati relativi a carico, porosità, abrasione, shock termico e resistenza chimica.

È preferibile utilizzare mattoni o calcestruzzo refrattario?

La muratura offre elementi definiti, giunti e possibilità di sostituzione localizzata. Il calcestruzzo refrattario consente di realizzare forme monolitiche e complesse intorno ad aperture, bruciatori e riparazioni, ma richiede miscelazione, posa, ancoraggio, maturazione ed essiccazione controllati. Molti rivestimenti combinano entrambe le soluzioni.

Il calcestruzzo refrattario 1700 è un materiale isolante?

È un calcestruzzo refrattario denso per lo strato caldo. La resistenza alla temperatura e la funzione strutturale non lo rendono equivalente a un calcestruzzo refrattario isolante a bassa densità o a uno strato in fibra. Per la progettazione delle dispersioni termiche, utilizzare i dati di conducibilità termica.

Il materassino in fibra ceramica può essere utilizzato come strato caldo esposto?

Soltanto quando la classe specificata, il sistema di fissaggio e le condizioni superficiali sono verificati per temperatura, velocità dei gas, abrasione e composizione chimica. Un materassino adatto come isolamento posteriore protetto può erodersi rapidamente se esposto direttamente alla fiamma del bruciatore o al movimento delle ceneri.

Qual è la differenza tra materassini, pannelli e moduli in fibra?

Il materassino è flessibile, il pannello è rigido e i moduli sono elementi compressi installati secondo uno schema definito. Ogni formato presenta requisiti differenti in termini di giunzione, supporto, ritiro e velocità dei gas.

Un materiale classificato per 1700 °C significa che l'inceneritore può funzionare a 1700 °C?

No. Il valore pubblicato rappresenta il limite del materiale nelle condizioni dichiarate, non un'autorizzazione alla temperatura di esercizio dell'impianto. Le zone dei bruciatori possono inoltre esporre il rivestimento a temperature e flussi termici differenti rispetto alla lettura della camera.

850 °C è la temperatura di esercizio richiesta per ogni inceneritore e crematore?

No. I requisiti dipendono dal processo, dall'alimentazione, dall'impianto, dalla giurisdizione e dall'autorizzazione. Alcune linee guida attuali prevedono 850 °C con un tempo di permanenza definito, ma possono essere applicate condizioni differenti. Attenersi all'autorizzazione dell'impianto e alle condizioni operative approvate dall'autorità competente.

Quale malta deve essere utilizzata con i mattoni refrattari?

La malta deve essere compatibile con la composizione chimica dei mattoni, la temperatura, l'atmosfera e lo spessore dei giunti prescritto. Vitset 45 e Vitset 80 rispondono a diversi requisiti di contenuto di allumina e condizioni di esercizio; verificare i dati tecnici aggiornati e la combinazione approvata di mattoni e malta.

VITPLAST 45AB può essere utilizzato per una riparazione di emergenza?

È destinato a riparazioni rapide mediante pestellatura su rivestimenti refrattari compatibili. L'area danneggiata deve comunque essere arrestata in sicurezza, preparata e compattata, quindi rimessa in servizio seguendo una procedura di riscaldamento approvata. Non deve essere utilizzato per nascondere cedimenti strutturali o degli ancoraggi.

Perché è necessaria l'essiccazione controllata dei refrattari?

I calcestruzzi refrattari e le malte contengono acqua d'impasto. Un riscaldamento troppo rapido può creare pressione di vapore all'interno del rivestimento e provocare fessurazioni o distacchi esplosivi. Utilizzare un programma di essiccazione specifico per il prodotto e l'installazione.

Il rifacimento del rivestimento può modificare le prestazioni del crematore?

Sì. Le modifiche al volume della camera secondaria, ai percorsi tortuosi, ai flussi d'aria o alla posizione relativa dei sensori possono influire sul tempo di permanenza dei gas e sulla verifica della combustione. Preservare la geometria approvata oppure predisporre nuovi calcoli e una nuova messa in servizio.

Che cosa causa i punti caldi sull'involucro esterno?

Tra le possibili cause vi sono la perdita di spessore del rivestimento, giunti aperti, isolamento spostato, ritiro delle fibre, ancoraggi deteriorati, spazi vuoti intorno agli attraversamenti o variazioni delle condizioni operative. Confrontare le misurazioni a carichi equivalenti e ispezionare l'intero sistema di rivestimento.

Quando è necessario sostituire il rivestimento di un inceneritore anziché ripararlo localmente?

Valutare la sostituzione parziale o completa quando i danni sono diffusi, il materiale mantenuto in opera è debole, gli ancoraggi sono compromessi, la penetrazione chimica è profonda, la geometria della camera è cambiata o le riparazioni locali si deteriorano ripetutamente.

I materiali refrattari possono ridurre le emissioni?

Un rivestimento integro e ben isolato contribuisce a mantenere la temperatura di progetto, la tenuta ai gas e la geometria della camera, favorendo il controllo della combustione. Non sostituisce il controllo dell'alimentazione, i bruciatori, il monitoraggio dell'ossigeno e della temperatura, la verifica del tempo di permanenza o il trattamento dei fumi.