Com s'utilitzen els intercanviadors de PTFE per preescalfar l'aire de combustió amb gasos de combustió àcids?

Els gasos d'escapament d'una caldera o d'un forn són una barreja de vapor d'aigua calent-gasos saturats amb substàncies químiques àcides produïdes pel sofre, el clor i els productes de la combustió. Si aquest gas només s'allibera a la pila, es perd la seva calor sensible i l'energia latent del vapor d'aigua. Aquesta calor corrosiva de baixa qualitat es pot recuperar i transferir amb seguretat al corrent d'aire de combustió d'entrada mitjançant un intercanviador de calor de PTFE, instal·lat a l'extrem fred del sistema de fums. L'intercanviador de calor millora l'eficiència tèrmica i resisteix el condensat nociu que fa malbé els equips metàl·lics convencionals.

L'actual sistema de gasos de combustió de preescalfament de l'intercanviador de PTFE funciona en una de les condicions més agressives en el processament tèrmic industrial. L'intercanviador es col·loca a la zona més agressiva de la xemeneia on cau la pluja àcida.

Per què els gasos de combustió àcids mata als intercanviadors convencionals
Quan els gasos de combustió es refreden, el vapor d'aigua es condensa fora de l'escapament.

Generació de punt de rosada àcid
Els gasos de combustió solen contenir:

Diòxid de sofre (SO2)

Triòxid de sofre SO3

Clorur d'hidrogen HCl

Vapor d'aigua

Quan la temperatura baixa per sota del punt de rosada àcid, aquests productes químics es barregen amb la humitat condensada per generar líquids altament corrosius com ara:

àcid sulfúric;

* Àcid clorhídric

El punt de rosada àcid precís es determina per:

Combustible sofre

Contaminació per clor

Concentració d'humitat

Excés d'aire per a la combustió

La composició dels gasos de la chimeneia

En molts sistemes, aquesta zona de condensat degrada ràpidament l'acer al carboni i fins i tot els intercanviadors de calor d'acer inoxidable.

El problema de la corrosió-per fred
El condensat àcid ataca la superfície dels tubs dels economitzadors metàl·lics convencionals provocant "corrosió de l'extrem-fred".

Els modes de fallada típics són:

Corrosió per picadura

Aprimament general de les parets

Fissures per corrosió per tensió (SCC)

Atac i dipòsits de sulfats

Un cop comença la condensació, la velocitat de corrosió augmenta ràpidament.

Tractament de la condensació àcida amb un intercanviador de PTFE
El PTFE ofereix una resposta fonamentalment diferent, ja que és químicament inert al condensat àcid.

Estructura de tubs de PTFE
Per a un disseny típic:

Flux de gas de combustió calent pel costat de la carcassa

L'aire de combustió fred neteja els tubs de PTFE.

A mesura que el gas de combustió es refreda per sota del punt de rosada àcid, la humitat àcida es condensarà directament a l'exterior dels tubs de PTFE.

Aquest no és el cas de les superfícies metàl·liques, on el PTFE no es veu totalment afectat.

Resistència als àcids clorhídric i sulfúric
El PTFE té una resistència molt forta a:

Condensat d'àcid sulfúric

Gotetes d'àcid clorhídric

Humitat-carregada de clorur

Dipòsits de sulfat àcid

La immunitat química de l'intercanviador garanteix el seu funcionament continu a la regió de condensació, on els intercanviadors de metalls es degraden ràpidament.

Recuperació de calor latent de gasos de combustió
No només la recuperació de calor sensible, sinó la condensació de calor latent ofereix la millora més gran de l'eficiència.

La condensació com a font d'energia
Sobre la condensació del vapor d'aigua:

Alliberament de grans quantitats de calor latent

Aquesta calor es transfereix a través de la paret del tub de PTFE al flux d'aire de combustió entrant.

La conductivitat tèrmica del PTFE és bastant baixa en comparació amb els metalls, però l'intercanviador compensa:

Àmplia zona per a la transferència de calor

tubs de paret prima

Mecanismes de transferència de calor per condensació

Preescalfament de l'aire de combustió
A continuació, l'aire de combustió s'escalfa prèviament i entra al sistema del cremador a una temperatura més alta.

Això redueix el combustible necessari per aconseguir:

Temperatura objectiu de la flama

Temperatura del forn

Producció de vapor en una caldera

L'estalvi de combustible pot ser tal que millori l'eficiència tèrmica global en diversos punts percentuals.

Avantatges de les superfícies hidrofòbiques
Un altre benefici operatiu significatiu del PTFE és que.

Drenatge de condensats
La superfície llisa i antiadherent de-PTFE promou la humitat àcida per:

Gotes

Escorreu bé.

Eviteu l'acumulació de pel·lícules

Això minimitza la producció de grans capes de fluid aïllant que, d'altra manera, reduirien l'eficiència de transferència de calor.

I el resultat:

Rendiment tèrmic millorat

Menys incrustacions.

Manteniment menys freqüent

Límits de temperatura i disseny del sistema
Tanmateix, els límits tèrmics del PTFE encara s'han de mantenir correctament.

Temperatura màxima contínua
Les limitacions del PTFE solen estar al voltant de:

Temperatura de servei continu 110 graus

Així, la posició de l'intercanviador ha d'estar en un punt on la temperatura dels gasos de combustió ja estigui per sota d'aquest límit o s'hagi reduït per sota d'aquest punt.

Estratègies per a la-refrigeració prèvia
Algunes maneres habituals són:

Mescla d'aire de dilució

Refrigeració de gas aigües amunt

Fases de recuperació de calor en-procés

Control de bypass d'escapament

Un bon control tèrmic protegeix els tubs de PTFE del sobreescalfament i la distorsió mecànica.

Gestió de condensats
El tractament de condensats àcids és un aspecte important del disseny del sistema.

Disseny del sistema de drenatge
L'intercanviador estarà format per:

Zones de recollida en pendent

Desguàs resistents a la corrosió

Eliminació contínua de condensats

L'agrupació del condensat pot impedir la transferència de calor i promoure la contaminació.

Requisits per a la neutralització
El líquid àcid recollit sol ser:

Neutralitzat abans de l'eliminació

Es van tractar sistemes d'aigües residuals

Monitorització del compliment del pH

El condensat pot contenir components d'àcid sulfúric i clorhídric concentrats i, en general, no es pot alliberar sense tractament.

Sistema de notes
Requisits de neteja al costat de la-shell
Amb el temps, es pot produir una acumulació de partícules-de sutge, cendres o residus de combustió al costat de la carcassa de l'intercanviador.

Per mantenir el rendiment, els sistemes solen contenir el següent:

Bufadors de sutge

Sistemes de neteja amb aigua

Rentat químic periòdicament

Obertures d'inspecció accessibles

Com que el PTFE és químicament inert, es poden utilitzar processos de neteja rigorosos sense danyar les superfícies del tub.

Beneficis en comparació amb els economitzadors de metalls
Els intercanviadors de PTFE ofereixen diversos avantatges operatius en el servei de recuperació d'àcids.

Resistent a la corrosió
El PTFE no depèn de: a diferència dels sistemes metàl·lics:

Pel·lícules d'òxid de passivació

Inhibidors de corrosió

recobriments protectors de sacrifici

El PTFE no és un problema per a la corrosió de l'extrem-fred que consumeix els economitzadors metàl·lics.

Fiabilitat a llarg termini
Els intercanviadors de PTFE poden oferir:

Vida laboral allargada

Rendiment tèrmic en estat estacionari

Menor despeses de manteniment

Possibilitat reduïda de fuites d'àcid

especialment en corrents d'escapament que contenen sofre- o clorur-.

Ús industrial
Els sistemes de recuperació de calor de gasos de combustió de PTFE s'utilitzen cada cop més a:

Incineradora de residus

Calderes amb Fuel Oil Sofre

Escalfadors per a processos químics

Sistemes de combustió de biomassa

Forns per al processament de metalls

Aquestes aplicacions generalment produeixen corrents d'escapament de condensats àcids agressius que són incompatibles amb els equips de recuperació de calor metàl·lics convencionals.

Conclusió:
L'intercanviador de calor de PTFE ofereix una opció resistent a la corrosió per recuperar la calor residual dels corrents de gasos de combustió àcids. L'intercanviador permet la condensació directa de la humitat en tubs de PTFE químicament inerts amb recollida de calor sensible i latent, i resistència segura a l'atac per àcid sulfúric i clorhídric.

L'energia recuperada es subministra a l'aire de combustió que entra, reduint així el consum de combustible i augmentant l'eficiència tèrmica global. Per descomptat, els requisits de disseny, com ara un bon drenatge de condensats, la neteja periòdica del costat de la carcassa i la gestió prudent de la temperatura segueixen sent importants, sobretot perquè el PTFE es limita a un ús continu per sota d'uns 110 graus.

En condicions d'acumulació corrosives on els economitzadors convencionals són propensos a l'atac àcid-fred, la tecnologia PTFE converteix un procés de condensació perjudicial en una font beneficiosa d'energia recuperable. La via per reduir el consum de combustible i la disminució de les emissions de carboni està cada cop més recolzada per materials que poden suportar els racons químicament més agressius del sector del procés tèrmic.