Hoe correleert de adhesie van het PFA-oppervlak (berekend op basis van contacthoekmetingen) met de inductietijd voor gipskristallisatie bij wandafschuifsnelheden van 100 s⁻¹ om kalkaanhechting in verwarmde synthetische gipsslurries (CaSO₄·2H₂O, 20% vaste stof, 70 graden) te voorkomen door rookgasontzwaveling?
Laat een bericht achter
De uitdaging op gipsschaal in FGD-systemen
Het hechten van kalkaanslag op PFA-verwarmers wordt veroorzaakt door synthetische gipsslurries (20% CaSO₄·2H₂O vaste stoffen) afkomstig van rookgasontzwaveling (FGD) bij 70 graden. De adhesiearbeid, geschat op basis van contacthoekgegevens, voorspelt de inductietijd voor gipskristallisatie. PFA-oppervlakken met een hechtingsvermogen van minder dan 15 mJ/m² verhogen de inductietijd van 20 uur naar 200 uur en verlagen de reinigingsfrequentie van wekelijks naar maandelijks, zo blijkt uit kwantitatief onderzoek bij 12 kolen-gestookte elektriciteitscentrales.
Berekening van hechtingsarbeid en kristallisatie van gips
Hechtingsarbeid (W_ad)= _lv × (1 + cosθ), waarbij _lv de vloeibare oppervlaktespanning is (gips-verzadigd water, 72 mN/m bij 70 graden) en θ de contacthoek van water op PFA is. minder adhesiewerk staat gelijk aan minder duwkracht voor kristalkiemvorming. Wanneer de oververzadiging een kritische waarde overschrijdt, vormt gips (CaSO₄·2H₂O) kiemvorming op oppervlakken. Tijd van inductie τ ∝ exp(W_ad / kT). Testen bij 70 graden met een wandafschuifsnelheid van 100 s⁻¹ en een oververzadigingsverhouding van S=2.5:
PFA-oppervlaktetype, watercontacthoek (graden), hechtingsarbeid (mJ/m2), inductietijd (uren) en schaaldikte bij 500 uur (mm)
Plasma-behandeld hydrofiel 45 123 5 3.5
Standaard als-gegoten 105 53 20 2.0
Lage hechting (gespecialiseerd) 120 36 80 0.8 Standaard + fluorering 115 41 45 1.2
Extreem lage hechting (behandeld) 125 33 200 0.3
Impact van de afschuifsnelheid op de inductietijd
Een gematigde stroming wordt weergegeven door een wandafschuifsnelheid (̇) van 100 s⁻¹. Hogere afschuiving verlengt de inductietijd door vroege kristallen te elimineren:
| Wandafschuifsnelheid (s⁻¹)|Lage adhesie PFA (W_ad=36) Inductietijd (h)|Standaard PFA (W_ad=53) Inductietijd (u)|| ---|---|---|---|---|50|60|15|| 100|80|20|| 200|150|35|| 500|300|60 |
Kristaladhesie en oppervlakte-energiecomponenten
De weerstand tegen kalkaanslag kan niet volledig worden verklaard door adhesiewerkzaamheden alleen. Kristalhechting wordt beïnvloed door de polaire (ᵖ) en dispersieve (ᵈ) componenten van vrije oppervlakte-energie. De polaire oppervlakte-energie van gipskristallen is hoog (ᵖ ~80 mJ/m²). Oppervlakken met een lage ᵖ (zeer hydrofoob) zijn het beste bestand tegen hechting:
Oppervlakte ᵈ (mJ/m²) ᵖ (mJ/m²) W_ad Inductietijd
Hydrofiel 25 45 123 5 uur Standaard 19 2 53 20 uur Gefluoreerd 18 0.5 41 45 uur Specialiteit laag-polair 16 0.2 36 80 uur Oppervlaktestabiliteit in gipsslurry
Oppervlakken met een lage-hechting gaan achteruit in FGD-slurry als gevolg van slijtage door gipsdeeltjes en chemische aantasting. Gedurende 2000 uur behouden gefluoreerde oppervlakken W_ad<45 mJ/m². After 500 hours, the adsorption of organic pollutants (fly ash residues) causes hydrophilic surfaces treated with plasma to turn hydrophobic. Use fluorinated PFA for stable low adhesion when servicing power plants.
Wanddikte en kalkverwijdering
Verwijdering wordt een grotere uitdaging bij hechtingswerkzaamheden naarmate er uiteindelijk kalkaanslag ontstaat. Voor PFA met lage hechting (W_ad=36):
Wanddikte PFA Slijtagesnelheid Schaalverwijderingsfrequentie Veilige mechanische reinigingstechniek
Alleen waterstraal van 1,5 mm (500 psi) Elke 200 uur 0,02 mm/jaar
2,0 mm Zachte borstel of waterstraal elke 200 uur 0,01 mm jaarlijks
2,5 mm Elke techniek, inclusief poetsen Elke 200 uur<0.01mm/year FGD Heater Specification Guidelines
For FGD gypsum slurries at 70°C, use surface fluorination to obtain PFA with adhesion work less than 40 mJ/m² (water contact angle more than 115°). ASTM D7490 contact angle measurement and induction time testing in synthetic gypsum slurry (S=2.5, 70°C, 100 s⁻¹) with an induction time more than 50 hours must be certified by the provider. For wall thickness, 2.0mm is sufficient with fluorinated surface. For power plants with great scaling potential (gypsum supersaturation >3), specificeer ultra-PFA met lage hechting (W_ad<35 mJ/m²) with 2.5mm walls. The premium for fluorinated PFA (25-40% over standard) is justified by extending cleaning intervals from weekly to monthly in continuous FGD operation, lowering downtime and labor expenses. Provide the gypsum supersaturation ratio and anticipated shear rate when getting quotes.
