Hoe worden PTFE-wisselaars gebruikt bij het voorverwarmen van verbrandingslucht met zuur rookgas?

Uitlaatgassen van een ketel of oven zijn een mengsel van hete, waterdamp-verzadigde gassen met zure chemicaliën die worden geproduceerd door zwavel, chloor en verbrandingsproducten. Als dit gas alleen maar in de schoorsteen terechtkomt, gaan de voelbare warmte en de latente energie in de waterdamp verloren. Deze corrosieve warmte van lage kwaliteit kan veilig worden teruggewonnen en overgebracht naar de binnenkomende verbrandingsluchtstroom door middel van een PTFE-warmtewisselaar, gemonteerd in het koude uiteinde van het rookgasafvoersysteem. De warmtewisselaar verbetert de thermische efficiëntie en is bestand tegen het schadelijke condensaat dat conventionele metalen apparatuur bederft.

Het huidige PTFE-wisselaar voorverwarmen van verbrandingslucht-rookgassysteem werkt in een van de meest agressieve omstandigheden in industriële thermische verwerking. De warmtewisselaar wordt op de meest agressieve plek van de schoorsteen geplaatst waar de zure regen valt.

Waarom zuur rookgas conventionele warmtewisselaars doodt
Terwijl de verbrandingsgassen afkoelen, condenseert waterdamp uit de uitlaatgassen.

Generatie van zuurdauwpunt
Rookgas bevat doorgaans:

Zwaveldioxide (SO2)

Zwaveltrioxide SO3

Waterstofchloride HCl

Waterdamp

Wanneer de temperatuur onder het zure dauwpunt daalt, vermengen deze chemicaliën zich met gecondenseerd vocht, waardoor zeer corrosieve vloeistoffen ontstaan, zoals:

Zwavelzuur;

* Zoutzuur

Het precieze zuurdauwpunt wordt bepaald door:

Brandstof zwavel

Chloorvervuiling

Concentratie van vocht

Overtollige lucht voor verbranding

De samenstelling van schoorsteengassen

In veel systemen breekt deze condensaatzone koolstofstaal en zelfs roestvrijstalen warmtewisselaars snel af.

Het probleem van kou-Maak een einde aan corrosie
Zuur condensaat tast het oppervlak van buizen in conventionele metalen economizers aan en veroorzaakt "koude-eindcorrosie."

Typische faalmodi zijn:

Putcorrosie

Algemene verdunning van de muren

Spanningscorrosiescheuren (SCC)

Sulfaataantasting en afzettingen

Zodra de condensatie begint, neemt de corrosiesnelheid snel toe.

Omgaan met zure condensatie met een PTFE-wisselaar
PTFE biedt een fundamenteel ander antwoord, omdat het chemisch inert is voor zuur condensaat.

PTFE-buisstructuur
Voor een typisch ontwerp:

Stroom van heet rookgas langs de schaalzijde

Koude verbrandingslucht spoelt de PTFE-buizen.

Naarmate het rookgas afkoelt tot onder het zure dauwpunt, condenseert zuur vocht direct op de buitenkant van de PTFE-buizen.

Dit is niet het geval voor metalen oppervlakken, waar PTFE totaal onaangetast blijft.

Weerstand tegen zoutzuur en zwavelzuur
PTFE heeft een zeer sterke weerstand tegen:

Zwavelzuurcondensaat

Druppeltjes zoutzuur

Chloride-geladen vocht

Zure sulfaatafzettingen

De chemische immuniteit van de wisselaar zorgt voor een voortdurende werking in het condensatiegebied, waar metaalwisselaars snel degraderen.

Latente warmteterugwinning van rookgassen
Niet alleen verstandige warmteterugwinning, maar latente warmtecondensatie geeft de grootste efficiëntieverbetering.

Condensatie als energiebron
Over condensatie van waterdamp:

Het vrijkomen van grote hoeveelheden latente warmte

Deze warmte wordt via de wand van de PTFE-buis overgebracht naar de binnenkomende verbrandingsluchtstroom.

De thermische geleidbaarheid van PTFE is vrij laag in vergelijking met metalen, maar de wisselaar compenseert:

Groot gebied voor warmteoverdracht

dunwandige buizen

Mechanismen voor condensatiewarmteoverdracht

Verbrandingslucht voorverwarmen
De verbrandingslucht wordt vervolgens voorverwarmd en komt met een hogere temperatuur het brandersysteem binnen.

Dit vermindert de brandstof die nodig is om het volgende te bereiken:

Doelvlamtemperatuur

Oven temperatuur

Stoomproductie in een ketel

De besparingen op brandstof kunnen zodanig zijn dat de algehele thermische efficiëntie met enkele procentpunten wordt verbeterd.

Voordelen van hydrofobe oppervlakken
Een ander belangrijk operationeel voordeel van PTFE is dat.

Afvoer van condensaat
Het gladde, niet-klevende PTFE-oppervlak bevordert zuur vocht om:

Druppels

Goed laten uitlekken.

Vermijd filmophoping

Dit minimaliseert de productie van grote lagen isolatievloeistof, die anders de efficiëntie van de warmteoverdracht zouden verminderen.

En het resultaat:

Verbeterde thermische prestaties

Minder vervuiling.

Minder frequent onderhoud

Temperatuurgrenzen en het ontwerpen van het systeem
De thermische grenzen van PTFE moeten echter nog steeds goed worden gehandhaafd.

Maximale temperatuur continu
Beperkingen van PTFE zijn doorgaans rond:

Continue bedrijfstemperatuur 110 graden

De positie van de wisselaar moet dus op een punt liggen waar de rookgastemperatuur al onder die grens ligt of tot onder dit punt is gedaald.

Strategieën voor voorkoeling-
Enkele veel voorkomende manieren zijn:

Verdunningslucht mengen

Gaskoeling stroomopwaarts

Fasen van warmteterugwinning in-proces

Bypass-controle van de uitlaat

Een goede thermische controle beschermt de PTFE-buizen tegen oververhitting en mechanische vervorming.

Condensaatbeheer
Zure condensaatbehandeling is een belangrijk aspect van het systeemontwerp.

Ontwerp van drainagesysteem
De wisselaar bestaat uit:

Verzamelzones op een helling

Corrosiebestendige afvoeren

Continue condensafvoer

Het ophopen van condensaat kan de warmteoverdracht belemmeren en vervuiling bevorderen.

Vereisten voor neutralisatie
De verzamelde zure vloeistof is meestal:

Geneutraliseerd vóór verwijdering

Afvalwatersystemen werden behandeld

Toezicht op de naleving van de pH

Het condensaat kan geconcentreerde zwavel- en zoutzuurbestanddelen bevatten en kan in de regel niet zonder behandeling vrijkomen.

Opmerking Systeem
Reinigingsvereisten aan de schaal-Zijkant
Na verloop van tijd kan zich een ophoping van deeltjes- van roet, as of verbrandingsresten aan de mantelzijde van de warmtewisselaar voordoen.

Om de prestaties op peil te houden, bevatten systemen meestal het volgende:

Roetblazers

Waterwassproeisystemen

Periodiek chemisch wassen

Toegankelijke inspectieopeningen

Omdat PTFE chemisch inert is, kunnen strenge reinigingsprocessen worden toegepast zonder de buisoppervlakken te beschadigen.

Voordelen vergeleken met metaaleconomisers
PTFE-wisselaars bieden verschillende operationele voordelen bij de zuurterugwinning.

Corrosiebestendig
PTFE is niet afhankelijk van: in tegenstelling tot metalen systemen:

Passiveringsoxidefilms

Corrosieremmers

opofferende beschermende coatings

PTFE is geen probleem voor de koude-eindcorrosie die metaaleconomisers aantast.

Betrouwbaarheid op lange termijn
PTFE-wisselaars kunnen bieden:

Verlengde levensduur

Stabiele thermische prestaties

Lagere onderhoudskosten

Verminderde kans op zuurlekkage

vooral in zwavel{0}} of chloride-houdende uitlaatstromen.

Industrieel gebruik
PTFE rookgaswarmteterugwinningssystemen worden steeds vaker toegepast in:

Verbrandingsinstallatie voor afval

Ketels met stookoliezwavel

Verwarmingselementen voor chemische processen

Biomassa verbrandingssystemen

Ovens voor metaalverwerking

Deze toepassingen produceren over het algemeen agressieve zure condensaatuitlaatstromen die niet compatibel zijn met conventionele metalen warmteterugwinningsapparatuur.

Conclusie:
De PTFE-warmtewisselaar biedt een robuuste, corrosiebestendige optie voor het terugwinnen van afvalwarmte uit zure rookgasstromen. De wisselaar maakt directe condensatie van vocht op chemisch inerte PTFE-buizen mogelijk, waarbij zowel voelbare als latente warmte wordt verzameld, en veilige weerstand tegen aantasting door zwavelzuur en zoutzuur.

De teruggewonnen energie wordt aan de binnenkomende verbrandingslucht geleverd, waardoor het brandstofverbruik wordt verlaagd en de algehele thermische efficiëntie wordt verhoogd. Natuurlijk blijven ontwerpvereisten zoals een goede condensafvoer, periodieke reiniging aan de schaalzijde en voorzichtig temperatuurbeheer belangrijk, vooral omdat PTFE beperkt is tot continu gebruik onder ongeveer 110 graden.

In corrosieve omstandigheden waarbij conventionele economizers gevoelig zijn voor koude{0}}zuuraanvallen, zet de PTFE-technologie een schadelijk condensatieproces om in een nuttige bron van herstelbare energie. De route naar een lager brandstofverbruik en een lagere CO2-uitstoot wordt steeds meer ondersteund door materialen die bestand zijn tegen de chemisch meest agressieve hoeken van de thermische processector.