كيف يتم استخدام مبادلات PTFE في التسخين المسبق لهواء الاحتراق بغاز المداخن الحمضي؟
ترك رسالة
غازات العادم الصادرة من الغلاية أو الفرن عبارة عن خليط من الغازات الساخنة المشبعة ببخار الماء-والمواد الكيميائية الحمضية الناتجة عن الكبريت والكلور ومنتجات الاحتراق. إذا تم إطلاق هذا الغاز إلى المدخنة فقط، فسيتم فقدان حرارته المعقولة والطاقة الكامنة في بخار الماء. يمكن استعادة هذه الحرارة المنخفضة الدرجة المسببة للتآكل بأمان ونقلها إلى تيار هواء الاحتراق الوارد عن طريق مبادل حراري PTFE، المثبت في الطرف البارد لنظام المداخن. يعمل المبادل الحراري على تحسين الكفاءة الحرارية ويقاوم المكثفات الضارة التي تفسد المعدات المعدنية التقليدية.
يعمل نظام غاز مداخن الهواء الذي يعمل بالتسخين المسبق لمبادل PTFE الحالي في واحدة من أكثر الظروف عدوانية في المعالجة الحرارية الصناعية. يتم وضع المبادل في المنطقة الأكثر عدوانية في المدخنة حيث يسقط المطر الحمضي.
لماذا يقتل غاز المداخن الحمضي المبادلات التقليدية؟
وعندما تبرد غازات الاحتراق، يتكثف بخار الماء من العادم.
توليد نقطة الندى الحمضية
يحتوي غاز المداخن عادةً على:
ثاني أكسيد الكبريت (SO2)
ثالث أكسيد الكبريت SO3
كلوريد الهيدروجين HCl
بخار الماء
عندما تنخفض درجة الحرارة إلى أقل من نقطة الندى الحمضية، تمتزج هذه المواد الكيميائية مع الرطوبة المكثفة لتوليد سوائل شديدة التآكل مثل:
حامض الكبريتيك.
* حمض الهيدروكلوريك
يتم تحديد نقطة الندى الحمضية الدقيقة بواسطة:
كبريت الوقود
التلوث بالكلور
تركيز الرطوبة
الهواء الزائد للاحتراق
تكوين الغازات المكدسة
في العديد من الأنظمة، تؤدي منطقة التكثيف هذه إلى تحلل الفولاذ الكربوني وحتى المبادلات الحرارية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ بسرعة.
مشكلة التآكل البارد-النهاية
تهاجم المكثفات الحمضية سطح الأنابيب في اقتصاديات المعادن التقليدية مما يسبب "تآكل النهاية الباردة".
أوضاع الفشل النموذجية هي:
تأليب التآكل
ترقق الجدران بشكل عام
تكسير التآكل الإجهادي (SCC)
هجوم الكبريتات والودائع
بمجرد بدء التكثيف، يزداد معدل التآكل بسرعة.
التعامل مع التكثيف الحمضي باستخدام مبادل PTFE
يقدم PTFE إجابة مختلفة تمامًا من حيث أنه خامل كيميائيًا للمكثفات الحمضية.
هيكل أنابيب PTFE
لتصميم نموذجي:
تدفق غاز المداخن الساخن عبر جانب الصدفة
يقوم هواء الاحتراق البارد بمسح أنابيب PTFE.
عندما يبرد غاز المداخن تحت نقطة الندى الحمضية، سوف تتكثف الرطوبة الحمضية مباشرة على السطح الخارجي لأنابيب PTFE.
ليس هذا هو الحال بالنسبة للأسطح المعدنية، حيث لا يتأثر PTFE تمامًا.
مقاومة أحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك
يتمتع PTFE بمقاومة قوية جدًا لما يلي:
مكثفات حمض الكبريتيك
قطرات من حمض الهيدروكلوريك
كلوريد-محمل بالرطوبة
رواسب الكبريتات الحمضية
تضمن المناعة الكيميائية للمبادل استمرار تشغيله في منطقة التكثيف، حيث تتحلل المبادلات المعدنية بسرعة.
استرداد الحرارة الكامنة لغاز المداخن
ليس فقط استعادة الحرارة بشكل معقول، ولكن تكثيف الحرارة الكامن يعطي أكبر تحسين في الكفاءة.
التكثيف كمصدر للطاقة
عند تكثيف بخار الماء:
إطلاق كميات كبيرة من الحرارة الكامنة
يتم نقل هذه الحرارة عبر جدار أنبوب PTFE إلى تدفق هواء الاحتراق الوارد.
الموصلية الحرارية لـ PTFE منخفضة إلى حد ما مقارنة بالمعادن ولكن المبادل يعوض عن:
مساحة كبيرة لنقل الحرارة
أنابيب رقيقة الجدار
آليات نقل الحرارة بالتكثيف
تسخين هواء الاحتراق
يتم بعد ذلك تسخين هواء الاحتراق مسبقًا ويدخل إلى نظام الموقد عند درجة حرارة أعلى.
وهذا يقلل من الوقود اللازم لتحقيق:
درجة حرارة اللهب المستهدفة
درجة حرارة الفرن
إنتاج البخار في المرجل
يمكن أن يؤدي التوفير في الوقود إلى تعزيز الكفاءة الحرارية الإجمالية بعدة نقاط مئوية.
مزايا الأسطح الكارهة للماء
فائدة تشغيلية هامة أخرى لـ PTFE هي أن .
تصريف المكثفات
يعمل سطح PTFE الأملس-غير اللاصق على تعزيز الرطوبة الحمضية من أجل:
قطرات الرذاذ
استنزاف جيدا.
تجنب تراكم الفيلم
وهذا يقلل من إنتاج طبقات كبيرة من السوائل العازلة التي من شأنها أن تقلل من كفاءة نقل الحرارة.
والنتيجة:
تحسين الأداء الحراري
قاذورات أقل.
صيانة أقل تواترا
حدود درجات الحرارة وتصميم النظام
ومع ذلك، لا يزال يتعين الحفاظ على الحدود الحرارية لـ PTFE بشكل صحيح.
أقصى درجة حرارة مستمرة
عادة ما تكون حدود PTFE حول:
درجة حرارة الخدمة المستمرة 110 درجة
وبالتالي، يجب أن يكون موضع المبادل عند نقطة تكون فيها درجة حرارة غاز المداخن أقل بالفعل من هذا الحد أو تم تخفيضها إلى أقل من هذه النقطة.
إستراتيجيات -التبريد المسبق
بعض الطرق الشائعة هي:
تخفيف خلط الهواء
تبريد الغاز المنبع
مراحل استعادة الحرارة- قيد التنفيذ
تجاوز السيطرة على العادم
التحكم الحراري الجيد يحمي أنابيب PTFE من الحرارة الزائدة والتشوه الميكانيكي.
إدارة المكثفات
تعد معالجة المكثفات الحمضية جانبًا مهمًا في تصميم النظام.
تصميم نظام الصرف الصحي
يتكون المبادل من:
مناطق التجميع على منحدر
مصارف مقاومة للتآكل
الإزالة المستمرة للمكثفات
يمكن أن يؤدي تجميع المكثفات إلى إعاقة انتقال الحرارة وتعزيز التلوث.
متطلبات التحييد
السائل الحمضي المتجمع عادة ما يكون:
تحييد قبل التخلص منها
تمت معالجة أنظمة مياه الصرف الصحي
مراقبة الامتثال لدرجة الحموضة
قد تحتوي المكثفات على مكونات حمض الكبريتيك والهيدروكلوريك المركزة، وبشكل عام لا يمكن إطلاقها دون معالجة.
نظام الملاحظات
متطلبات التنظيف على جانب الصدفة-.
مع مرور الوقت، قد يتراكم-جسيمات من السخام أو الرماد أو بقايا الاحتراق على جانب غلاف المبادل.
للحفاظ على الأداء، تحتوي الأنظمة عادةً على ما يلي:
نافخات السخام
أنظمة رش غسيل المياه
الغسيل الكيميائي بشكل دوري
فتحات التفتيش التي يمكن الوصول إليها
ونظرًا لأن مادة PTFE خاملة كيميائيًا، فيمكن استخدام عمليات تنظيف صارمة دون الإضرار بأسطح الأنابيب.
الفوائد بالمقارنة مع اقتصاديات المعادن
توفر مبادلات PTFE مزايا تشغيلية متنوعة في خدمة استعادة الأحماض.
مقاومة للتآكل
لا يعتمد PTFE على: على عكس الأنظمة المعدنية:
أفلام أكسيد التخميل
مثبطات التآكل
الطلاءات الواقية الذبيحة
لا يمثل PTFE مشكلة بالنسبة للتآكل البارد-الذي يؤدي إلى تآكل موفرات المعادن.
موثوقية طويلة المدى
يمكن لمبادلات PTFE تقديم:
تمديد الحياة العملية
أداء حراري ثابت
انخفاض نفقات الصيانة
تقليل فرصة تسرب الحمض
خاصة في الكبريت- أو الكلوريد-الذي يحتوي على تيارات العادم.
الاستخدام الصناعي
يتم استخدام أنظمة استرداد حرارة غاز المداخن PTFE بشكل متزايد في:
محرقة للنفايات
غلايات زيت الوقود والكبريت
سخانات للعمليات الكيميائية
أنظمة احتراق الكتلة الحيوية
أفران معالجة المعادن
تنتج هذه التطبيقات عمومًا تيارات عادم مكثفة حمضية عدوانية غير متوافقة مع معدات استرداد الحرارة المعدنية التقليدية.
خاتمة:
يوفر المبادل الحراري PTFE خيارًا قويًا مقاومًا للتآكل لاستعادة الحرارة المهدرة من تيارات غاز المداخن الحمضية. يسمح المبادل بالتكثيف المباشر للرطوبة على أنابيب PTFE الخاملة كيميائيًا مع مجموعة من الحرارة المعقولة والكامنة، ومقاومة آمنة للاعتداء بواسطة حمض الكبريتيك والهيدروكلوريك.
يتم توفير الطاقة المستردة إلى هواء الاحتراق الداخل وبالتالي تقليل استهلاك الوقود وتعزيز الكفاءة الحرارية الإجمالية. بالطبع متطلبات التصميم مثل الصرف الجيد للمكثفات، والتنظيف الدوري على جانب القشرة والإدارة الحذرة لدرجة الحرارة تظل مهمة، خاصة وأن PTFE يقتصر على الاستخدام المستمر تحت حوالي 110 درجة.
في ظروف المداخن المسببة للتآكل حيث تكون أدوات التوفير التقليدية عرضة للهجوم الحمضي البارد-، تعمل تقنية PTFE على تحويل عملية التكثيف الضارة إلى مصدر مفيد للطاقة القابلة للاسترداد. يتم دعم الطريق نحو خفض استهلاك الوقود وتقليل انبعاثات الكربون بشكل متزايد من خلال المواد التي يمكنها تحمل الزوايا الأكثر عدوانية كيميائيًا في قطاع المعالجة الحرارية.
