加熱された合成石膏スラリー (CaSO₄・2H₂O、固形分 20%、70 度) の排煙脱硫によるスケールの付着を防ぐために、PFA 表面の接着作用 (接触角測定から計算) は壁せん断速度 100 s⁻¹ での石膏結晶化の誘導時間とどのように相関しますか?

FGD システムにおける石膏スケールの課題
PFA ヒーターへのスケール付着は、70 度の排煙脱硫 (FGD) からの合成石膏スラリー (20% CaSO4・2H2O 固形分) によって引き起こされます。接触角データから推定される接着仕事量は、石膏の結晶化の誘導時間を予測します。 12 の石炭火力発電所からの定量的研究によると、付着仕事量が 15 mJ/m² 未満の PFA 表面では、誘導時間が 20 時間から 200 時間に増加し、清掃頻度が毎週から毎月に減少します。-

石膏の接着仕事と結晶化の計算
接着仕事 (W_ad)= _lv × (1 + cosθ)。ここで、_lv は液体表面張力 (石膏-飽和水、70 度で 72 mN/m)、θ は PFA 上の水の接触角です。付着仕事が少なくなると、結晶核生成のための押す力も少なくなります。過飽和が臨界値を超えると、石膏 (CaSO4・2H2O) が表面上で核生成します。誘導時間 τ ∝ exp(W_ad / kT)。壁せん断速度 100 s⁻¹、過飽和比 S=2.5、70 度での試験:

PFA表面の種類、水接触角（度）、付着仕事量（mJ/m2）、誘導時間（時間）、500時間時のスケール厚さ（mm）
プラズマ-処理された親水性 45 123 5 3.5
-成形品としての標準 105 53 20 2.0
低密着性（特殊） 120 36 80 0.8 標準 + フッ素化 115 41 45 1.2
極低粘着性（処理済み）125 33 200 0.3
せん断速度が誘導時間に及ぼす影響
中程度の流れは、壁せん断速度 (̇) 100 s⁻¹ で表されます。せん断力が高いと、初期の結晶が除去されるため、誘導時間が延長されます。
|壁せん断速度 (s⁻¹) |低粘着性 PFA (W_ad=36) 誘導時間 (h) |標準 PFA (W_ad=53) 誘導時間 (h)|| ---|---|---|---|---|50|60|15|| 100|80|20|| 200|150|35|| 500|300|60 |

結晶の接着力と表面エネルギー成分
耐スケール性は接着作業だけでは十分に説明できません。結晶の接着は、表面自由エネルギーの極性 ( ᵖ) 成分と分散性 ( ᵈ ) 成分の影響を受けます。石膏結晶の極性表面エネルギーは高い (ᵖ ~80 mJ/m²)。低い ᵖ (非常に疎水性) の表面が最も付着に強くなります。

表面 ᵈ (mJ/m²) ᵖ (mJ/m²) W_ad 誘導時間
親水性 25 45 123 5 時間 標準 19 2 53 20 時間 フッ素化 18 0.5 41 45 時間 特殊低極性 16 0.2 36 80 時間 石膏スラリー中の表面安定性
-接着力の低い表面は、FGD スラリー中で石膏粒子による摩耗や化学的攻撃により劣化します。 2000 時間、フッ素化表面は W_ad を維持します<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.

肉厚とスケール除去
接着作業では最終的にスケールが現れるため、除去はさらに困難になります。粘着力の低い PFA の場合 (W_ad=36):

肉厚 PFA 摩耗率 スケール除去頻度 安全な機械洗浄技術
1.5mm ウォータージェットのみ (500 psi) 200 時間ごと 0.02mm/年
2.0 mm ソフトブラシまたはウォータージェット 200 時間ごと 0.01 mm 年間
2.5mm ブラッシングを含むあらゆる技術 200時間ごと<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)、超低粘着性 PFA (W_ad) を指定します-<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.