酸性排ガスで燃焼空気を予熱する場合、PTFE 交換器はどのように使用されますか?

ボイラーや炉からの排気ガスは、高温の水蒸気飽和ガスと、硫黄、塩素、燃焼生成物によって生成される酸性化学物質との混合物です。{0}このガスが単にスタックに放出されると、その顕熱と水蒸気の潜エネルギーが失われます。この腐食性の低級熱は、煙道システムの低温端に取り付けられた PTFE 熱交換器によって安全に回収され、流入する燃焼空気流に伝達されます。熱交換器は熱効率を向上させ、従来の金属製機器を傷める有害な凝縮水を防ぎます。

現在の PTFE 熱交換器予熱燃焼空気排ガス システムは、工業用熱処理において最も過酷な条件の 1 つで動作します。熱交換器は、酸性雨が降る煙突の最も攻撃的な領域に設置されます。

酸性排ガスが従来の熱交換器を破壊する理由
燃焼ガスが冷えると、水蒸気が排気から凝縮します。

酸露点の発生
煙道ガスには通常、次のものが含まれます。

二酸化硫黄 (SO2)

三酸化硫黄SO3

塩化水素 HCl

水蒸気

温度が酸露点を下回ると、これらの化学物質は凝縮した水分と混合し、次のような腐食性の高い液体が生成されます。

硫酸;

※塩酸

正確な酸露点は次のように決定されます。

燃料硫黄

塩素汚染

水分の濃度

燃焼用の余分な空気

排ガスの組成

多くのシステムでは、この凝縮ゾーンが炭素鋼、さらにはステンレス鋼の熱交換器を急速に劣化させます。

低温端腐食の問題-
酸性凝縮水が従来の金属製エコノマイザーのチューブの表面を攻撃し、「コールドエンド腐食」を引き起こします。{0}}

典型的な障害モードは次のとおりです。

孔食

一般的な壁の薄化

応力腐食割れ（SCC）

硫酸塩の攻撃と堆積物

結露が始まると、腐食速度が急速に増加します。

PTFE 交換器による酸性凝縮の処理
PTFE は、酸性凝縮物に対して化学的に不活性であるという点で、根本的に異なる答えを提供します。

PTFEチューブの構造
一般的な設計の場合:

シェル側を横切る高温排ガスの流れ

冷たい燃焼空気が PTFE チューブをフラッシュします。

排ガスが酸性露点以下に冷えると、酸性の水分が PTFE チューブの外側に凝縮します。

これは金属表面には当てはまらず、PTFE はまったく影響を受けません。

塩酸および硫酸に対する耐性
PTFE は以下に対して非常に強い耐性を持っています。

硫酸縮合物

塩酸の液滴

塩化物-水分を多く含む

酸性硫酸塩の堆積物

交換器の化学的耐性により、金属交換器が急速に劣化する凝縮領域での継続的な動作が保証されます。

排ガス潜熱回収
顕熱回収だけでなく、潜熱凝縮も最大の効率向上をもたらします。

エネルギー源としての凝縮
水蒸気の凝縮について:

大量の潜熱の放出

この熱は PTFE チューブの壁を介して流入する燃焼空気流に伝達されます。

PTFE の熱伝導率は金属に比べてかなり低いですが、熱交換器は次の点を補います。

熱伝達のための広い領域

薄肉チューブ

凝縮熱伝達メカニズム

燃焼空気の予熱
燃焼用空気は予熱され、より高温でバーナー システムに入ります。

これにより、以下を達成するために必要な燃料が削減されます。

目標火炎温度

炉温度

ボイラーでの蒸気生成

燃料の節約により、全体の熱効率が数パーセント向上する可能性があります。

疎水性表面の利点
PTFE のもう 1 つの重要な運用上の利点は次のとおりです。

凝縮水の排水
滑らかで非粘着性の PTFE 表面は、酸性湿気を促進して次のような効果をもたらします。-

水滴

よく水を切ります。

膜の蓄積を避ける

これにより、熱伝達効率を低下させる大きな絶縁流体層の生成が最小限に抑えられます。

そして結果:

熱性能の向上

汚れが少ない。

メンテナンスの頻度が少なくなる

温度制限とシステムの設計
ただし、PTFE の熱限界は依然として適切に維持される必要があります。

連続最高温度
PTFE には通常、次のような制限があります。

連続使用温度110度

したがって、熱交換器の位置は、排ガス温度がすでにその限界値を下回っているか、この温度以下に低下している位置にある必要があります。

事前冷却の戦略-
一般的な方法としては次のようなものがあります。

希釈空気混合

ガス冷却上流

熱回収段階が進行中-

排気のバイパス制御

優れた熱制御により、PTFE チューブが過熱や機械的歪みから保護されます。

凝縮水の管理
酸性凝縮水の処理はシステム設計の重要な側面です。

排水システムの設計
交換器は次のもので構成されます。

斜面上の採集ゾーン

耐食性ドレン

ドレンの継続的な除去

凝縮水が溜まると熱伝達が妨げられ、汚れが促進される可能性があります。

無力化の要件
収集される酸性液体は通常次のとおりです。

廃棄前に中和する

廃水システムが処理されました

pHのコンプライアンス監視

凝縮液には濃硫酸成分と濃塩酸成分が含まれている可能性があり、一般に処理しなければ放出できません。

ノートシステム
シェル側のクリーニング要件-
時間の経過とともに、熱交換器のシェル側にすす、灰、燃焼残留物の微粒子が蓄積することがあります。{0}

パフォーマンスを維持するために、通常、システムには次のものが含まれています。

スートブロワー

水洗スプレーシステム

定期的に化学洗浄を行う

アクセス可能な点検口

PTFE は化学的に不活性であるため、チューブの表面を損傷することなく厳密な洗浄プロセスを使用できます。

メタルエコノマイザーと比較したメリット
PTFE 交換器は、酸回収サービスにおいてさまざまな運用上の利点をもたらします。

耐食性
PTFE は金属系とは異なり、以下のものに依存しません。

不動態酸化膜

腐食防止剤

犠牲保護コーティング

PTFE は、金属エコノマイザーを侵食する低温端の腐食に対しては問題ありません。{0}

長期的な信頼性
PTFE エクスチェンジャーは以下を提供できます。

耐用年数の延長

定常状態の熱性能

メンテナンス費用の削減

酸漏れの可能性の低減

特に硫黄-または塩化物-を含む排気流では。

産業用
PTFE 排ガス熱回収システムは、以下の用途で採用されることが増えています。

廃棄物焼却炉

重油硫黄を使用したボイラー

化学プロセス用ヒーター

バイオマス燃焼システム

金属加工用炉

これらの用途は一般に、従来の金属製熱回収装置と互換性のない、攻撃的な酸性凝縮排ガス流を生成します。

結論：
PTFE 熱交換器は、酸性煙道ガス流からの廃熱を回収するための堅牢な耐食性オプションを提供します。この熱交換器は、顕熱と潜熱の両方を収集し、硫酸や塩酸による攻撃に対する安全な耐性を備え、化学的に不活性な PTFE チューブ上で水分を直接凝縮させることができます。

回収されたエネルギーは流入する燃焼用空気に供給されるため、燃料消費量が削減され、全体的な熱効率が向上します。もちろん、特に PTFE は約 110 度未満の連続使用に制限されているため、良好な凝縮水の排水、シェル側の定期的な洗浄、慎重な温度管理などの設計要件は依然として重要です。

従来のエコノマイザーがコールドエンドの酸攻撃を受けやすい腐食性煙突条件において、PTFE テクノロジーは有害な凝縮プロセスを有益な回収可能なエネルギー源に変換します。{0}燃料消費量の削減と炭素排出量の削減への道は、熱プロセス部門の最も化学的に攻撃的な部分に耐えることができる材料によってますます支持されています。