Como os trocadores de PTFE são usados ​​no pré-aquecimento do ar de combustão com gás de combustão ácido?

Os gases de exaustão de uma caldeira ou fornalha são uma mistura de gases quentes, saturados de vapor de água-com produtos químicos ácidos produzidos por enxofre, cloro e produtos de combustão. Se este gás for simplesmente libertado para a chaminé, o seu calor sensível e a energia latente no vapor de água são perdidos. Este calor corrosivo de baixo grau pode ser recuperado com segurança e transferido para a corrente de ar de combustão que entra por meio de um trocador de calor de PTFE, instalado na extremidade fria do sistema de combustão. O trocador de calor melhora a eficiência térmica e resiste à condensação prejudicial que danifica os equipamentos metálicos convencionais.

O atual sistema de gases de combustão do ar de combustão de pré-aquecimento do trocador de PTFE opera em uma das condições mais agressivas no processamento térmico industrial. O permutador é colocado na zona mais agressiva da chaminé onde cai a chuva ácida.

Por que o gás de combustão ácido mata os trocadores convencionais
À medida que os gases de combustão esfriam, o vapor de água se condensa no escapamento.

Geração de ponto de orvalho ácido
O gás de combustão normalmente contém:

Dióxido de enxofre (SO2)

Trióxido de enxofre SO3

Cloreto de hidrogênio HCl

Vapor de água

À medida que a temperatura cai abaixo do ponto de orvalho ácido, esses produtos químicos se misturam com a umidade condensada para gerar líquidos altamente corrosivos, como:

Ácido sulfúrico;

* Ácido clorídrico

O ponto de orvalho ácido preciso é determinado por:

Enxofre de combustível

Poluição por cloro

Concentração de umidade

Excesso de ar para combustão

A composição dos gases de chaminé

Em muitos sistemas, esta zona condensada degrada rapidamente os trocadores de calor de aço carbono e até mesmo de aço inoxidável.

O problema da corrosão-final a frio
O condensado ácido ataca a superfície dos tubos em economizadores de metal convencionais, causando "corrosão-a frio".

Os modos de falha típicos são:

Corrosão por picada

Desbaste geral das paredes

Fissuração por corrosão sob tensão (SCC)

Ataque e depósitos de sulfato

Uma vez iniciada a condensação, a taxa de corrosão aumenta rapidamente.

Lidando com condensação ácida com um trocador de PTFE
O PTFE oferece uma resposta fundamentalmente diferente, pois é quimicamente inerte ao condensado ácido.

Estrutura da tubulação de PTFE
Para um design típico:

Fluxo de gás de combustão quente através do lado do casco

O ar de combustão frio limpa os tubos de PTFE.

À medida que o gás de combustão esfria abaixo do ponto de orvalho ácido, a umidade ácida se condensará diretamente na parte externa dos tubos de PTFE.

Este não é o caso das superfícies metálicas, onde o PTFE não é totalmente afetado.

Resistência aos ácidos clorídrico e sulfúrico
O PTFE tem uma resistência muito forte a:

Condensado de ácido sulfúrico

Gotículas de ácido clorídrico

Umidade carregada-de cloreto

Depósitos de sulfato ácido

A imunidade química do trocador garante sua operação contínua na região de condensação, onde os trocadores metálicos se degradam rapidamente.

Recuperação de calor latente de gases de combustão
Não apenas a recuperação de calor sensível, mas também a condensação de calor latente proporciona a maior melhoria de eficiência.

Condensação como fonte de energia
Sobre condensação de vapor de água:

A liberação de grandes quantidades de calor latente

Este calor é transferido através da parede do tubo de PTFE para o fluxo de ar de combustão que entra.

A condutividade térmica do PTFE é bastante baixa em comparação com os metais, mas o permutador compensa:

Grande área para transferência de calor

tubulação de parede fina

Mecanismos de transferência de calor por condensação

Pré-aquecimento do ar de combustão
O ar de combustão é então pré-aquecido e entra no sistema do queimador a uma temperatura mais elevada.

Isto reduz o combustível necessário para alcançar:

Temperatura alvo da chama

Temperatura do forno

Produção de vapor em caldeira

A poupança de combustível pode ser tal que aumente a eficiência térmica global em vários pontos percentuais.

Vantagens das superfícies hidrofóbicas
Outro benefício operacional significativo do PTFE é que.

Drenagem de Condensado
A superfície lisa e antiaderente de PTFE promove a umidade ácida para:

Gotas

Escorra bem.

Evite acúmulo de filme

Isto minimiza a produção de grandes camadas de fluido isolante que, de outra forma, reduziriam a eficiência da transferência de calor.

E o resultado:

Melhor desempenho térmico

Menos sujo.

Manutenção menos frequente

Limites de temperatura e projeto do sistema
Contudo, os limites térmicos do PTFE ainda precisam ser mantidos adequadamente.

Temperatura máxima contínua
As limitações do PTFE são normalmente em torno de:

Temperatura de serviço contínua 110 graus

Assim, a posição do permutador tem de estar num ponto onde a temperatura do gás de combustão já esteja abaixo desse limite ou tenha diminuído abaixo deste ponto.

Estratégias para pré-{0}}resfriamento
Algumas formas comuns são:

Mistura de ar de diluição

Resfriamento de gás a montante

Fases de recuperação de calor em-processo

Controle de bypass do escapamento

Um bom controle térmico protege os tubos de PTFE contra superaquecimento e distorção mecânica.

Gerenciamento de Condensado
O tratamento de condensado ácido é um aspecto importante do projeto do sistema.

Projeto do Sistema de Drenagem
O trocador será composto por:

Zonas de coleta em declive

Drenos resistentes à corrosão

Remoção contínua de condensado

O acúmulo de condensado pode impedir a transferência de calor e promover incrustações.

Requisitos para Neutralização
O líquido ácido coletado geralmente é:

Neutralizado antes do descarte

Os sistemas de águas residuais foram tratados

Monitoramento de conformidade de pH

O condensado pode conter componentes concentrados de ácido sulfúrico e clorídrico e em geral não pode ser liberado sem tratamento.

Sistema de notas
Requisitos de limpeza no lado-do casco
Com o tempo, pode ocorrer acúmulo de partículas-de fuligem, cinzas ou resíduos de combustão no lado da carcaça do trocador.

Para manter o desempenho, os sistemas geralmente contêm o seguinte:

Sopradores de fuligem

Sistemas de pulverização de lavagem com água

Lavagem química periodicamente

Aberturas de inspeção acessíveis

Como o PTFE é quimicamente inerte, processos de limpeza rigorosos podem ser usados ​​sem danificar as superfícies do tubo.

Benefícios em comparação com economizadores de metal
Os trocadores de PTFE oferecem diversas vantagens operacionais no serviço de recuperação de ácido.

Resistente à corrosão
O PTFE não depende de: ao contrário dos sistemas metálicos:

Filmes de óxido de passivação

Inibidores de corrosão

revestimentos protetores sacrificiais

O PTFE não é um problema para a corrosão-a frio que corrói os economizadores de metal.

Confiabilidade a longo prazo
Os trocadores de PTFE podem oferecer:

Vida útil prolongada

Desempenho térmico em estado estacionário

Menores despesas de manutenção

Chance reduzida de vazamento de ácido

especialmente em fluxos de exaustão- ou cloreto-contendo enxofre.

Uso Industrial
Os sistemas de recuperação de calor de gases de combustão PTFE são cada vez mais utilizados em:

Incinerador para resíduos

Caldeiras com Enxofre de Óleo Combustível

Aquecedores para processos químicos

Sistemas de combustão de biomassa

Fornos para processamento de metal

Essas aplicações geralmente produzem fluxos agressivos de exaustão de condensado ácido que são incompatíveis com equipamentos convencionais de recuperação de calor metálico.

Conclusão:
O trocador de calor PTFE oferece uma opção robusta e resistente à corrosão para recuperar o calor residual de fluxos de gases de combustão ácidos. O trocador permite a condensação direta de umidade em tubos de PTFE quimicamente inertes com coleta de calor sensível e latente e resistência segura ao ataque de ácido sulfúrico e clorídrico.

A energia recuperada é fornecida ao ar de combustão que entra, reduzindo assim o consumo de combustível e aumentando a eficiência térmica geral. É claro que os requisitos de projeto, como boa drenagem de condensado, limpeza periódica no lado do casco e gerenciamento cauteloso da temperatura, permanecem importantes, especialmente porque o PTFE é limitado ao uso contínuo abaixo de cerca de 110 graus.

Em condições corrosivas de pilha, onde os economizadores convencionais são propensos a ataques ácidos-a frio, a tecnologia PTFE converte um processo de condensação prejudicial em uma fonte benéfica de energia recuperável. O caminho para reduzir o consumo de combustível e diminuir as emissões de carbono é cada vez mais apoiado por materiais que podem resistir aos cantos mais quimicamente agressivos do setor de processos térmicos.