PL195191B1 - Element grzejny do regeneracyjnego wymiennika ciepła i sposób wytwarzania elementu grzejnego - Google Patents

Abstract

1. Element grzejny do regeneracyjnego wymiennika ciepla, w postaci profilowanej i emaliowanej blachy stalowej, znamienny tym, ze emaliowana powierzchnia blachy posiada powloke z tworzywa fluorowego. 4. Sposób wytwarzania elementu grzejnego dla regeneracyjnych wymienników ciepla, w którym zwoje stalowe profiluje sie za pomoca walców profilowych i wycina z nich elementy grzejne o zada- nych wymiarach, przy czym blache stalowa emaliuje sie, znamienny tym, ze na emaliowana po- wierzchnie blachy stalowej naklada sie powloke z tworzywa fluorowego. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest element grzejny do regeneracyjnego wymiennika ciepła, wykonany w postaci profilowanej płyty stalowej.

Tego rodzaju elementy grzejne są powszechnie znane. Duża liczba elementów grzejnych tworzy masę akumulacyjną regeneracyjnego wymiennika ciepła. Masie akumulacyjnej potrzebnej do wymiany ciepła stawia się szczególne wymagania eksploatacyjne podczas stosowania w korozyjnie agresywnych i/lub zapylonych strumieniach gazu. Dotyczy to, przykładowo, masy akumulacyjnej na stronie zimnej podgrzewaczy powietrza, w których temperatura masy akumulacyjnej, przynajmniej okresowo, znajduje się poniżej punktu rosy kwasu siarkowego i w połączeniu z pyłem lotnym tworzą się korozyjnie agresywne osady. Podobne problemy występują w podgrzewaczach gazu służących do ponownego nagrzania gazu oczyszczonego z płuczek spalin, gdzie oprócz oddziaływania kwasów i pyłu na powierzchniach grzewczych występuje odkładanie się środków sorpcyjnych lub środków zobojętniających oraz produktów z instalacji oczyszczania spalin. Dlatego więc wymaga się, aby masa akumulacyjna była wystarczająco odporna na korozję a osady można było łatwo usuwać przez przedmuchanie lub płukanie. Wymogi te powinny spełniać znane, na przykład, z niemieckiego opisu patentowego DE 3207213C2, masy akumulacyjne wykonane z emaliowanych profili blach stalowych lub materiały akumulacyjne z tworzywa sztucznego. Znany jest również (np. z polskiego opisu patentowego PL 190740) sposób wytwarzania elementu grzejnego dla regeneracyjnych wymienników ciepła charakteryzujący się tym, że elementy te profiluje się za pomocą walców profilowych.

Emaliowane blachy stalowe mają jednak tę wadę, że emalia jest wprawdzie relatywnie dobrze odporna na działanie takich kwasów jak kwas siarkowy i kwas solny, natomiast nie jest odporna na występujący w spalinach kwas fluorowodorowy, jak również nie jest odporna przez wystarczająco długi czas na działanie zasad sprzyjających tworzeniu się kwaśnych gazów, spowodowanych, na przykład, osadami środków zobojętniających (dodatki lub środki sorpcyjne). Osady te, ze względu na relatywnie dobrą zwilżalność emalii przywierają silniej lub słabiej do powierzchni. Materiał akumulacyjny z taniego tworzywa sztucznego sprawdza się tylko do pewnego stopnia. W wyniku złożonego obciążenia (obciążenie zmianami temperatury, oddziaływaniem chemicznym) materiał wykrusza się zbyt szybko i ulega uszkodzeniu. Ze względu na relatywnie niską wytrzymałość mechaniczną masy akumulacyjne z tworzywa sztucznego nie dają się czyścić przy użyciu typowego ciśnienia nadmuchu lub płukania. Dalszą wadą jest mała zdolność akumulowania ciepła i mała przewodność cieplna tworzyw sztucznych, co nie jest korzystne przy stosowaniu tworzyw sztucznych jako materiału akumulacyjnego i wymaga kompensacji poprzez powiększenie masy akumulacyjnej.

W celu wyeliminowania problemu wzrostu kruchości i starzenia tworzywa sztucznego, zaproponowano specjalne materiały akumulacyjne z polimerów fluorowych, jak PTFE (policzterofluoroetylen), opisane w opisie patentowym DE 195 12 351 C1. Polimery fluorowe są prawie chemicznie obojętne i mają, jak wiadomo, taką dalszą zaletę, że charakteryzują się szczególną antyadhezyjnością w stosunku do zanieczyszczeń. Materiał ten jest jednak znacznie droższy w porównaniu z emaliowanymi blachami stalowymi i nie daje się wytwarzać w sposób ekonomiczny w dowolnych kształtach i wymiarach. Z tych względów zastosowanie mas akumulacyjnych, wytworzonych w całości z tworzyw fluorowych ogranicza się do ich zastosowań jako warstwy zimnej o grubości, która wynosi ok. 300 mm, co wymusza stosowanie dodatkowego zbiornika z masą akumulacyjną i tym samym zwiększa koszty konstrukcyjne. Oprócz tego tworzywa fluorowe mają tę wadę, że charakteryzują się małą zdolnością akumulowania ciepła i małą przewodnością cieplną i nie mogą w sposób ekonomiczny być kształtowane w postaci profilowej, korzystnej dla przechodzenia ciepła.

Zadaniem wynalazku jest wykonanie elementu grzejnego wymienionego na wstępie rodzaju, który odporny jest również na oddziaływanie kwasu fluorowodorowego, ma własności antyadhezyjne dla zanieczyszczeń i mimo tego posiada dobrą zdolność akumulowania ciepła i względnie dobrą przewodność cieplną.

Element grzejny do regeneracyjnego wymiennika ciepła w postaci profilowanej i emaliowanej blachy stalowej zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że emaliowana powierzchnia blachy posiada powłokę z tworzywa fluorowego.

Ochronę przed korozją uzyskuje się poprzez emaliowanie. Dlatego przenikalność tworzywa fluorowego (PTFE) nie ma dużego znaczenia, i wobec tego wystarczy wykonanie cienkiej powłoki tworzywa PTFE. Gwarantuje ona własności antyadhezyjne i ze względu na niewielką grubość warstwy wpływa tylko nieznacznie na zdolność akumulowania ciepła i przewodność cieplną.

PL 195 191 B1

Grubość warstwy PTFE wynosi korzystnie od 10 do 50 pm, gdyż w przybliżeniu do tej grubości warstwy można nanosić tworzywo PTFE w jednej operacji technologicznej.

Dla zwiększenia ochrony przed korozją warstwę emalii wykonuje się korzystnie w postaci odpornej na kwasy.

Sposób wytwarzania elementu grzejnego, przeprowadzany w następujących etapach: najpierw zwoje stali profiluje się za pomocą walców profilowych i wycina się elementy grzejne o żądanych wymiarach, po czym element grzejny emaliuje się i zgodnie z wynalazkiem w kolejnym etapie na emaliowaną powierzchnię blachy stalowej nakłada się powłokę z tworzywa fluorowego.

Nieoczekiwanie okazało się, że cienka warstwa tworzywa fluorowego o grubości wynoszącej przykładowo 10 do 50 pm, przywiera wystarczająco dobrze do emalii, bez konieczności specjalnej obróbki wstępnej powierzchni emaliowanej. Dla poprawienia przyczepności można stosować szorstkowanie warstwy emaliowej.

Powlekanie tworzywem fluorowym może odbywać się zasadniczo jednowarstwowo lub wielowarstwowo.

Z emaliowanych i powlekanych tworzywem fluorowym profili elementów grzejnych można otrzymać w sposób szczególnie efektywny masę akumulacyjną, która jest odporna na korozję i antyadhezyjna wobec zanieczyszczeń oraz nie posiada wad konstrukcyjnych i wad termotechnicznych lub ograniczeń dotyczących sposobu pracy, gdyż taka masa akumulacyjna jest optymalna dla wymiany ciepła, straty ciśnienia i stabilności mechanicznej i umożliwia stosowanie wypróbowanych profili z blachy stalowej, a cienka warstwa tworzywa fluorowego tylko nieznacznie wpływa (praktycznie wcale) na zdolność wymiany ciepła. Dalszą zaletą sposobu wytwarzania zgodnego z wynalazkiem jest to, że powlekanie tworzywem fluorowym może się odbywać z użyciem urządzeń stosowanych zwykle do emaliowania blach grzejnych i tym samym do produkcji nie są konieczne żadne dodatkowe aparaty i urządzenia.

Właściwości antyadhezyjne w stosunku do zanieczyszczeń zgodnego z wynalazkiem profilu elementu grzejnego zmniejsza lub nawet całkowicie ogranicza powstawanie na profilach warstw zanieczyszczeń zwiększających straty ciśnienia. Przynosi to korzyści eksploatacyjne, ponieważ wówczas okresy między operacjami czyszczenia masy akumulacyjnej, konieczne po wystąpieniu maksymalnej dopuszczalnej straty ciśnienia, mogą być przedłużone i tym samym wytwarzane są również mniejsze ilości ścieków. Jeśli pomimo to tworzą się osady, to przywierają one do tworzywa fluorowego mniej intensywnie i dają się oczyścić z użyciem niższego ciśnienia nadmuchu lub płukania i dlatego do czyszczenia konieczna jest mniejsza ilość medium do zdmuchiwania i mniejsza ilość wody płuczącej.

Dla uzyskania lepszej efektywności ekonomicznej instalacji kotłowej, w podgrzewaczach powietrza dąży się do uzyskania możliwie niskiej temperatury wylotowej spalin (temperatura spalin po przepłynięciu wymiennika ciepła) i tym samym do możliwie niskiej temperatury zimnego końca wymiennika ciepła. W przypadku spalin zapylonych występowały dotychczas ograniczenia dotyczące zbyt szybkiego tworzenia się osadów i złej zdolności oczyszczania.

Dzięki profilowanym blachom grzewczym według wynalazku, antyadhezyjnym wobec zanieczyszczeń, utrudnia się tworzenie się osadów nawet przy ekstremalnym spadku temperatury poniżej punktu rosy lub co najmniej zapewnia się lepsze ich opanowanie, co w rezultacie pozwala na bardziej efektywne obniżanie temperatury spalin. Niższa temperatura spalin oznacza zaś wyższą sprawność kotła i tym samym mniejszą emisję CO2, a urządzenia dołączone do podgrzewacza powietrza (elektrofiltry, instalacja oczyszczania spalin) mogą mieć mniejsze gabaryty.

Dzięki zgodnej z wynalazkiem kombinacji powlekania, w instalacji do selektywnej redukcji tlenków azotu (SCR-De NOx) w regeneracyjnych wymiennikach ciepła można również łatwiej oczyszczać osady siarczanów amonowych, tworzące się na gorącej warstwie, tj. warstwę środkową.

Zgodny z wynalazkiem element grzejny oraz sposób wytwarzania elementu grzejnego opisano niżej posługując się przykładem wykonania.

Element grzejny składa się z płyty stalowej, która po wyprofilowaniu przygotowywana jest do emaliowania przez odtłuszczanie lub trawienie. Po wykonaniu emaliowania z użyciem emalii odpornej na kwasy, na emaliowaną powierzchnię nanosi się tworzywo fluorowe (np. PTFE) o grubości warstwy od 10 do 50 pm bez stosowania obróbki wstępnej, na przykład przez natryskiwanie, suszenie i termostatowanie. Dla poprawienia przyczepności przed nałożeniem powłoki z tworzywa fluorowego można wykonać szorstkowanie powierzchni emalii, na przykład przez lekkie piaskowanie, trawienie kwasem fluorowym lub zasadą.

Powlekanie może być wykonane jako powlekanie jednowarstwowe lub wielowarstwowe.

PL 195 191 B1

Według preferowanej postaci wykonania na emalię nanosi się dobrze przywierającą warstwę gruntującą polimeru fluorowego i na nią warstwę kryjącą polimeru fluorowego, bez stosowania obróbki wstępnej.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Elementgizzjnydd reegneraacjneegwymiennikkcieeła,w ppstaaiprofilowaneji emaliowanej blachy stalowej, znamienny tym, że emaliowana powierzchnia blachy posiada powłokę z tworzywa fluorowego.
2. 2. Element grazj ww^e^^g zzasz. 1, zznmieeny tym, że ppwłoSk z twarzzwa fluorowaeg ppsiada grubość warstwy od 10 do 50 gm.
3. 3. Element grzejny według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia emaliowana jest kwasoodporna.
4. 4. Sposób wytwarzania elementu grzejnego dla regeneracyjnych wymienników ciepła, w którym zwoje stalowe profiluje się za pomocą walców profilowych i wycina z nich elementy grzejne o żądanych wymiarach, przy czym blachę stalową emaliuje się, znamienny tym, że na emaliowaną powierzchnię blachy stalowej nakłada się powłokę z tworzywa fluorowego.
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że powierzchnię emaliowaną blachy stalowej szorstkuje się.
6. 6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że powłokę z tworzywa fluorowego nakłada się jednowarstwowo lub wielowarstwowo.