За титаниев електрически нагревател, използван за поддържане на 60 градуса в система за нагряване на бункер с електростатичен филтър (кондензираща мъгла от сярна киселина), каква максимална дебелина на стената предотвратява прекомерното термично забавяне и киселинна кондензация върху студената обвивка?

Основният компромис-в дизайна на титаниев нагревател за ESP Hopper Service
Летливата пепел от електроцентрали, захранвани с въглища-, се събира в бункери с помощта на електростатични филтри (ESP). Бункерът трябва да се нагрее до 60 градуса, за да се сведе до минимум образуването на пепел и да се осигури поток на материала. Атмосферата съдържа кондензираща мъгла от сярна киселина (SO3 + H2O → H2SO4) с точка на оросяване обикновено в диапазона 120-140 градуса. Титаниеви електрически нагреватели се поставят в стените на бункера или в пепелното легло. Ако температурата на стената на нагревателната тръба падне под киселинната точка на оросяване, сярната киселина ще кондензира на повърхността и ще причини бърза корозия. Термично забавяне е времето, необходимо на обвивката да достигне зададената температура след активиране на нагревателя. Определя се от дебелината на стената. По-дебелите стени имат повече топлинна маса, което означава, че им отнема повече време, за да се нагреят и охладят. По време на студено стартиране или циклично захранване нагревателят с дебели стени може да остане под точката на оросяване за дълги периоди от време, което позволява киселинна кондензация. Това изследване установява максималната дебелина на стената, която няма да позволи на обвивката да бъде под точката на оросяване за достатъчно време, за да позволи значителна киселинна кондензация.

Ефект върху механичната цялост: Повреда от киселинна кондензация
Ако температурата на титановата обвивка е по-ниска от точката на оросяване на H 2 SO 4 (около 130 градуса за димни газове, съдържащи 10 ppm SO 3 ), сярната киселина кондензира като тънък филм (0,5–1 μm) с висока концентрация (70–90% H 2 SO 4 ). В тази кондензирана фаза титанът не е пасивен и скоростта на корозия може да достигне до 0,5-2,0 mm на година. Металът се изважда при всяко кондензиране. Перфорация може да възникне след 100 цикъла на кондензация (нормално за 5 години работа) с дебелина на стената 1,5 mm. Най-важният параметър не е максималната скорост на корозия, а общото време, през което обвивката е под точката на оросяване. Нагревателите с високо-термично-закъснение имат по-дълъг период за всяко охлаждане и загряване в температурния диапазон на кондензация.

Ефект върху топлинната производителност: Изчисляване на термично забавяне
Термичното забавяне на титанова обвивка се дава от времевата константа τ=(ρ*C_p*t)/h, където ρ=4,500 kg/m3, C_p=520 J/kgK, t=дебелина на стената и h=коефициент на конвективен топлопренос (към околната пепел, ~ 50 W/m2K за пакетирана пепел). За дебелина на стената от 1,0 mm, τ=(4500 × 520 × 0,001)/50=46.8 s. За стена от 2,0 mm, τ=93.6 s. Продължителността на охлаждане от работна температура (180 градуса, необходима за поддържане на обвивката над точката на оросяване) до точката на оросяване (130 градуса) е около 0,7 пъти τ. 1.0 mm стена: 33 секунди. 2.0 mm стена: 66 секунди. Този период на охлаждане има обвивката над точката на оросяване само за първите няколко секунди и след като премине 130 градуса, започва да се образува конденз. Колкото по-дебела е стената, толкова по-дълго е изложена на температурния диапазон на кондензация. Това означава повече излагане на киселина.

Компромис{0}}синтез: Максимална дебелина на стената за предотвратяване на щети от кондензация
Дебелина на стената (mm) Времева константа (τ, s) Време за охлаждане от 180 градуса до 130 градуса (сек) Излагане на кондензация на охлаждане (секунди) Очакван живот с 2 охлаждания/ден, 5 години (общи часове на експозиция) 5 години живот Среща?
0,8 мм 37 сек 26 сек 26 сек 26 часа Да (ниска корозия)
1,0 мм 47 сек 33 сек 33 сек 33 часа Да
1,2 мм 56 сек 39 сек 39 сек 39 часа Да
1,5 мм 70 сек. 49 сек. 49 сек. 49 часа Маргинално (изисква висококачествен Ti)
1,8 mm 84 sec 59 sec 59 sec 59 h Не (сериозни питинги)
2,0 мм 94 сек 66 сек 66 сек 66 часа Бр
2,5 мм 117 сек 82 сек 82 сек 82 ч Не (бърз отказ)
For a typical ESP hopper with two cooldowns/day (e.g., weekend shutdowns and daily load cycling), a wall thickness of up to 1.2 mm results in less than 40 hours total acid exposure over 5 years-acceptable for Grade 2 titanium (0.1 mm corrosion). With a cumulative exposure of >50 h, хлътването е значително за По-голямо или равно на 1,5 mm.

Инженерство отвъд стената: Активен контрол на температурата и контрол на точката на оросяване
Най-добрата техника за предотвратяване на киселинна кондензация не е да се ограничава дебелината на стената, а винаги да се поддържа обвивката над точката на оросяване. Охлаждането се елиминира напълно чрез инсталиране на функция за нагряване в режим на готовност, която поддържа обвивката на 150 градуса, когато бункерът не се използва. Отоплението в режим на готовност е подходящо за всяка дебелина на стената. Алтернативно, понижаването на концентрацията на SO3 нагоре (напр. контрол на впръскването на SO3 или друго гориво) може да понижи реалната точка на оросяване, за да позволи по-ниска работна температура и да намали изискването за термично забавяне. Ако точката на оросяване е 110 градуса вместо 130 градуса, стената от 2,0 mm е подходяща.

Заключение: Типичен ESP цикъл на бункер 1,2 мм максимална дебелина на стената
Титанов електрически нагревател, поддържащ ESP бункер на 60 градуса, докато кондензира мъгла от сярна киселина (точка на оросяване 130 градуса), може да има дебелина на стената от 1,2 mm или по-малко, без значително термично забавяне, за да поддържа обвивката под точката на оросяване достатъчно дълго, за да причини значителна киселинна кондензация. С дебелина на стената от 1,2 mm, времевата константа е 56 секунди, а времето на излагане на конденз е само 39 секунди при всяко охлаждане, което дава по-малко от 40 часа кумулативно излагане за 5 години-приемливо за титан от клас 2. По-дебелите стени (по-големи или равни на 1,5 mm) учетворяват времето за образуване на кондензация и причиняват питинг и преждевременна повреда. Препоръчителният стандарт е титаниева обвивка от клас 2 с дебелина на стената 1,0–1,2 mm и отопление в режим на готовност, за да се предотвратят цикли на охлаждане, ако е възможно. Предоставете на производителя очаквания брой охлаждания на ден и реалната киселинна точка на оросяване, за да определи максимално допустимата дебелина на стената. Дебелината на стената е жизненоважна променлива за термично забавяне и колкото по-тясна е, толкова по-добре за избягване на кондензация.