За предотвратяване на адхезия на котлен камък в нагрети синтетични гипсови суспензии (CaSO₄·2H₂O, 20% твърди вещества, 70 градуса) от десулфуризация на димни газове, как работи адхезията на повърхността на PFA (изчислена от измервания на контактния ъгъл) в корелация с времето на индукция за кристализация на гипс при скорости на срязване на стената на 100 s⁻¹?

Предизвикателството на гипсовия котлен камък в FGD системите
Полепването на котления камък върху PFA нагревателите се причинява от синтетични гипсови суспензии (20% CaSO₄·2H₂O твърди вещества) от десулфуризация на димни газове (FGD) при 70 градуса. Работата на адхезия, оценена от данните за контактния ъгъл, предсказва времето на индукция за кристализация на гипс. PFA повърхности с адхезия под 15 mJ/m² увеличават времето за индукция от 20 часа на 200 часа и намаляват честотата на почистване от седмично на месечно, според количествено проучване от 12 електроцентрали, захранвани с въглища.

Изчисляване на адхезионната работа и кристализацията на гипса
Адхезионна работа (W_ad)= _lv × (1 + cosθ), където _lv е течно повърхностно напрежение (гипс-наситена вода, 72 mN/m при 70 градуса) и θ е контактен ъгъл на водата върху PFA. по-малката адхезионна работа се равнява на по-малка сила на изтласкване за нуклеация на кристали. Когато свръхнасищането надхвърли критична стойност, гипсът (CaSO₄·2H₂O) се образува на повърхности. Време на индукция τ ∝ exp(W_ad / kT). Тестване при 70 градуса със скорост на срязване на стената от 100 s⁻¹ и коефициент на свръхнасищане от S=2.5:

PFA тип повърхност, ъгъл на контакт с вода (градуси), работа на адхезия (mJ/m2), време на индукция (часове) и дебелина на мащаба при 500 часа (mm)
Хидрофилен-обработен с плазма 45 123 5 3.5
Стандартно като-отлято 105 53 20 2.0
Ниска адхезия (специализирано) 120 36 80 0.8 Стандартно + флуориране 115 41 45 1.2
Изключително ниска адхезия (обработен) 125 33 200 0.3
Влияние на скоростта на срязване върху индукционното време
Умереният поток се представя чрез скорост на срязване на стената ( ̇) от 100 s⁻¹. По-високото срязване удължава времето на индукция чрез елиминиране на ранните кристали:
| Скорост на срязване на стената (s⁻¹)|PFA с ниска адхезия (W_ad=36) Време на индукция (h)|Стандартно PFA (W_ad=53) Време на индукция (h)|| ---|---|---|---|---|50|60|15|| 100|80|20|| 200|150|35|| 500|300|60 |

Кристална адхезия и компоненти на повърхностната енергия
Устойчивостта на котлен камък не може да бъде напълно обяснена само с работата на адхезията. Адхезията на кристалите се влияе от полярните (ᵖ) и дисперсионните (ᵈ) компоненти на повърхностната свободна енергия. Полярната повърхностна енергия на гипсовите кристали е висока (ᵖ ~80 mJ/m²). Повърхностите с ниско ᵖ (много хидрофобни) издържат най-добре на залепване:

Повърхност ᵈ (mJ/m²) ᵖ (mJ/m²) W_ad Време на индукция
Хидрофилна 25 45 123 5 часа Стандартна 19 2 53 20 часа Флуорирана 18 0.5 41 45 часа Специална ниско{3}}полярна 16 0.2 36 80 часа Повърхностна стабилност в гипсова суспензия
Повърхностите с ниска{0}}адхезия се разграждат в FGD суспензия поради абразия от гипсови частици и химическо нападение. В продължение на 2000 часа флуорираните повърхности запазват W_ad<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.

Дебелина на стената и отстраняване на котлен камък
Отстраняването става по-трудно с работата по адхезията, тъй като мащабът най-накрая се появява. За PFA с ниска адхезия (W_ad=36):

Дебелина на стената PFA Степен на износване Скала Честота на отстраняване Безопасна механична техника на почистване
1,5 mm Само водна струя (500 psi) На всеки 200 часа 0,02 mm/година
2,0 mm Мека четка или водна струя на всеки 200 часа 0,01 mm годишно
2,5 mm Всяка техника, включително четкане на всеки 200 часа<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), посочете PFA с ултра-ниска адхезия (W_ad<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.