¿Cómo se utilizan los intercambiadores de PTFE para precalentar el aire de combustión con gases de combustión ácidos?

Los gases de escape de una caldera u horno son una mezcla de gases calientes saturados de vapor de agua-con sustancias químicas ácidas producidas por azufre, cloro y productos de combustión. Si este gas simplemente se libera a la chimenea, se pierde su calor sensible y la energía latente en el vapor de agua. Este calor corrosivo de baja calidad se puede recuperar y transferir de forma segura a la corriente de aire de combustión entrante mediante un intercambiador de calor de PTFE, instalado en el extremo frío del sistema de combustión. El intercambiador de calor mejora la eficiencia térmica y resiste el condensado dañino que estropea los equipos metálicos convencionales.

El actual sistema de gases de combustión del aire de combustión con precalentamiento del intercambiador de PTFE opera en una de las condiciones más agresivas en el procesamiento térmico industrial. El intercambiador se sitúa en la zona más agresiva de la chimenea por donde cae la lluvia ácida.

Por qué los gases de combustión ácidos matan a los intercambiadores convencionales
A medida que los gases de combustión se enfrían, el vapor de agua se condensa en el escape.

Generación de punto de rocío ácido.
Los gases de combustión suelen contener:

Dióxido de azufre (SO2)

Trióxido de azufre SO3

Cloruro de hidrógeno HCl

vapor de agua

A medida que la temperatura cae por debajo del punto de rocío ácido, estos químicos se mezclan con la humedad condensada para generar líquidos altamente corrosivos como:

Ácido sulfúrico;

* Ácido clorhídrico

El punto de rocío ácido preciso está determinado por:

azufre combustible

Contaminación por cloro

Concentración de humedad

Exceso de aire para la combustión.

La composición de los gases de chimenea.

En muchos sistemas, esta zona de condensado degrada rápidamente el acero al carbono e incluso los intercambiadores de calor de acero inoxidable.

El problema de la corrosión-fría
El condensado ácido ataca la superficie de los tubos en los economizadores metálicos convencionales provocando "corrosión en el extremo frío".

Los modos de falla típicos son:

Corrosión por picaduras

Fisuración por corrosión bajo tensión (SCC)

Ataque y depósitos de sulfatos.

Una vez que comienza la condensación, la velocidad de corrosión aumenta rápidamente.

Manejo de la condensación ácida con un intercambiador de PTFE
El PTFE ofrece una respuesta fundamentalmente diferente, ya que es químicamente inerte al condensado ácido.

Estructura de tubería de PTFE
Para un diseño típico:

Flujo de gases de combustión calientes a través del lado de la carcasa

El aire de combustión frío limpia los tubos de PTFE.

A medida que los gases de combustión se enfrían por debajo del punto de rocío ácido, la humedad ácida se condensará directamente en el exterior de los tubos de PTFE.

Este no es el caso de las superficies metálicas, donde el PTFE no se ve afectado en absoluto.

Resistencia a los ácidos clorhídrico y sulfúrico
El PTFE tiene una resistencia muy fuerte a:

Condensado de ácido sulfúrico

Gotas de ácido clorhídrico

Humedad cargada de cloruro-

Depósitos de sulfato ácido

La inmunidad química del intercambiador garantiza su funcionamiento continuo en la región de condensación, donde los intercambiadores de metales se degradan rápidamente.

Recuperación de calor latente de gases de combustión
No sólo la recuperación de calor sensible, sino también la condensación de calor latente proporcionan la mayor mejora de eficiencia.

La condensación como fuente de energía.
Sobre la condensación de vapor de agua:

La liberación de grandes cantidades de calor latente.

Este calor se transfiere a través de la pared del tubo de PTFE al flujo de aire de combustión entrante.

La conductividad térmica del PTFE es bastante baja en comparación con los metales, pero el intercambiador compensa:

Gran área para transferencia de calor.

tubo de pared delgada

Mecanismos de transferencia de calor por condensación.

Precalentamiento del aire de combustión
Luego, el aire de combustión se precalienta y ingresa al sistema de quemador a una temperatura más alta.

Esto reduce el combustible necesario para lograr:

Temperatura objetivo de la llama

Temperatura del horno

Producción de vapor en una caldera.

El ahorro de combustible puede ser tal que mejore la eficiencia térmica general en varios puntos porcentuales.

Ventajas de las superficies hidrofóbicas
Otro beneficio operativo importante del PTFE es que.

Drenaje de condensado
La superficie lisa y antiadherente-de PTFE promueve la humedad ácida para:

Gotas

Escurrir bien.

Evite la acumulación de película.

Esto minimiza la producción de grandes capas de fluido aislante que, de otro modo, reducirían la eficiencia de la transferencia de calor.

Y el resultado:

Rendimiento térmico mejorado

Menos incrustaciones.

Mantenimiento menos frecuente

Límites de temperatura y diseño del sistema
Sin embargo, los límites térmicos del PTFE aún deben mantenerse adecuadamente.

Temperatura máxima continua
Las limitaciones del PTFE suelen ser:

Temperatura de servicio continuo 110 grados.

Por tanto, la posición del intercambiador tiene que estar en un punto en el que la temperatura de los gases de combustión ya esté por debajo de ese límite o haya disminuido por debajo de este punto.

Estrategias para el pre-enfriamiento
Algunas formas comunes son:

Mezcla de aire de dilución

Refrigeración de gas aguas arriba

Fases de recuperación de calor en-proceso

Control de derivación de escape

Un buen control térmico protege los tubos de PTFE del sobrecalentamiento y la distorsión mecánica.

Gestión de condensado
El tratamiento ácido del condensado es un aspecto importante del diseño del sistema.

Diseño de Sistema de Drenaje
El intercambiador estará compuesto por:

Zonas de recogida en pendiente

Drenajes resistentes a la corrosión

Eliminación continua de condensado.

La acumulación de condensado puede impedir la transferencia de calor y promover la contaminación.

Requisitos para la neutralización
El líquido ácido recogido suele ser:

Neutralizado antes de su eliminación

Los sistemas de aguas residuales fueron tratados

Monitoreo del cumplimiento del pH.

El condensado puede contener componentes concentrados de ácido sulfúrico y clorhídrico y, en general, no puede liberarse sin tratamiento.

Sistema de notas
Requisitos de limpieza en el lado-de la carcasa
Con el tiempo, puede producirse una acumulación-de partículas de hollín, cenizas o residuos de combustión en el lado de la carcasa del intercambiador.

Para mantener el rendimiento, los sistemas suelen contener lo siguiente:

Sopladores de hollín

Sistemas de pulverización de lavado con agua.

Lavado químico periódicamente

Aberturas de inspección accesibles

Debido a que el PTFE es químicamente inerte, se pueden utilizar procesos de limpieza rigurosos sin dañar las superficies de los tubos.

Beneficios en comparación con los economizadores de metal
Los intercambiadores de PTFE ofrecen varias ventajas operativas en el servicio de recuperación de ácido.

Resistente a la corrosión
El PTFE no depende de: a diferencia de los sistemas metálicos:

Películas de óxido de pasivación.

Inhibidores de corrosión

revestimientos protectores de sacrificio

El PTFE no es un problema para la corrosión-del extremo frío que corroe los economizadores metálicos.

Fiabilidad a largo plazo
Los intercambiadores de PTFE pueden ofrecer:

Vida laboral extendida

Rendimiento térmico en estado estacionario

Menores gastos de mantenimiento

Reducción de posibilidades de fuga de ácido.

especialmente en corrientes de escape que contienen azufre- o cloruro-.

Uso industrial
Los sistemas de recuperación de calor de gases de combustión de PTFE se utilizan cada vez más en:

Incinerador de residuos

Calderas con Fuel Oil Azufre

Calentadores para procesos químicos.

Sistemas de combustión de biomasa.

Hornos para procesamiento de metales.

Estas aplicaciones generalmente producen corrientes de escape de condensado ácido agresivo que son incompatibles con los equipos de recuperación de calor metálicos convencionales.

Conclusión:
El intercambiador de calor de PTFE ofrece una opción robusta y resistente a la corrosión para recuperar el calor residual de las corrientes de gases de combustión ácidos. El intercambiador permite la condensación directa de la humedad en tubos de PTFE químicamente inertes con recolección de calor tanto sensible como latente, y resistencia segura al ataque de ácido sulfúrico y clorhídrico.

La energía recuperada se suministra al aire de combustión entrante, lo que reduce el consumo de combustible y aumenta la eficiencia térmica general. Por supuesto, los requisitos de diseño, como un buen drenaje de condensado, limpieza periódica del lado de la carcasa y una gestión cuidadosa de la temperatura, siguen siendo importantes, especialmente porque el PTFE se limita al uso continuo por debajo de aproximadamente 110 grados.

En condiciones de chimenea corrosivas donde los economizadores convencionales son propensos a sufrir ataques de ácido en el extremo frío-, la tecnología de PTFE convierte un proceso de condensación dañino en una fuente beneficiosa de energía recuperable. El camino hacia un menor consumo de combustible y menores emisiones de carbono está cada vez más respaldado por materiales que puedan resistir los rincones químicamente más agresivos del sector de procesos térmicos.