Яка максимальна товщина стінки титанового електричного нагрівача, що використовується для підтримки 60 градусів у бункерній системі нагріву електростатичного фільтра (туман сірчаної кислоти), запобігає надмірній температурній затримці та конденсації кислоти на холодній оболонці?

Основний компроміс-у дизайні титанового нагрівача для ESP Hopper Service
Зола-винесення від електростанцій, що працюють на вугіллі-, збирається в бункерах за допомогою електрофільтрів (ESP). Бункер слід нагріти до 60 градусів, щоб мінімізувати утворення золи та забезпечити потік матеріалу. Атмосфера містить конденсований туман сірчаної кислоти (SO3 + H2O → H2SO4) з точкою роси, як правило, в діапазоні 120-140 градусів. Титанові електронагрівачі розміщують у стінках бункера або в зольному шарі. Якщо температура стінки трубки нагрівача опускається нижче кислотної точки роси, сірчана кислота конденсуватиметься на поверхні та спричинить швидку корозію. Термічна затримка - це час, який необхідний для досягнення оболонкою заданої температури після активації нагрівача. Це регулюється товщиною стінки. Більш товсті стінки мають більшу теплову масу, а це означає, що вони довше нагріваються та охолоджуються. Під час холодного запуску або перемикання потужності товстостінний нагрівач може залишатися нижче точки роси протягом тривалого періоду часу, сприяючи конденсації кислоти. Це дослідження встановлює максимальну товщину стінки, яка не дозволить оболонці перебувати нижче точки роси протягом достатнього часу для значної конденсації кислоти.

Вплив на механічну цілісність: пошкодження внаслідок конденсації кислоти
Якщо температура титанової оболонки нижча за точку роси H 2 SO 4 (близько 130 градусів для димового газу, що містить 10 ppm SO 3 ), сірчана кислота конденсується у вигляді тонкої плівки (0,5–1 мкм) з високою концентрацією (70–90 % H 2 SO 4 ). У цій конденсованій фазі титан не пасивний, і швидкість корозії може досягати 0,5-2,0 мм на рік. Метал виймається кожного разу, коли він конденсується. Перфорація може виникнути після 100 циклів конденсації (нормально для 5 років експлуатації) при товщині стінки 1,5 мм. Найважливішим параметром є не максимальна швидкість корозії, а загальний час перебування оболонки нижче точки роси. Нагрівачі з високим-тепловим-запізненням мають довший період для кожного охолодження та розігріву в діапазоні температур конденсації.

Вплив на теплові показники: розрахунок теплової затримки
Термічна затримка титанової оболонки визначається постійною часу τ=(ρ*C_p*t)/год, де ρ=4,500 кг/м3, C_p=520 Дж/кгК, t=товщина стінки та h=коефіцієнт конвективної теплопередачі (до навколишньої золи, ~ 50 Вт/м2К для упакованої золи). Для товщини стінки 1,0 мм τ=(4500 × 520 × 0,001)/50=46.8 с. Для стінки 2,0 мм τ=93.6 с. Тривалість охолодження від робочої температури (180 градусів, необхідної для утримання оболонки вище точки роси) до точки роси (130 градусів) становить приблизно 0,7 раза τ. 1.0 мм стінка: 33 секунди. 2.0 мм стінка: 66 секунд. У цей період охолодження оболонка знаходиться над точкою роси лише протягом перших кількох секунд, а коли вона перетинає 130 градусів, починає утворюватися конденсат. Чим товщі стінки, тим довше вона піддається впливу діапазону температур конденсації. Це означає більше впливу кислоти.

Компроміс-синтезу: максимальна товщина стінки для запобігання пошкодженням від конденсації
Товщина стінки (мм) Константа часу (τ, с) Час охолодження від 180 градусів до 130 градусів (сек) Витримка конденсації за охолодження (секунди) Приблизний термін служби з 2 охолодженнями на день, 5 років (загальна кількість годин впливу) 5 років життя зустрічається?
0,8 мм 37 с 26 с 26 с 26 годин Так (низька корозія)
1,0 мм 47 сек 33 сек 33 сек 33 години Так
1,2 мм 56 с 39 с 39 с 39 год Так
1,5 мм 70 с 49 с 49 с 49 годин Граничний (потрібен високоякісний Ti)
1,8 мм 84 с 59 с 59 с 59 год Ні (серйозна виїмка)
2,0 мм 94 сек 66 сек 66 сек 66 годин №
2,5 мм 117 с 82 с 82 с 82 год Ні (швидка відмова)
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 год, питтинг є значним для більше або дорівнює 1,5 мм.

Інженерія поза стіною: активний контроль температури та контроль точки роси
Найкращий метод запобігання конденсації кислоти полягає не в обмеженні товщини стінок, а в тому, щоб завжди тримати оболонку вище точки роси. Охолодження повністю усувається завдяки встановленню функції резервного нагріву, яка підтримує оболонку на рівні 150 градусів, коли бункер не використовується. Обігрів у режимі очікування підходить для будь-якої товщини стін. Як альтернатива, зниження концентрації SO3 на початку потоку (наприклад, контроль упорскування SO3 або інше паливо) може знизити реальну точку роси, щоб дозволити нижчу робочу температуру та зменшити вимогу до теплової затримки. Якщо точка роси становить 110 градусів замість 130 градусів, стіна товщиною 2,0 мм підійде.

Висновок: типовий цикл бункера ESP 1,2 мм Максимальна товщина стінки
Титановий електричний нагрівач, який утримує бункер ESP при 60 градусах під час конденсації туману сірчаної кислоти (точка роси 130 градусів), може мати товщину стінки 1,2 мм або менше, без значної теплової затримки, щоб утримувати оболонку нижче точки роси достатньо довго, щоб викликати значну конденсацію кислоти. При товщині стінки 1,2 мм постійна часу становить 56 секунд, а час впливу конденсату становить лише 39 секунд за кожне охолодження, що дає менше 40 годин загального впливу за 5 років-прийнятно для титану 2 класу. Більш товсті стінки (більше або дорівнює 1,5 мм) учетверо збільшують час для утворення конденсату та спричиняють виїмку та передчасне руйнування. Рекомендованим стандартом є титанова оболонка Grade 2 із товщиною стінки 1,0–1,2 мм і режим очікування, щоб за можливості запобігти циклам охолодження. Надайте виробнику розрахункову кількість охолоджень на день і реальну кислотну точку роси, щоб визначити максимально допустиму товщину стінки. Товщина стінки є життєво важливою змінною для термозатримки, і чим вужча, тим краще для уникнення конденсації.