For en titanium elektrisk varmelegeme, der bruges til at opretholde 60 grader i et elektrostatisk præcipitator-beholdervarmesystem (kondenserende svovlsyretåge), hvilken maksimal vægtykkelse forhindrer overdreven termisk lag og syrekondensering på den kolde kappe?

Den grundlæggende bytte-af Titanium Heater Design til ESP Hopper Service
Flyveaske fra kul- kraftværker opsamles i beholdere ved hjælp af elektrostatiske udskillere (ESP'er). Beholderen skal opvarmes til 60 grader for at minimere brodannelse af aske og for at sikre materialegennemstrømning. Atmosfæren indeholder kondenserende svovlsyretåge (SO3 + H2O → H2SO4) med et dugpunkt typisk i området 120-140 grader. Titanium elektriske varmelegemer er placeret i tragtens vægge eller i askelaget. Hvis temperaturen på varmerørets væg kommer under syredugpunktet, vil svovlsyre kondensere på overfladen og forårsage hurtig korrosion. Termisk forsinkelse er den tid, det tager for kappen at nå den indstillede temperatur efter aktivering af varmeren. Det er styret af vægtykkelsen. Tykkere vægge har mere termisk masse, hvilket betyder, at de tager længere tid at varme op og køle ned. Under koldstart eller strømcykling kan en tykvægget varmelegeme forblive under dugpunktet i lange perioder, hvilket muliggør syrekondensering. Denne forskning fastslår den maksimale vægtykkelse, som ikke vil tillade kappen at være under dugpunktet i tilstrækkelig tid til at tillade betydelig syrekondensation.

Virkning på mekanisk integritet: Syrekondensationsskade
Hvis temperaturen på titaniumkappen er lavere end dugpunktet for H 2 SO 4 (omkring 130 grader for røggas indeholdende 10 ppm SO 3 ), kondenserer svovlsyren som en tynd film (0,5-1 μm) med høj koncentration (70-90 % H 2 SO 4 ). I denne kondenserede fase er titanium ikke passivt, og korrosionshastigheden kan være så høj som 0,5-2,0 mm om året. Metal tages ud, hver gang det kondenserer. Perforering kan forekomme efter 100 kondenseringscyklusser (normalt for 5 års drift) med en vægtykkelse på 1,5 mm. Den vigtigste parameter er ikke den maksimale korrosionshastighed, men den samlede tid, kappen er under dugpunktet. Varmeapparater med høj-termisk-forsinkelse har en længere periode for hver afkøling og opvarmning i kondenseringstemperaturområdet.

Effekt på termisk ydeevne: Termisk forsinkelsesberegning
Den termiske forsinkelse af en titaniumkappe er givet ved tidskonstanten τ=(ρ*C_p*t)/h, hvor ρ=4,500 kg/m3, C_p=520 J/kgK, t=vægtykkelse og h=konvektiv varmeoverførselskoefficient, ~2 de K0 omgivende skyllevæske. For en vægtykkelse på 1,0 mm, τ=(4.500 × 520 × 0,001)/50=46.8 s. For en 2,0 mm væg, τ=93.6 s . Varigheden af ​​afkøling fra arbejdstemperatur (180 grader, påkrævet for at holde kappen over dugpunktet) til dugpunktet (130 grader) er omkring 0,7 gange τ. 1.0 mm væg: 33 sekunder. 2.0 mm væg: 66 sekunder. Denne afkølingsperiode har kun kappen over dugpunktet i de første par sekunder, og efter at den har krydset 130 grader, begynder der at dannes kondens. Jo tykkere væggen er, jo længere er den udsat for kondenseringstemperaturområdet. Det betyder mere syreeksponering.

Afvej-syntese: Maksimal vægtykkelse for at forhindre kondensskader
Vægtykkelse (mm) Tidskonstant (τ, s)Tid til afkøling fra 180 grader til 130 grader (sek) Kondenseksponering pr. nedkøling (sekunder) Estimeret levetid med 2 nedkøling/dag, 5 år (samlet eksponeringstimer) 5 års levetid mødes?
0,8 mm 37 sek 26 sek 26 sek 26 timer Ja (lav korrosion)
1,0 mm 47 sek 33 sek 33 sek 33 timer Ja
1,2 mm 56 sek 39 sek 39 sek 39 timer Ja
1,5 mm 70 sek 49 sek 49 sek 49 timer Marginal (kræver Ti af høj kvalitet)
1,8 mm 84 sek 59 sek 59 sek 59 t Nej (alvorlig grubetæring)
2,0 mm 94 sek 66 sek 66 sek 66 timer Nr
2,5 mm 117 sek 82 sek 82 sek 82 timer Nej (hurtig fejl)
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 timer, er grubetæring betydelig for større end eller lig med 1,5 mm.

Engineering Beyond the Wall: Aktiv temperaturkontrol og dugpunktskontrol
Den bedste teknik til at forhindre syrekondensering er ikke at begrænse vægtykkelsen, men altid at holde kappen over dugpunktet. Nedkølingen elimineres totalt ved at installere en standby-varmefunktion, som holder kappen på 150 grader, når tragten ikke er i brug. Standby-opvarmning er fint med enhver vægtykkelse. Alternativt kan en sænkning af SO3-koncentrationen opstrøms (f.eks. SO3-indsprøjtningskontrol eller et andet brændstof) sænke det reelle dugpunkt for at tillade en lavere driftstemperatur og mindske behovet for termisk forsinkelse. Hvis dugpunktet er 110 grader i stedet for 130 grader, er en 2,0 mm væg i orden.

Konklusion: Typisk ESP Hopper Cycle 1,2 mm Max vægtykkelse
En elektrisk varmeovn i titanium, der holder en ESP-tragt ved 60 grader, mens den kondenserer svovlsyretåge (dugpunkt 130 grader), kan have en vægtykkelse på 1,2 mm eller mindre, uden betydelig termisk forsinkelse til at holde kappen under dugpunktet længe nok til at forårsage betydelig syrekondensation. Med en vægtykkelse på 1,2 mm er tidskonstanten 56 sekunder, og udsættelsestiden for kondens er kun 39 sekunder for hver afkøling, hvilket giver mindre end 40 timers kumulativ eksponering på 5 år-acceptabelt for grad 2 titanium. Tykkere vægge (Større end eller lig med 1,5 mm) firdobler tiden for kondens at udvikle sig og forårsager grubetæring og for tidlig svigt. Anbefalet standard er Grade 2 titanium kappe 1,0-1,2 mm vægtykkelse og standby-opvarmning for at forhindre nedkølingscyklusser, hvis det er muligt. Giv producenten det estimerede antal nedkølinger pr. dag og det reelle syredugpunkt for at bestemme den maksimalt tilladte vægtykkelse. Vægtykkelse er en afgørende variabel for termisk forsinkelse, og jo smallere jo bedre for at undgå kondens.