DE19940627A1 - Heizelement für einen Regenerativ-Wärmetauscher und Verfahren zum Herstellen eines Heizelementes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Heizelement für einen Regenerativ-Wärmetauscher, das als profiliertes Stahlblech ausgebildet ist. Damit das Heizelement gegen Säuren beständig ist, schmutzabweisende Eigenschaften hat und trotzdem eine gute Wärmeleistung aufweist, wird das Heizelement mit einer Emaillierung versehen und auf die emaillierte Oberfläche eine Beschichtung aus Fluorkunststoff aufgebracht.

Description

Die Erfindung betrifft ein als profiliertes Stahlblech ausgebildetes Heizelement für einen Regenerativ-Wärmetauscher.

Derartige Heizelemente sind allgemein bekannt. Eine Vielzahl von Heizelementen bil­ den die Speichermasse des Regenerativ-Wärmetauschers. Die zur Wärmeübertragung benötigte Speichermasse ist beim Einsatz in korrosiven und/oder staubhaltigen Gasströmen besonderen betrieblichen Beanspruchungen unterworfen. Dies trifft zum Beispiel für die Speichermasse auf der kalten Seite von Luftvorwärmern zu, wo die Temperatur der Speichermasse zumindest zeitweise unterhalb des Schwefelsäuretau­ punktes liegt und sich in Verbindung mit Flugstaub korrosive Beläge bilden. In Gasvor­ wärmern zur Wiederaufheizung von Reingasen aus Rauchgaswäschern, wo sich zu­ sätzlich zu Säure und Staub Sorptions- oder Neutralisationsmitteln und Produkte aus der Rauchgasreinigungsanlage auf den Heizflächen ablagern, treten ähnliche Probleme auf. Die Speichermasse muß deshalb hinreichend korrosionsfest sein und die Beläge sollen möglichst leicht durch Blasen oder Spülen abzureinigen sein. Für solche Anwen­ dungen sind Speichermassen aus emaillierten Stahlblechprofilen oder Speichermate­ rialien aus Kunststoff bekannt geworden (DE 32 07 213 C2).

Emaillierte Stahlbleche haben den Nachteil, daß Email zwar gegen Säuren wie Schwefelsäure und Salzsäure relativ gut beständig ist, gegen die in Rauchgasen auch vorkommende Flusssäure aber unbeständig ist und auch einen basischen Angriff zum Beispiel durch Niederschläge von Neutralisationsmitteln (Additive oder Sorptionsmittel) zur Bildung saurer Gase, nicht hinreichend lang widersteht und Beläge wegen der rela­ tiv guten Benetzbarkeit von Email mehr oder weniger fest haften. Speichermaterial aus preiswertem Kunststoff hat sich nur bedingt bewährt. In Folge der komplexen Bean­ spruchung (Temperaturwechselbeanspruchung, chemischer Angriff) versprödet das Material zu schnell und wird schadhaft. Wegen der relativ geringen mechanischen Fe­ stigkeit können Speichermassen aus Kunststoff auch nicht mit den üblichen Blas-oder Spüldrücken abgereinigt werden. Ein weiterer Nachteil ist die geringe Wärmespeicher­ kapazität und Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen, was beim Einsatz von Kunststoffen als Speichermaterial wärmetechnisch ungünstig ist und durch größere Speichermassen ausgeglichen werden muß.

Um das Problem der Versprödung und Alterung von Kunststoff zu umgehen, wurden spezielle, aus der DE 195 12 351 C1 bekannte Speichermaterialien aus Fluorpolyme­ ren wie PTFE vorgeschlagen. Fluorpolymere sind nahezu chemisch inert und haben bekannterweise einen weiteren Vorteil besonders schmutzabweisend zu sein. Das Material ist im Vergleich zu emaillierten Stahlblechen aber deutlich teurer und läßt sich wirtschaftlich nicht in beliebiger Form und Abmessung herstellen. Aus diesen Gründen beschränkt sich der Einsatz von Speichermassen, die voll aus Fluorkunststoffen beste­ hen, auf Anwendungen als Kaltendlage mit Lagenhöhe von zirka 300 mm, was zusätz­ liche Behälter mit Speichermasse und damit konstruktiven Mehraufwand notwendig macht. Außerdem haben Fluorkunststoffe auch den Nachteil der geringen Wärmespei­ cherkapazität und Wärmeleitfähigkeit und können wirtschaftlich nicht in für den Wärme­ übergang günstiger Profilform dargestellt werden.

Es stellt sich die Aufgabe ein Heizelement der eingangs genannten Art anzugeben, das auch gegen Flusssäure beständig ist, schmutzabweisende Eigenschaften hat und trotzdem eine gute Wärmespeicherkapazität beziehungsweise Wärmeleitfähigkeit auf­ weist.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Mit der Emaillierung wird ein Korrosionsschutz erzeugt. Die Permeabilität des Fluor­ kunststoffes (PTFE) ist daher nicht von so großer Bedeutung, so daß eine dünne PTFE-Beschichtung ausreicht. Sie gewährleistet die antiadhäsiven Eigenschaften und beeinflußt aufgrund der geringen Schichtdicke die Wärmespeicherkapazität und die Wärmeleitfähigkeit nur unwesentlich.

Vorzugsweise wird eine Schichtdicke von 10 bis 50 µm gewählt, da etwa bis zu dieser Schichtdicke das PTFE in einem Arbeitsgang aufgebracht werden kann.

Zur Erhöhung des Korrosionsschutzes ist die Emailschicht in säurefester Ausbildung ausgeführt.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Heizelementes nach Anspruch 1 zeichnet sich durch folgende Schritte aus

• a) Stahlcoils werden mit Hilfe von Profilwalzen profiliert und daraus entsprechend der geforderten Maße Heizelemente zugeschnitten,
• b) das Heizelement wird emailliert und
• c) der Fluorkunststoff wird aufgebracht.

Es hat sich überraschend gezeigt, daß sich eine dünne Schicht von Fluorkunststoff von beispielsweise 10 bis 50 µm Dicke ohne besondere Vorbehandlung der Emailoberflä­ che hinreichend gut auf dem Email haftet.

Zur Verbesserung der Haftung kann eine Aufrauhung der Emailschicht vorgenommen werden.

Grundsätzlich kann die Fluorkunststoff-Beschichtung ein- oder mehrlagig aufgebaut werden.

Mit den emaillierten und fluorkunststoffbeschichteten Heizelementprofilen läßt sich auf besonders wirtschaftlicher Weise eine Speichermasse darstellen, die korrosionsfest und schmutzabweisend ist und keine wärmetechnischen und konstruktiven Nachteile oder Einschränkungen hinsichtlich der Betriebsweise aufweist, da die bezüglich Wär­ metausch, Druckverlust und mechanische Stabilität optimierten und bewährten Stahl­ blechprofile eingesetzt werden können und die dünne Fluorkunststoffschicht die Wär­ meübertragungsleistung nur unwesentlich (praktisch nicht) beeinflußt. Ein weiterer Vorteil des erfinderischen Verfahrens ist, daß die Fluorkunststoffbeschichtung mit den zum Emaillieren von Heizblechen üblichen Einrichtungen erfolgen kann und somit für die Herstellung keine zusätzlichen Apparate und Einrichtungen notwendig sind.

Die schmutzabweisende Eigenschaft der erfinderischen Heizelementprofile vermindert oder verhindert sogar ganz den Aufbau von druckverlusterhöhenden Verschmutzungs­ schichten auf den Profilen. Das bringt betriebliche Vorteile, weil dann die Intervalle für die bei Erreichen des maximal zulässigen Druckverlustes notwendigen Reinigungen der Speichermasse verlängert werden können und damit auch geringere Mengen an Ab­ wasser anfallen. Bilden sich trotzdem Beläge, so haften diese auf Fluorkunststoff weni­ ger fest an und lassen sich mit geringerem Blas-oder Spüldruck/und daher mit geringe­ ren Mengen an Blasmedium und Spülwasser reinigen.

Aus Gründen der besseren Wirtschaftlichkeit einer Kesselanlage wird bei Luftvorwär­ mern eine möglichst tiefe Rauchgasaustrittstemperatur (Temperatur des Rauchgases nach Durchströmen des Wärmetauschers) und damit auch eine möglichst tiefe Kaltendtemperatur des Wärmetauschers angestrebt. Bei staubhaltigen Rauchgasen waren bisher wegen zu schneller Belagsbildung und schlechter Abreinigbarkeit die Grenzen gesetzt. Mit den erfinderischen schmutzabweisenden Heizblechprofilen wird eine Belagsbildung bei extremer Taupunktunterschreitung verhindert oder sie ist zu­ mindest besser beherrschbar, was letztlich eine bessere Absenkung der Rauchga­ stemperatur zuläßt. Eine tiefere Rauchgastemperatur bedeutet einen höheren Kessel­ wirkungsgrad und damit geringerer CO₂-Emission und die dem Luftvorwärmer nachge­ schalteten Anlagen (Elektrofilter, Rauchgasreinigungsanlage) können kleiner gebaut werden.

Auch bei Regenerativ-Wärmetauschern an Anlagen zur selektiven Reduktion von Stickoxiden (SCR-De NOx) lassen sich die auf der heißen Lage beziehungsweise Mit­ tellage bildenden Beläge von Ammoniumsulfaten mit der erfindungsgemäßen Be­ schichtungskombination leichter abreinigen.

Anhand eines Ausführungsbeispieles wird ein erfindungsgemäßes Heizelement und ein Verfahren zur Herstellung des Heizelementes beschrieben.

Ein Heizelement besteht aus einem Stahlblech, das nach seiner Profilierung durch Entfetten oder Beizen für die Emaillierung vorbereitet wird. Nach erfolgter Emaillierung mit einem säurebeständigen Email wird ohne Vorbehandlung der emaillierten Oberflä­ che der Fluorkunststoff (z. B. PTFE) in einer Schichtstärke von 10 bis 50 µm, zum Bei­ spiel durch Aufsprühen, aufgebracht, getrocknet und getempert. Zur Verbesserung der Haftkraft kann vor dem Aufbringen der Fluorkunststoffbeschichtung ein Aufrauhen der Emailoberfläche zum Beispiel durch leichtes Sandstrahlen, Beizen mit Flusssäure oder einer Base erfolgen.

Die Beschichtung kann ein- oder mehrlagig aufgebracht werden. Nach einer bevor­ zugten Ausführungsform wird auf das Email ohne Vorbehandlung eine besonders gut haftende Fluorpolymergrundierung und darauf eine Fluorpolymerdeckschicht aufge­ bracht.

Claims (6)

1. Heizelement für einen Regenerativ-Wärmetauscher, das als profiliertes Stahl­ blech ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlblech emailliert ist und daß die emaillierte Oberfläche mit einer Beschichtung aus Fluorkunststoff versehen ist.

2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluorkunst­ stoff-Beschichtung eine Schichtstärke von 10 bis 50 µm aufweist.

3. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die emaillierte Oberfläche säurefest ausgebildet ist.

4. Verfahren zur Herstellung eines Heizelements für Regenerativ- Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stahlcoils mit Hilfe von Profilwalzen profiliert und daraus entsprechend der geforderten Maße das Heize­ lement zugeschnitten wird, daß das Stahlblech emailliert wird und daß die Fluorkunst­ stoff-Beschichtung aufgebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die emaillierte Oberfläche des Stahlbleches aufgerauht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluorkunststoff- Beschichtung ein- oder mehrlagig aufgebracht wird.