DE4002495A1 - Verfahren zur neutralisation des saeurehaltigen kondensates eines abgases, zur durchfuehrung dieses verfahrens geeigneter bestandteil einer abgasfuehrung und verfahren zur herstellung dieses bestandteiles - Google Patents

Description

Zunächst betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Neutralisation des säurehaltigen Kondensates eines über die Oberfläche korrosiongefährdeter Teile, insbesondere der Abgasführung eines Wärmetauschers, geführten heißen Abgases.

Die Führung solcher Abgase schafft hinsichtlich der Korrosions­ gefahr besonders kritische Bedingungen, weil zur thermischen Beanspruchung der Bestandteile der Abgasführung noch die chemische Aggressivität des säurehaltigen Kondensates hinzu­ kommt. Es hat sich gezeigt, daß unter diesen Verhältnissen die Schutzwirkung und Beständigkeit üblicher Beschichtungen, die eine Korrosion zu verhindern vermögen, nicht immer ausreicht.

Die Erfindung beruht im wesentlichen auf der Erkenntnis, daß eine Schicht, die aus einem Metalloxid eines Erdmetalles besteht, das mit Wasser alkalisch reagiert, eine solche Neutralisation des säurehaltigen Kondensates so weitgehend zustande bringt, daß mit einer solchen Schicht die Korrosions­ gefahr gebannt werden kann.

Dem wesentlichsten Erfindungsmerkmal zufolge ist deshalb bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Gattung vor­ gesehen, daß das Kondensat zwecks Neutralisation im Strömungs­ weg des Abgases mit dem Metalloxid eines Metalles, wie Aluminium, dessen Oxid mit Wasser alkalisch reagiert, in Kontakt gebracht wird.

Ein solches Metall bildet , vorzugsweise als eine Beschichtung abgasführender Bestandteile einer Abgasführung, durch Oxidation alsbald eine aus einem Oxid bestehende, wirksame und beständige Schutzschicht gegen das säurehaltige Kondensat des Abgases.

Diese Schutzwirkung ist offenbar folgenden chemischen Reaktionen zu verdanken:

Al+3 HCl → AlCl₃+1,5 H₂ (1)
oder
Al₂O₃+6 HCl → 2 AlCl₃+3 H₂O (2)

In wäßriger Lösung unterliegt Aluminiumchlorid (hygroskopisch) der Hydrolyse

AlCl₃+3 H₂O → Al (OH)₃+3 HCl, d. h. (3)

Aluminiumchlorid hydrolisiert zu Aluminiumhydroxid und Salzsäure.

Aluminiumhydroxid ist eine schwache Base und außerdem amphoter, es löst sich also sowohl in Säuren als auch in Basen. Gegen­ über einer starken Lauge verhält es sich als Säure, gegenüber einer starken Säure als Base. Dieser Vorgang kommt einer Neutralisation gleich.

Somit vermag das gemäß Gleichung (3) entstandene Aluminium­ hydroxid die freiwerdende Salzsäure über den sich ändernden pH-Wert gewissermaßen zu neutralisieren.

Der einmalige Eintrag von Chlor in die Verbrennung kann aus­ reichen, einen Korrosionsschaden zu verursachen; beispiels­ weise ist ein solcher Eintrag in der Bauphase denkbar, in der häufig mit chlorhaltigen Luft-Begleitstoffen gerechnet werden muß. Die sich bildende Salzsäure verbleibt dann auf der Oberfläche abgasführender Bestandteile der Abgasführung. Folgender chemischer Ablauf der Eisenkorrosion ist denkbar:

(1) 3 HCl+H₂O → 3 HCl · H₂O (Salzsäure)
(2) 3 HCl+Fe → FeCl₃+1,5 H₂ (hygroskopisches Eisenchlorid)
(3) FeCl₃+3 H₂O → FeO (OH)+3 HCl (Hydrolyse)
(4) 2 FeO(OH) → Fe₂O₃+H₂O (Eisenoxid, Rost)

Das in der Reaktion (3) freiwerdende HCl kann wiederum zu einer weiteren Eisenkorrosion nach den Reaktionen (1) und (2) führen.

Die Neutralisationswirkung des Aluminiumhydroxides verhindert die weitere Korrosion des tieferen Bereiches der Aluminiumoxid- Schutzschicht.

Analog könnten auch andere Materialien mit dieser Wechselwirkung den angestrebten Effekt eintreten lassen, so weit sie zu den angegebenen Reaktionen befähigt sind, z.B. andere Metalle mit amphoteren Oxiden, die gleichfalls eine Neutralisation nach dem erläuterten Muster zur Folge haben können.

Im Zusammenhang mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren erstreckt sich die Erfindung auch auf zur Durchführung eines solchen Ver­ fahrens geeignete, vorzugsweise als Gußglieder gefertigte Bestandteile einer Abgasführung eines Wärmetauschers.

Erfindungsgemäß ist ein solcher der Abgasführung dienender, zur Verbesserung des Wärmetausches vorzugsweise profilierter, Bestandteil an seiner Oberfläche mit einer ein solches Metall enthaltenden Beschichtung beschichtet.

Schließlich erstreckt sich die Erfindung in diesem Zusammenhang auch noch auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bestandteiles einer Abgasführung eines Wärmetauschers, insbe­ sondere eines Kesselgliedes.

Diesem Verfahren zufolge wird die Oberfläche eines solchen, als Gußglied gefertigten Bestandteiles nach dem Guß mit einer ein solches Metall enthaltenden Beschichtung beschichtet. Es hat sich gezeigt, daß die Beschichtung sich mit einer solchen guß­ rauhen Oberfläche besonders innig verbindet und dadurch eine optimale Beständigkeit erhält.

Die spezifische Oberfläche der Beschichtung und damit deren angestrebte Wirkung läßt sich im Rahmen der Erfindung auch noch dadurch erhöhen, daß die Beschichtung im Flammspritzverfahren aufgebracht wird, vorzugsweise in einer Dicke von 100 bis 200 Mikrometer.

Nachstehend ist der Erfindungsgegenstand an Hand von Zeichnungen erläutert, die ein Ausführungsbeispiel veranschaulichen. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 einen Teil-Schnitt durch die Wandung eines mit Rippen profilierten Kesselgliedes und

Fig. 2 das Detail II aus Fig. 1 in größerem Maßstab.

Das wasserführende Kesselglied 1, dessen Innenseite 3 den wasserführenden Hohlraum 4 und dessen mit Rippen 2, Noppen od.dgl. den Wärmetausch begünstigenden Vorsprüngen ausgestattete Außenseite die Abgasführung 5 begrenzt, ist an dieser Außenseite mit einer Schicht 6 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung beschichtet, die deutlicher im vergrößerten Ausschnitt II nach Fig. 2 ersichtlich ist. Diese rauhe Schicht 6 bildet nach ausreichendem Kontakt mit dem Sauerstoff der Luft eine Haut aus Aluminiumoxid, die das Metall des Kesselgliedes 1 gegen eine durch das saure Kondensat der Abgase verursachte Korrosion schützt.

Die Herstellung dieser Beschichtung 6 erfolgt nach dem Sand­ strahlen des Gußteiles durch Flammspritzen, wobei sich dadurch eine besonders gute Haftung der Schicht 6 auf der rauhen Oberfläche des Grundwerkstoffes des Gußteiles ergibt.

Aber auch die Schicht 6 selbst weist infolge ihrer Herstellung durch Flammspritzen eine rauhe und zerklüftete Struktur auf und bietet somit eine vergleichsweise große spezifische Oberfläche, die für die anzustrebende intensive Neutralisation besonders gut verwertbar ist.

Die sich bildende, aus Aluminiumoxid bestehende Beschichtung 6 ist - wie sich erwiesen hat - außerordentlich beständig und hoch wirksam, indem sie aus der schwachen Säure des Kondensates eine Base (pH < 7) bildet. Über den sich ändernden pH-Wert vermag das Aluminiumhydroxid die nach Gleichung (3) freiwerdende Salzsäure gewissermaßen zu neutralisieren.

Neben Aluminium gibt es aber auch noch andere Metalle, insbe­ sondere Erdalkalimetalle mit amphoteren Oxiden, die gleichermaßen wie Aluminium als Beschichtung die erfindungsgemäß angestrebte Wirkung zu zeitigen vermögen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Neutralisation des säurehaltigen Konden­ sates eines über die Abgasführung eines Wärmetauschers geführten heißen Abgases, wobei dieses Kondensat mit einem Metalloxid eines Metalles, wie Aluminium, dessen Oxid mit Wasser alkalisch reagiert, in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß letzteres im Strömungsweg des Abgases geschieht.

2. Zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 geeigneter, vorzugsweise als Gußglied gefertigter Bestand­ teil einer Abgasführung eines Wärmetauschers, insbesondere Kesselglied, dadurch gekennzeichnet, daß die der Abgas­ führung dienende, zur Verbesserung des Wärmetausches vorzugsweise profilierte, Oberfläche dieses Bestandteiles (1) mit einer ein solches Metall enthaltenden Beschichtung (6) beschichtet ist.

3. Verfahren zur Herstellung des Bestandteiles einer Abgasführung eines Wärmetauschers, insbesondere eines Kesselglieds, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gußrauhe Oberfläche eines solchen, als Gußglied gefertigten Bestandteiles nach dem Guß mit einer ein solches Metall enthaltenden Beschichtung beschichtet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung im Flammspritzverfahren aufgebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung in einer Dicke von 100 bis 200 Mikrometer aufgebracht wird.