EP1475597A2 - Heizelement für einen Regenerativ-Wärmetauscher und Verfahren zum Herstellen eines Heizelements - Google Patents

Heizelement für einen Regenerativ-Wärmetauscher und Verfahren zum Herstellen eines Heizelements Download PDF

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EP1475597A2
EP1475597A2 EP04010542A EP04010542A EP1475597A2 EP 1475597 A2 EP1475597 A2 EP 1475597A2 EP 04010542 A EP04010542 A EP 04010542A EP 04010542 A EP04010542 A EP 04010542A EP 1475597 A2 EP1475597 A2 EP 1475597A2
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EP
European Patent Office
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heating element
stick
layer
enamel layer
enamel
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EP04010542A
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EP1475597B1 (de
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Hermann MÜLLER-ODENWALD
Friedrich Dr. Weyland
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General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Power Energy Recovery GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D17/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles
    • F28D17/02—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles using rigid bodies, e.g. of porous material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D19/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium
    • F28D19/04—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings

Definitions

  • the invention relates to a heating element designed as a profiled steel sheet for a A regenerative heat exchanger.
  • heating elements are generally known.
  • a variety of heating elements form the Storage mass of a regenerative heat exchanger.
  • the heat transfer or Heat exchange required storage mass is used in corrosive and / or gas flows containing dust are subjected to special operational stresses.
  • Enameled steel sheets are relatively good corrosion-resistant, but they have the disadvantage a relatively high wettability, which is reflected in the fact that coatings on enamelled Adhere heating elements more or less firmly.
  • Storage masses made of plastic are expensive and disadvantageous in that they have low heat capacity and heat conduction have, are not economically presented in the optimal form for heat technology can and a relatively low mechanical strength, temperature and Resistance to temperature changes and erosion. Therefore limit yourself the use of plastic storage masses on applications in low-dust Flue gases, preferably as a cold end position, i.e. on the heat exchanger outlet side of the Flue gas, in gas preheaters at desulphurization plants (REA Gavo).
  • heating elements coated with basic and non-stick enamel you can open up produce or represent a heat storage mass in a particularly economical manner is corrosion-resistant, has an abrasion-resistant, dirt-repellent surface and none thermal and constructive disadvantages or restrictions with regard to Operating mode. It can be used for heat exchange, pressure loss and mechanical stability optimized and proven sheet steel profiles are used and the non-stick enamel layer affects the heat transfer performance only slightly, d. H. with the high heat capacity of enamel and the additional mass it will practically even increased.
  • the dirt-repellent property of the heating elements according to the invention is reduced or even prevents the build-up of pressure loss-increasing pollution layers on the heating element profiles. This brings operational advantages because then the intervals for the when the maximum permissible pressure drop has been reached, the necessary cleaning work Storage mass can be extended and consequently also smaller amounts of Cleaning waste water accrues. If coverings still form, they stick to the Non-stick enamel is less firm and can therefore be blown with less or Flushing pressure or with smaller amounts of blowing medium and / or polluting Clean rinse water.
  • the non-stick enamel coating with a layer thickness of 5 has proven to be advantageous to apply up to 40 microns, a particularly advantageous embodiment of the invention Layer thickness of 15 to 25 microns is applied. This thin layer is sufficient to cover the Base enamel layer applied as corrosion protection against caking and buildup largely protect.
  • the heating element is the Total layer thickness, i.e. the base enamel layer including the non-stick enamel coating, 80 to 300 ⁇ m. With this layer thickness, an optimum with regard to the Corrosion resistance, thermal conductivity and coating costs achieved.
  • the heating element By designing the heating element with an acid-proof base enamel layer with an abrasion value or weight loss after a test period of 18 hours of a maximum of 10 g / m 2 (measurement based on DIN 2743 and pr EN 14483-2), the heating element is equipped with an extremely corrosion-resistant coating, which gives the heating element a long service life.
  • An advantageous embodiment of the heating element has a low-pore base enamel layer, the base enamel layer being designed in a particularly advantageous manner with a maximum of 15 pores per m 2 .
  • the small number of pores ensures that the metal base body remains largely protected against corrosion.
  • the heating element has at least one single-layer Base enamel layer and non-stick enamel coating on.
  • Such a trained one Heating element is simple and inexpensive to manufacture.
  • the base enamel layer after degreasing the steel sheet directly and without a primer on the steel sheet applied and / or the non-stick enamel coating directly on the without pretreatment Base enamel layer applied. This allows the two layers of enamel to work very well can be applied economically without additional work steps.
  • An advantageous method provides for a frit or frit mixture of the non-stick enamel to grind a water-based slip, the slip by dipping or spraying applied to the enameled heating element and then in a kiln dry and melt. This measure can be very conventional be operated economically.
  • the base enamel layer and / or the layer is advantageously dried and fired Non-stick enamel layer in a continuous furnace. This process is characterized by high Effectiveness and energy efficiency.
  • Another advantage of the inventive method is that the non-stick enamel with the to Enamelling of heating plates (basic enamel) usual devices can be applied and therefore no additional equipment and facilities necessary for the production are.
  • a heating element according to the invention for a Regenerative heat exchanger and a method for producing such a heating element described.
  • a heating element consists of a steel sheet which, after being profiled using profiling rollers, is advantageously prepared for degreasing or pickling, but without applying a primer. Then an acid-resistant base enamel layer is applied to the steel sheet, which serves as corrosion protection.
  • the basic enamel layer which is preferably low-pore and particularly preferably has a maximum of 15 pores per m 2 , is an enamel that has been specially developed for the corrosion protection of heating elements and has proven itself over many years in use in regenerative heat exchangers.
  • the base enamel layer After the base enamel layer has been applied, it is advantageously without pretreatment a slip of non-stick enamel, for example through the enamelled surface Spray on or dip, applied and then dried and fired.
  • the Layer thickness of the non-stick enamel on the base enamel is advantageous with 5 to 40 ⁇ m, in formed in a particularly advantageous manner with 15 to 25 microns.
  • the basic email as well as the Non-stick enamel can be applied in one or more layers depending on the application, a total layer thickness of 80 to 300 ⁇ m has proven to be particularly advantageous Has.
  • a thin non-stick enamel layer corresponds to the above Information without special pretreatment of the base enamel surface adheres firmly to it can be applied and this relatively thin non-stick enamel layer the wettability the heating element surface so far that comparable with fluoroplastics anti-adhesive properties can be achieved. Since the acid-proof, low-pores alone The non-stick enamel top layer must adequately protect the steel profile from corrosion make no contribution as a corrosion protection layer and can therefore very much turn out thin and do not have to be applied to pores and others Coating errors are noted. Due to the low wettability or with others Words, the non-stick enamel coating has a high dirt-repellent property Build-up of pressure loss-increasing contamination layers on the heating elements prevented or significantly reduced. This can extend cleaning intervals or smaller amounts of cleaning media are used.
  • Fluoroplastic coatings have a significantly higher non-stick enamel layer Abrasion resistance and also the non-stick enamel adheres better to the base enamel than Fluoroplastic on enamel.
  • non-stick emails are relatively expensive, the specified version, i.e. with relatively thin layer thickness, thus in a particularly economical, cost-effective manner Heating elements with corrosion and erosion-resistant and dirt-repellent Produce a coating because little expensive material is needed.
  • optical Surface defects such as B. Tracks, color and gloss errors play in the technical Product heating element does not matter.
  • the non-stick enamel layer can, without optics and beauty having to pay attention to the surface can be applied advantageously with little effort, with the ones already available for basic enamelling Manufacturing facilities, e.g. Furnaces. Since it is the one suggested above Solution is a technical application is in the composition of the two Enamel layers, for example, do not require food-safe purity or necessary, i.e.
  • the lead and cadmium content of the enamel layers is less or not is critical and therefore does not have to be limited to what the raw material selection and Manufacture of the enamel frit is simplified and the coating is comparatively clear makes it cheaper.
  • the non-stick enamel layer influences that Heat transfer performance of the heating element is only insignificant, it is due to the high Heat capacity of enamel and increased by the additional mass in a positive way.
  • Heating elements for regenerative heat exchangers that are exposed to acid-containing flue gas must be provided with a very resistant, acid-resistant base enamel layer.
  • the base enamel layer must have a very specific acid resistance, which is determined in accordance with the DIN 2743 + CEN resolution in highly corrosive 30% boiling sulfuric acid in a cooking test lasting several hours. The removal measured should be less than 10 g / m 2 after 18 hours of cooking.
  • Regenerative heat exchangers consist of a large number of heating elements or Heat stores that are heated by a hot gas, for example flue gas and then the stored heat to a colder fluid, such as air or Give gas.
  • a hot gas for example flue gas
  • a colder fluid such as air or Give gas.
  • Such regenerative heat exchangers can be used, for example, as Air preheater or gas preheater in boiler systems, flue gas cleaning systems etc. be used.
  • the lowest possible flue gas outlet temperature temperature of the flue gas after flowing through the regenerative heat exchanger
  • the lowest possible cold end temperature of the regenerative heat exchanger is aimed for in air preheaters.
  • SO 3 and dust-containing flue gases raw gas, coal firing: up to 20 g dust / Nm 3 flue gas
  • limits were previously set for the depth of the cold end temperature due to the formation of deposits too quickly and poor cleanability.
  • Air preheaters are designed according to the prior art so that the cold end temperature is above the so-called pollution temperature.
  • the pollution temperature is the temperature above which, as a result of the temperature falling below the dew point and incorporating fly ash (ash) into the flue gas condensate (sulfuric acid), it is no longer possible to manage deposits with economically justifiable effort.
  • Heating elements that have anti-adhesive properties could not be used with a satisfactory service life due to the erosive conditions in air preheaters.
  • plastics there is also the disadvantage of a relatively low permissible continuous operating temperature, which further limits their use and represents a safety risk in the event of a malfunction.
  • a regenerative heat exchanger which is designed with heating elements according to the invention, the formation of a deposit is prevented, even if the temperature falls below the dew point, or it is at least much easier to control, which ultimately allows the flue gas temperature to be reduced below the level previously used.
  • a lower flue gas temperature means a higher boiler efficiency and thus a lower specific CO 2 emission (emitted amount of CO 2 per unit produced electrical energy) and the systems downstream of the air preheater (electrostatic precipitator, flue gas cleaning system) can be built smaller (lower investments, lower operating costs).
  • Another advantage is that falling below the dew point (thawing out sulfuric acid) goes hand in hand with a reduction in the SO 3 / H 2 SO 4 concentration in the flue gas, thus reducing the risk of corrosion in downstream systems and the risk of aerosol formation.
  • heating elements according to the invention also with less erosive and corrosive applications can be used.

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Abstract

Heizelement für einen Regenerativ-Wärmetauscher, das als profiliertes Stahlblech ausgebildet ist, wobei das profilierte Stahlblech mit einer säurefesten Grundemailschicht und deren Oberfläche mit einer Antihaft-Email-Beschichtung versehen ist sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Heizelementes.

Description

Die Erfindung betrifft ein als profiliertes Stahlblech ausgebildetes Heizelement für einen Regenerativ-Wärmetauscher.
Derartige Heizelemente sind allgemein bekannt. Eine Vielzahl von Heizelementen bilden die Speichermasse eines Regenerativ-Wärmetauschers. Die zur Wärmeübertragung bzw. zum Wärmetausch benötigte Speichermasse ist beim Einsatz in korrosiven und/oder staubhaltigen Gasströmen besonderen betrieblichen Beanspruchungen unterworfen. Dies trifft zum Beispiel für die Speichermasse von Luftvorwärmern an Kesselanlagen (Boiler) oder Gasvorwärmern an Rauchgasreinigungsanlagen zu, wo die Temperatur der Speichermasse zumindest lokal und/oder zeitweise unterhalb des Rauchgastaupunktes liegt und sich in Verbindung mit Flugstaub und/oder sonstigen Rauchgasinhaltsstoffen (Additive, Mittel zur Rauchgasreinigung) Beläge auf der Speichermasse bzw. den Heizflächen der Heizelemente bilden. Letztere erhöhen den Druckverlust für die Durchströmung der Speichermasse und führen im schlimmsten Fall zur vollständigen Versperrung/Verstopfung des Regenerativ-Wärmetauschers. Ein weiteres Problem besteht darin, dass Rauchgaskondensate in der Regel stark sauer sind. Die Speichermasse muss deshalb, besonders bei niedrigen Betriebstemperaturen, hinreichend korrosionsfest sein und die Beläge sollen möglichst leicht durch Blasen oder Spülen abzureinigen sein. Für solche Anwendungen sind Speichermassen aus emaillierten Stahlblechprofilen oder Speichermaterialien aus Kunststoff bekannt geworden (DE 32 07 213 C2).
Emaillierte Stahlbleche sind zwar relativ gut korrosionsbeständig, haben aber den Nachteil einer relativ hohen Benetzbarkeit, was sind darin äußert, dass Beläge auf emaillierten Heizelementen mehr oder weniger fest haften. Speichermassen aus Kunststoff sind teuer und insofern nachteilig, weil diese eine geringe Wärmekapazität und Wärmeleitung aufweisen, nicht wirtschaftlich in für die Wärmetechnik optimaler Form dargestellt werden können und eine relativ geringe mechanische Festigkeit, Temperatur- und Temperaturwechselbeständigkeit sowie Erosionsfestigkeit besitzen. Deshalb beschränkt sich der Einsatz von Speichermassen aus Kunststoff auf Anwendungen in staubarmen Rauchgasen, vorzugsweise als Kaltendlage, d.h. an der Wärmetauscher-Ausströmseite des Rauchgases, in Gasvorwärmern an Entschwefelungsanlagen (REA Gavo).
Zur Verbesserung der schmutzabweisenden Eigenschaften und Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit wurde vorgeschlagen, die Oberfläche emaillierter Heizelemente mit einer Beschichtung aus Fluorkunststoff zu versehen (DE 199 40 627 Al). Die Antihafteigenschaften von Fluorkunststoffen, wie z. B. PTFE, sind bekannt, nachteilig ist aber die relativ geringe Erosionsfestigkeit solcher Beschichtungen. Wegen der beschränkten Erosionsfestigkeit können Heizelemente mit Fluorkunststoffbeschichtung nicht mit befriedigender Standzeit in mit partikelhaltigem Rauchgas beaufschlagten Regenerativ-Wärmetauschern, beispielsweise Luftvorwärmern an kohlegefeuerten Dampferzeugern, eingesetzt werden. Der Flugstaubgehalt im Rauchgas kann hier bei einer Strömungsgeschwindigkeit von über 10 m/s mehr als 20 g Staub/Nm3 betragen. Für einen wirtschaftlichen Kraftwerksbetrieb mit hohem Wirkungsgrad und niedrigen Emissionen soll die Abgastemperatur im Luftvorwärmer möglichst weit abgesenkt werden, was nur mit Hilfe von korrosionsbeständigen und schmutzabweisenden Heizflächen möglich ist.
Es ist somit die Aufgabe dieser Erfindung, ein Heizelement der eingangs genannten Art anzugeben, das schmutzabweisende Eigenschaften besitzt, korrosions- und erosionsbeständig ist und trotzdem eine gute Wärmespeicherkapazität und Wärmeleitfähigkeit aufweist, hinreichend temperatur- und temperaturwechselbeständig ist und außerdem zu wirtschaftlich vertretbaren Kosten hergestellt werden kann. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung Heizelemente zu schaffen, durch deren Einsatz es in kohlegefeuerten Dampferzeugern ermöglicht wird, die Abgastemperatur im Vergleich zum Stand der Technik noch weiter abzusenken. Es ist des weiteren Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Heizelementes aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Heizelementes durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst und hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung eines Heizelementes durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 9 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Mit den mit Grund- und Antihaft-Email beschichteten Heizelementen lässt sich auf besonders wirtschaftliche Weise eine Wärme-Speichermasse herstellen bzw. darstellen, die korrosionsfest ist, eine abriebfeste, schmutzabweisende Oberfläche hat und keine wärmetechnischen und konstruktiven Nachteile oder Einschränkungen hinsichtlich der Betriebsweise aufweist. Es können die bezüglich Wärmetausch, Druckverlust und mechanischer Stabilität optimierten und bewährten Stahlblechprofile eingesetzt werden und die Antihaft-Emailschicht beeinflusst die Wärmeübertragungsleistung nur unwesentlich, d. h. bei der hohen Wärmekapazität von Email und durch die zusätzliche Masse wird sie praktisch sogar erhöht.
Die schmutzabweisende Eigenschaft der erfindungsgemäßen Heizelemente vermindert oder verhindert sogar ganz den Aufbau von druckverlusterhöhenden Verschmutzungsschichten auf den Heizelementprofilen. Das bringt betriebliche Vorteile, da dann die Intervalle für die bei Erreichen des maximal zulässigen Druckverlustes notwendigen Reinigungen der Speichermasse verlängert werden können und infolgedessen auch geringere Mengen an Reinigungs-Abwasser anfallen. Bilden sich trotzdem Beläge, so haften diese auf dem Antihaft-Email weniger fest an und lassen sich deswegen mit geringerem Blas- oder Spüldruck bzw. mit geringeren Mengen an Blasmedium und/oder umweltbelastendem Spülwasser reinigen.
Als vorteilhaft hat sich gezeigt, die Antihaft-Email-Beschichtung mit einer Schichtstärke von 5 bis 40 µm aufzubringen, wobei in besonders vorteilhafter Ausbildung der Erfindung eine Schichtstärke von 15 bis 25 µm aufgebracht wird. Diese dünne Schicht reicht aus, um die als Korrosionsschutz aufgebrachte Grundemailschicht vor Anbackungen und Anhaftungen weitgehend zu schützen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Heizelementes ist dessen Gesamtschichtdicke, d.h. der Grundemailschicht einschließlich der Antihaft-Email-Beschichtung, 80 bis 300 µm. Bei dieser Schichtdicke wird ein Optimum hinsichtlich der Korrosionsstandfestigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Beschichtungskosten erzielt.
Durch die Ausbildung des Heizelementes mit einer säurefesten Grundemailschicht mit einem Abtragswert bzw. Gewichtsverlust nach 18 Stunden Prüfzeit von maximal 10 g/m2 (Messung in Anlehnung an DIN 2743 und pr EN 14483-2) wird das Heizelement mit einer extrem korrosionsfesten Beschichtung ausgestattet, die dem Heizelement eine lange Standzeit verleiht.
Eine vorteilhafte Ausbildung des Heizelementes weist eine porenarme Grundemailschicht auf, wobei in besonders vorteilhafter Weise die Grundemailschicht mit maximal 15 Poren je m2 ausgebildet ist. Durch die geringe Porenzahl wird erreicht, dass der Metallgrundkörper weitestgehend vor Korrosion geschützt bleibt.
In vorteilhafter Ausgestaltung weist das Heizelement jeweils mindestens eine einlagige Grundemailschicht und Antihaft-Email-Beschichtung auf. Ein derartig ausgebildetes Heizelement ist einfach und kostengünstig herzustellen.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Heizelementes nach Anspruch 1 zeichnet sich durch folgende Schritte aus:
  • Stahlbänder werden mit Hilfe von Profilwalzen profiliert und daraus entsprechend der geforderten Maße Heizelemente zugeschnitten,
  • auf die zugeschnittenen Stahlbleche wird die säurefeste Grundemailschicht aufgebracht und in einem weiteren Arbeitsschritt
  • die Antihaft-Email-Beschichtung auf die säurefeste Grundemailschicht aufgetragen.
In vorteilhafter Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Grundemailschicht nach der Entfettung des Stahlbleches direkt und ohne Haftgrund auf das Stahlblech aufgebracht und/oder die Antihaft-Email-Beschichtung ohne Vorbehandlung direkt auf die Grundemailschicht aufgebracht. Dadurch können die beiden Emailschichten sehr wirtschaftlich ohne zusätzliche Arbeitsschritte aufgebracht werden.
Ein vorteilhaftes Verfahren sieht vor, eine Fritte oder Frittenmischung des Antihaft-Emails zu einem wasserbasigen Schlicker zu vermahlen, den Schlicker durch Tauchen oder Spritzen auf das grundemaillierte Heizelement aufzubringen und dann in einem Brennofen zu trocknen und aufzuschmelzen. Durch diese Maßnahme kann in konventioneller Weise sehr wirtschaftlich verfahren werden.
Vorteilhafterweise erfolgt das Trocknen und Brennen der Grundemailschicht und/oder der Antihaft-Email-Schicht in einem Durchlaufofen. Dieses Verfahren zeichnet sich durch hohe Effektivität und Energieeffizienz aus.
Ein weiterer Vorteil des erfinderischen Verfahrens ist, dass das Antihaft-Email mit den zum Emaillieren von Heizblechen (Grundemail) üblichen Einrichtungen aufgebracht werden kann und somit für die Herstellung keine zusätzlichen Apparate und Einrichtungen notwendig sind.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird ein erfindungsgemäßes Heizelement für einen Regenerativ-Wärmetauscher und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Heizelementes beschrieben.
Ein Heizelement besteht aus einem Stahlblech, das nach seiner mittels Profilierwalzen hergestellten Profilierung in vorteilhafter Weise durch Entfetten oder Beizen, jedoch ohne Aufbringen eines Haftgrundes für die Emaillierung vorbereitet wird. Anschließend wird eine säurebeständige Grundemailschicht auf das Stahlblech aufgebracht, die als Korrosionsschutz dient. Bei der Grundemailschicht, die vorzugsweise porenarm und besonders bevorzugt mit maximal 15 Poren je m2 ausgebildet ist, handelt es sich um ein speziell für den Korrosionsschutz von Heizelementen entwickeltes Email, das sich über Jahre beim Einsatz in Regenerativ-Wärmetauschern bewährt hat.
Nach dem Aufbringen der Grundemailschicht wird vorteilhafterweise ohne Vorbehandlung der emaillierten Oberfläche ein Schlicker des Antihaft-Emails, zum Beispiel durch Aufsprühen oder Tauchen, aufgebracht und anschließend getrocknet und gebrannt. Die Schichtdicke des Antihaft-Email auf dem Grundemail ist vorteilhaft mit 5 bis 40 µm, in besonders vorteilhafter Weise mit 15 bis 25 µm ausgebildet. Das Grundemail sowie das Antihaft-Email kann je nach Anwendungsfall ein- oder mehrlagig aufgebracht werden, wobei eine Gesamtschichtdicke von 80 bis 300 µm sich als besonders vorteilhaft gezeigt hat.
Es hat sich ferner gezeigt, dass eine dünne Antihaft-Emailschicht entsprechend den obigen Angaben ohne besondere Vorbehandlung der Grundemailoberfläche auf diese fest haftend aufgebracht werden kann und diese relativ dünne Antihaft-Emailschicht die Benetzbarkeit der Heizelementoberfläche soweit herabsetzt, dass mit Fluorkunststoffen vergleichbare antiadhäsive Eigenschaften erreicht werden. Da schon allein die säurefeste, porenarme Grundemailschicht das Stahlprofil hinreichend vor Korrosion schützt, muss die Antihaft-Emaildeckschicht keinen Beitrag als Korrosionsschutzschicht bringen und kann somit sehr dünn ausfallen und bei der Applikation muss nicht auf Poren und sonstige Beschichtungsfehler geachtet werden. Durch die niedrige Benetzbarkeit oder mit anderen Worten, hohe schmutzabweisende Eigenschaft der Antihaft-Email-Beschichtung wird der Aufbau von druckverlusterhöhenden Verschmutzungsschichten auf den Heizelementen verhindert bzw. wesentlich vermindert. Dadurch können Reinigungsintervalle verlängert werden bzw. geringere Mengen an Reinigungsmedien eingesetzt werden.
Gegenüber Beschichtungen gemäß dem Stand der Technik, beispielsweise Fluorkunststoffbeschichtungen haben Antihaft-Emailschichten eine deutlich höhere Abriebfestigkeit und außerdem haftet das Antihaft-Email besser auf dem Grundemail als Fluorkunststoff auf Email.
Da Antihaft-Emails relativ teuer sind, lassen sich in der angegebenen Ausführung, also mit relativ dünner Schichtstärke, somit in besonders wirtschaftlicher, kostengünstiger Weise Heizelemente mit korrosions- und erosionsbeständiger sowie schmutzabweisender Beschichtung herstellen, da wenig teures Material gebraucht wird. Optische Oberflächenfehler wie z. B. Laufspuren, Farb- und Glanzfehler spielen bei dem technischen Produkt Heizelement keine Rolle. Die Antihaft-Emailschicht kann, ohne Optik und Schönheit der Oberfläche beachten zu müssen, vorteilhaft mit geringem Aufwand appliziert werden, und zwar mit den für die Grundemaillierung ohnehin vorhandenen Fertigungseinrichtungen, z.B. Durchlauföfen. Da es sich bei der oben vorgeschlagenen Lösung um eine technische Anwendung handelt, ist bei der Zusammensetzung der beiden Emailschichten beispielsweise auch keine lebensmittelechte Reinheit gefordert bzw. notwendig, d.h. dass der Blei- und Cadmiumgehalt der Emailschichten weniger bzw. nicht kritisch ist und deswegen nicht limitiert werden muss, was die Rohstoffauswahl und Herstellung der Emailfritte vereinfacht und die Beschichtung vergleichsweise deutlich kostengünstiger macht. Die Antihaft-Emailschicht beeinflusst die Wärmeübertragungsleistung des Heizelementes nur unwesentlich, sie wird durch die hohe Wärmekapazität von Email und durch die zusätzliche Masse in positiver Weise noch erhöht.
Heizelemente für Regenerativ-Wärmetauscher, die mit Säure enthaltendem Rauchgas beaufschlagt werden, müssen mit einer sehr widerstandsfähigen, säurebeständigen Grundemailschicht versehen sein. Um diesen Anforderungen zu genügen, muss die Grundemailschicht eine ganz bestimmte Säurefestigkeit aufweisen, die in Anlehnung an die DIN 2743+CEN Resolution in hochkorrosiver 30%iger siedender Schwefelsäure in einem mehrstündigen Kochversuch bestimmt wird. Der dabei gemessene Abtrag sollte weniger als 10 g/m2 nach 18 Stunden Kochzeit betragen.
Regenerativ-Wärmetauscher bestehen aus einer Vielzahl von Heizelementen bzw. Wärmespeichern, die durch ein heißes Gas, beispielsweise Rauchgas aufgeheizt werden und die anschließend die gespeicherte Wärme an ein kälteres Fluid, beispielsweise Luft oder Gas abgeben. Derartige Regenerativ-Wärmetauscher können beispielsweise als Luftvorwärmer oder Gasvorwärmer in Kesselanlagen, Rauchgasreinigungsanlagen usw. eingesetzt werden.
Aus Gründen der besseren Wirtschaftlichkeit (höherer Wirkungsgrad) einer Kesselanlage wird bei Luftvorwärmern eine möglichst tiefe Rauchgasaustrittstemperatur (Temperatur des Rauchgases nach Durchströmen des Regenerativ-Wärmetauschers) und damit auch eine möglichst tiefe Kaltendtemperatur des Regenerativ-Wärmetauschers angestrebt. Bei SO3 und staubhaltigen Rauchgasen (Rohgas Kohlefeuerung: bis über 20 g Staub / Nm3 Rauchgas) waren bisher wegen zu schneller Belagsbildung und schlechter Abreinigbarkeit für die Tiefe der Kaltendtemperatur Grenzen gesetzt. Luftvorwärmer werden nach dem Stand der Technik so ausgelegt, dass die Kaltendtemperatur oberhalb der sogenannten Verschmutzungstemperatur liegt. Als Verschmutzungstemperatur bezeichnet man die Temperatur, ab der in Folge von Taupunktsunterschreitung und Einbindung von Flugstaub (Asche) in das Rauchgaskondensat (Schwefelsäure) Belagsbildungen nicht mehr mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand beherrschbar sind. Heizelemente, die beispielsweise mit Hilfe von Fluorkunststoffbeschichtungen antiadhäsive Eigenschaften besitzen oder Speichermasse aus Kunststoff, konnten wegen der erosiven Bedingungen in Luftvorwärmern nicht mit befriedigender Standzeit eingesetzt werden. Bei Kunststoffen kommt noch nachteilig eine relativ niedrige zulässige Dauerbetriebstemperatur hinzu, was deren Einsatz weiter einschränkt und im Störfall ein Sicherheitsrisiko darstellt. Mit einem Regenerativ-Wärmetauscher, der mit erfindungsgemäßen Heizelementen ausgebildet ist, wird eine Belagsbildung selbst bei extremer Taupunktsunterschreitung entweder verhindert oder sie ist zumindest wesentlich besser beherrschbar, was letztlich eine Absenkung der Rauchgastemperatur unter das bisher übliche Niveau zulässt. Eine tiefere Rauchgastemperatur bedeutet einen höheren Kesselwirkungsgrad und damit eine geringere spezifische CO2 -Emission (emittierte Menge CO2 pro Einheit produzierte elektrische Energie) und die dem Luftvorwärmer nachgeschalteten Anlagen (Elektrofilter, Rauchgasreinigungsanlage) können kleiner gebaut werden (geringere Investitionen, niedrigere Betriebskosten). Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Taupunktsunterschreitung (Austauen von Schwefelsäure) eine Reduzierung der SO3/H2SO4-Konzentration im Rauchgas einher geht und damit die Korrosionsgefahr in nachgeschalteten Anlagen und die Gefahr der Aerosolbildung gemindert wird.
Es versteht sich von selbst, dass die erfindungsgemäßen Heizelemente auch bei weniger erosiven und korrosiven Anwendungen eingesetzt werden können.

Claims (14)

  1. Heizelement für einen Regenerativ-Wärmetauscher, das als profiliertes Stahlblech ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das profilierte Stahlblech mit einer säurefesten Grundemailschicht und deren Oberfläche mit einer Antihaft-Email-Beschichtung versehen ist.
  2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antihaft-Email-Beschichtung mit einer Schichtstärke von 5 bis 40 µm aufgebracht ist.
  3. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antihaft-Email-Beschichtung mit einer Schichtstärke von 15 bis 25 µm aufgebracht ist.
  4. Heizelement nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundemailschicht einschließlich der Antihaft-Email-Beschichtung mit einer Schichtdicke von 80 bis 300 µm aufgetragen ist.
  5. Heizelement nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die säurefeste Grundemailschicht einen Abtragswert bzw. Gewichtsverlust nach 18 Stunden Prüfzeit in einer 30%igen siedenden Schwefelsäure von maximal 10 g/m2 aufweist.
  6. Heizelement nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundemailschicht porenarm ausgebildet ist.
  7. Heizelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundemailschicht im Mittel mit maximal 15 Poren/m2 ausgebildet ist.
  8. Heizelement nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundemailschicht und die Antihaft-Email-Beschichtung jeweils mindestens einlagig ausgebildet ist.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Heizelementes für Regenerativ-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Stahlbänder mit Hilfe von Profilwalzen profiliert und daraus entsprechend der geforderten Maße das Heizelement zugeschnitten wird, dass das Stahlblech säurefest grundemailliert wird und dass auf die Grundemailschicht die Antihaft-Emailschicht aufgebracht wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundemailschicht nach der Entfettung des Stahlbleches direkt und ohne Haftgrund auf das Stahlblech aufgebracht wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antihaft-Email-Beschichtung ohne Vorbehandlung direkt auf die Grundemailschicht aufgebracht wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fritte oder Frittenmischung des Antihaft-Emails zu einem wasserbasigen Schlicker vermahlen, der Schlicker durch Tauchen oder Spritzen auf das grundemaillierte Heizelement aufgebracht und dann in einem Brennofen getrocknet und aufgeschmolzen wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen und Brennen der Grundemailschicht und/oder der Antihaft-Email-Schicht in einem Durchlaufofen erfolgt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Antihaft-Email-Schicht mit den zum Aufbringen der Grundemailschicht benötigten Einrichtungen aufgebracht wird.
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