KR100632452B1 - 재생 열 교환기용 가열부재 및 상기 가열부재 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로파일 강판으로 이루어진 재생 열 교환기용 가열부재에 관한 것이다. 본 발명은 내산성 및 내오염성을 가지며 열발생이 우수한 가열부재를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명의 가열부재는 에나멜 처리된 표면에 플로오로 플라스틱 코팅을 도포한다.

Description

재생 열 교환기용 가열부재 및 상기 가열부재 제조방법{HEATING ELEMENT FOR A REGENERATIVE HEAT EXCHANGER AND METHOD FOR PRODUCING A HEATING ELEMENT}

본 발명은 프로파일된(profiled) 강판으로 이루어진, 재생 열 교환기용 가열 부재(heating element)에 관한 것이다.

나아가, 본 발명은 상기 가열부재의 제조방법에 관한 것이다.

이러한 종류의 가열부재는 일반적으로 공지되어 있다. 재생 열 교환기의 저장체(storage mass)는 복수개의 가열부재로 이루어져 있다.

열전달을 위해 필요한 상기 저장체는 부식성이고/이거나 분진을 함유한 가스 스트림 중에서 사용될 경우, 특유한 작업 조건하에 놓이게 된다.

예를 들어, 공기 예열기의 냉각면의 저장체에 적용되는 경우, 저장체의 온도는 적어도, 간혈적으로, 황산의 이슬점 미만이 되어, 분진(airborne dust)과 함께 부식성 있는 침적물이 생성된다.

배기가스 세정기(flue gas cleaner)로부터 세정된 가스를 재가열하는 가스 예열기에서도 비슷한 문제가 발생하는데, 이 경우, 산과 먼지 뿐만 아니라, 흡착 또는 중화 제제 및 분진 세정 플랜트로부터의 생성물이 가열면에 침적한다.

따라서, 저장체는 충분한 내부식성을 가져야 하며, 형성된 침전물을 블라스팅(blasting) 혹은 플러싱(flushing)에 의해 최대한 용이하게 세정되어야 한다.

이런 용도를 위해, 에나멜 처리된 강판 프로파일 또는 플라스틱제 저장재를 포함한 저장체가 공지되어 있다(참조: DE 32 07 213 C2).

에나멜 처리된 상기 강판은, 에나멜이 황산 및 염산 등의 산에 대해서는 우수한 저항성을 가지지만, 배기가스(flue gas)내에 존재하는 불산(hydrofluoric acid:HF)에 대한 저항성이 없으며, 염기성 공격, 예를 들어, 산성 가스를 생성하기 위한 중화제 (첨가제 또는 흡착제)의 침전으로 인한 공격을 충분히 긴 시간 동안 견딜 수 없고, 에나멜의 비교적 우수한 습윤성(wettability)으로 인해 침적물이 영구적으로 접착되는 단점이 있다.

저렴한 플라스틱으로 만들어진 저장재료는, 제한적으로만 내구성이 있다.

온도 변화 부하, 화학적 공격과 같은 복합적 부하(complex load)의 결과, 상기 재료는 매우 급속하게 취화(脆化)되어 손상된다.

이처럼 비교적 낮은 기계적 안정성으로 인해, 종래 기술에 따른 블라스팅 또는 플러싱 압력으로는 상기 플라스틱 저장체를 세정할 수 없다.

또 다른 결점은, 플라스틱의 낮은 열저장 용량과 열전도율로서, 이는 열학적인 면에서 바람직하지 않으며, 플라스틱을 저장재로서 사용할 경우, 보다 큰 저장체에 의해 보상되어야 한다.

이런 취화 및 노화 문제를 해결하기 위해, PTFE와 같은 불화탄소 수지로 이루어진 특정의 저장 재료가 제안되어 있다(참조: DE 195 12351 C1). 불화탄소 수지는 화학적으로 비활성이고, 특히, 내오염성이 있는 추가의 장점이 있다.

그러나, 상기 재료는 에나멜 처리한 강판과 비교할 때, 실질적으로 고가이고, 임의의 형상 및 치수로의 경제적 제조가 불가능하다.

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이 때문에, 불화 탄소 플라스틱만으로 이루어진 저장체의 사용은, 두께가 약 300mm 인 냉각면 층으로서의 사용에 한하며, 저장체를 가진 추가의 탱크가 필요해 지며, 이 때문에 제조시 추가의 비용이 소요된다.

따라서, 저장체로 제조한 추가용기는 구조적으로 볼때 비용이 추가로 필요하게 된다.

이외에도, 불화탄소 플라스틱은 열 저장 용량 및 열전도율이 작은 단점이 있어서, 열전달을 용이하게 하는 프로파일 형태를 경제적으로 제조할 수 없다.

따라서, 본 발명의 목적은, 불산(HF)에 대하여 내구성이 있고, 내오염성을 가질 뿐만 아니라, 우수한 열저장 용량 (즉, 우수한 열전도율)을 나타내는, 전술한 형태의 가열 부재를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 특허 청구범위의 청구항 1에 기재된 기술적 특징에 의해 달성된다.

부식 보호는 에나멜 처리(enameling)에 의해 생성된다. 불화탄소 플라스틱(fluorocarbon plasitc) (PTFE)의 투과성(permeability)은 그다지 중요하지는 않으며, 얇은 PTFE 코팅으로 충분하다. 상기 코팅은 반접착 특성(anti-adhesive properties)을 보장하며, 층 두께가 작기 때문에, 열저장용량 및 열전도율에는 약간의 영향을 줄 뿐이다.

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바람직하게는, 10 내지 50㎛의 층두께가 선택되는데, 이는, PTFE가 한 공정에서 상기 두께까지 도포될 수 있기 때문이다.

부식 보호(corrosion protection)를 증가시키기 위해, 상기 에나멜층은 내산성 형태로 된다.

청구항 1의 가열부재의 제조방법은 하기 단계를 특징으로 한다:

a. 강철 코일을 롤 성형(roll forming)에 의해 프로파일화(profiling)하고 필요한 크기로 절단하는 단계;

b. 가열 부재를 에나멜 처리하는 단계; 및,

c. 불화탄소 플라스틱을 도포하는 단계.

놀랍게도, 예를 들어 10 내지 50㎛ 두께의 불화탄소 플라스틱의 박막은, 상기 에나멜 표면에 어떠한 예비처리를 하지 않아도, 에나멜에 충분히 접착되는 것으로 밝혀졌다.

접착성을 향상시키기 위해, 상기 에나멜 층을 거칠게 할 수 있다.

기본적으로, 상기 불화탄소 플라스틱 코팅은 하나 이상의 층으로 실현될 수 있다.

에나멜 처리되고, 불화탄소 플라스틱으로 코팅된 가열 부재 프로파일에 의해, 부식 저항성이고, 내오염성을 가지며, 작동과 관련하여 어떠한 열적 혹은 구조적 불리함도 가지지 않는 저장체를, 특히 경제적으로 제조할 수 있으며, 따라서, 열교환, 압력 손실 및 기계적 안정성의 관점에서 증명되고 극대화된 강판 프로파일을 이용할 수 있으면서, 상기 불화탄소 플라스틱의 박막은 열교환 성능에 단지 아주 적은 정도로 영향을 주거나, 혹은, 실질적으로는 거의 영향을 주지 않는다. 본 발명의 다른 이점은, 불화탄소 플라스틱 코팅은, 열판을 에나멜화하는 통상의 장치에 의해 제조될 수 있기 때문에 제조에 추가의 장비를 필요로 하지 않는다는 점이다.

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본 발명의 가열부재 프로파일은 내오염성 특성을 가지므로, 프로파일 상에 압력손실을 증가시키는 오염층의 형성을 감소시키거나, 심지어 완전히 방지할 수 있다.

이러한 사실은, 최대로 허용가능한 압력손실에 도달하였을 경우 요구되는 저장체 세정 공정을 위한 간격을 연장할 수 있고, 따라서, 폐수의 발생량을 줄일 수 있는 공정상의 이점을 가져온다.

침적물을 형성될 경우에도, 상기 침적물들은 불화탄소 플라스틱에 덜 단단히 고착되므로, 낮은 블라스팅 또는 플러싱 압력 및, 보다 적은 양의 블라스팅 매질 및 세정수에 의해 세정될 수 있다.

보일러 플랜트(boiler plant)에서의 보다 높은 효율을 위해, 공기 예열기에 있어 최적의 낮은 배기 가스 탈출 온도 (즉, 열교환기를 통과한 후의 배기 가스의 온도) 및 최적의 낮은 열교환기의 냉각온도가 바람직하다. 이는, 분진을 함유한 배기 가스의 경우, 급속한 침착물의 형성 및 불충분한 세정성(washability)로 인해 종래 기술상에서는 제한되었던 것이다. 본 발명에 따른 내오염성의 가열판 프로파일의 경우, 이슬점 보다 훨씬 낮은 온도에서 일어나는 침적물의 형성이 제한되거나 혹은 최소한 제어가능하게 되므로, 궁극적으로 배기 가스 온도를 보다 효율적으로 낮출 수 있다.

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보다 낮은 배기가스 온도는, 보다 높은 보일러 효율 및 보다 낮은 수준의 CO₂ 방출을 의미하며, 하류측의 공기 예열기에 연결되어 있는 장치 (예를 들어, 전자필터, 배기가스, 정화 시스템)를 보다 작게 구성할 수 있다.

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또한, 질소 산화물(SCR-De NOx)을 선택적으로 환원시키기 위한 시스템에 사용되는 재생 열 교환기의 경우, 본 발명의 코팅 결합 가열부재를 사용할 경우, 고온층, 즉 중간층에 형성된 암모늄 황산염 침적물을 보다 쉽게 세정할 수 있다.

본 발명의 가열부재 및 상기 가열부재의 제조방법의 예시적 구현예에 대해 설명한다.

가열부재는, 에나멜 처리를 위해 탈지(degreasing) 및 피클링(pickling)하고, 이어서 프로파일링하여 제조한 강판으로 이루어진다.

내산성 에나멜로 에나멜 처리를 완료한 후, 에나멜 처리된 상기 표면에 어떠한 사전 처리없이, 10 내지 50㎛의 두께로 불화탄소 플라스틱을, 예를 들어, 분사(spraying)에 의해 도포하고, 이를 건조하고 탬퍼링(tempering)한다.

접착력 향상을 위해, 불화탄소 플라스틱의 코팅 전에 에나멜 처리된 상기 표면을, 예를 들어, 약한 샌드 블라스팅 혹은, 불산 또는 염기를 사용한 피클링에 의해, 거칠게 할 수 있다.

코팅은 하나 이상의 층으로 도포된다.

바람직한 구현예에 따라, 특히 강한 접착성의 불화탄소 수지 프라이머를 예비처리 없이 도포하고, 그 위에 불화탄소 수지 커버층을 형성할 수 있다.

본 발명에 의해, 재생 열 교환기용 가열 부재를 얻을 수 있고, 가열부재를 제조할 수 있다.

상기 가열 부재는 내산성 및 내오염성을 구비하며 열발생 특성이 우수하다.

Claims (6)

1. 프로파일 강판(profiled steel plate)으로 구성되는, 재생 열 교환기용 가열부재(heating element)로서,

   상기 강판은 에나멜 처리되고, 상기 에나멜 처리된 표면에는 불화탄소 플라스틱 코팅이 제공되는 것을 특징으로 하는 재생 열 교환기용 가열부재.
2. 제1항에 있어서,

   불화탄소 플라스틱 코팅은 두께가 10 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는 재생 열 교환기용 가열부재.
3. 제1항에 있어서,

   에나멜 처리된 상기 표면은 내산성(acid-resistant)인 것을 특징으로 하는 재생 열 교환기용 가열부재.
4. 제1항에 따른 재생 열 교환기용 가열부재를 제조하는 방법으로서,

   롤 성형(roll forming)에 의해 강철 코일(steel coil)을 프로파일링(profiling)하고; 상기 가열부재를 요구되는 크기로 절단하고; 강판을 에나멜 처리하고; 불화탄소 플라스틱 코팅을 도포하는 것을 특징으로 하는 재생 열 교환기용 가열부재 제조방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 강판의 에나멜 처리된 상기 표면을 거칠게 하는(roughening) 것을 특징으로 하는 재생 열 교환기용 가열부재 제조방법.
6. 제4항에 있어서,

   불화탄소 플라스틱 코팅은 하나 이상의 층으로 도포되는 것을 특징으로 하는 재생 열 교환기용 가열부재 제조방법.