带由碳和石墨材料制成的热交换器板或管的旋转热交换器的制造方法
【专利摘要】一种旋转热交换器被描述为用蓄热块来回收热。该旋转热交换器由布置为转子(1)的热交换器板或热交换器管组成，转子(1)接收来自热气流的热并将热释放给较冷的气流，其中热交换器板或热交换器管可由碳复合材料和/或石墨和/或难燃碳组成。
【专利说明】带由碳和石墨材料制成的热交换器板或管的旋转热交换器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据主权利要求的前序部分的用于回收来自废气的热的旋转热交换器。
【背景技术】
[0002]这样的旋转热交换器通过使用适当的蓄热块将热从热的未处理气流传递至较冷的净化气流。多个加热元件形成再生热交换器的蓄热块。在这些热交换器中，代表蓄热块的热交换器板或热交换器管被以使得它们形成转子(I)的方式设置。热被从热的气流提取，并且被释放给较冷的气流。
[0003]在大部分热交换器中，还发生一方面由蒸汽的冷凝和另一方面由蒸汽的蒸发造成的湿气交换。
[0004]由于湿气、腐蚀性气体成分例如S02、S03、HC1、氮氧化物(NOx)和灰尘的影响，且由于通常的高温(高达200°C以上)，特别有利于腐蚀过程的气氛在热交换器板或热交换器管的区域中盛行。
[0005]在已知的热交换器中，热交换器板或热交换器管能够由金属材料制成，通常由含碳的钢制成。为了保护热交换器板或热交换器管免受腐蚀，通常为含碳的钢提供瓷釉层。
[0006]瓷釉板的老化可由钢和瓷釉的材料组合来解释，由于不同的热膨胀系数，钢和瓷釉的材料组合不适于频繁的负载变化。
[0007]作为瓷釉层的这种不可避免的老化和相关的多孔性的结果，位于下面的钢板受到高程度的腐蚀。出于该原因，只能在有限的范围内提供对由金属材料制成的热交换器板或热交换器管的保护，且因此它们的经常性的更新是必需的。根据本发明，这样的热交换器板或热交换器管在大约四年的运行时间后必须被完全替换。
[0008]当使用含有灰尘的气流时，再生热交换器所需的蓄热块受到进一步的运行要求。以锅炉设备上的空气预热器或烟道气清洁设备上的气体预热器的蓄热块为例，其中蓄热块的温度至少局部地和/或临时地低于烟道气露点，并与飞尘和/或其它烟成分(用于烟道气清洁的添加剂、制剂)一起形成蓄热块上或加热元件的加热表面上的沉积物。所述沉积物增加了蓄热块的通流的压力损失，且在最坏的情况下会导致再生热交换器的完全阻断/阻塞。
[0009]为了改善防尘性并增加耐腐蚀性，提出了在涂了瓷釉的加热元件的表面设置氟塑料涂层(US6648061)。氟塑料诸如PTFE的抗粘性是已知的，但是这种涂层的相对低的耐侵蚀性是缺点。由于有限的耐侵蚀性，具有氟塑料涂层的加热元件用在暴露于含有颗粒的烟道气的再生热交换器例如燃煤蒸汽发生器上的空气预热器中不能具有令人满意的使用寿命。烟道气中的飞尘成分的量能够多于20g灰尘/Nm3，具有超过lOm/s的流率。
[0010]再生热交换器包括多个加热元件或集热器，所述加热元件或集热器被热气体例如烟道气加热，然后所述加热元件或集热器将存储的热释放给较冷的流体例如空气或气体。这样的再生热交换器能够被用作例如锅炉设备和烟道气清洁设备中的空气预热器或气体预热器。
[0011]空气预热器根据现有技术被构成为使得冷端温度在所谓的弄脏温度(soilingtemperature)以上。弄脏温度表示由于降至露点以下以及在烟冷凝物(硫酸和/或亚硫酸和/或其它酸)中的粘入的飞尘(灰烬)而能够较久地以经济上可接受的费用控制沉积物的形成的温度。例如由于氟塑料涂层而具有抗粘性的蓄热元件或由塑料制成的蓄热块因为在空气预热器中的腐蚀条件而不能具有令人满意的使用寿命，其还具有发生蠕变的趋势并显示出不利的蠕变行为。
[0012]相对低的连续运行温度也是塑料的劣势，这进一步地限制了它们的使用，而且一旦发生故障则存在安全风险。而且另外的安全风险是着火的风险。
[0013]尽管如此，出于经济原因，该相对低的连续运行温度优于降至露点以下。然而，这导致仍然较大的温度差和朝向污染的附加趋势，这需要进一步的清洁措施。
[0014]为了保护烟道气脱硫设备不受腐蚀，EP1475597提出向用于再生热交换器的加热元件的成型钢板设置防酸基底瓷釉层，并向其表面设置抗粘瓷釉涂层。然而，位于瓷釉层底下的钢板的腐蚀问题仍然不能因此而解决。另外，抗粘瓷釉是昂贵的。
[0015]还从DE4337895已知由碳纤维加强的聚丙烯酮或聚苯并咪唑制成的热交换器板的使用。由塑料制成的蓄热块是昂贵且不利的，因为它们具有低的热容量和热传导。甚至就由碳纤维加强的聚丙烯酮或聚苯并咪唑制成的热交换器板来说，热传导和存储热容量也受到限制，使得它们适于仅在有限的范围内用作在旋转热交换器中使用的蓄热块。
[0016]W02001/045825继而公开了一种用于气体处理的方法和相关的热交换器装置，其中特别设计用于能量的回收和用于从废气或燃烧气体除去co2。
[0017]另一方面，US2001/0047862A1公开了特别的板热交换器，其用作气/气或气/液热交换器，其翼片和板一般由碳制成。
[0018]为了锅炉设备的更好的经济性(更好的效率)，就空气预热器来说，寻找尽可能低的烟道气出口温度(流动通过再生热交换器之后的烟道气温度)，因此也寻找尽可能低的再生热交换器的冷端温度。就SO3和含有灰尘的烟道气来说，由于快速沉积形成物和差的清洁能力，到目前为止，已经对冷端温度的水平强加限制。
[0019]为了具有高效率和低排放的经济的电站运行，因此空气预热器中的废气温度应当尽可能降低，且这只能在防腐蚀和防尘加热表面的帮助下实现。
【发明内容】
[0020]因此，本发明的问题在于开发一种旋转热交换器，其具有有利的价格设计，甚至在高温下和在腐蚀性环境下也展现出改进的防腐蚀性和更长的使用寿命，并且其加热元件具有防尘性，是耐腐蚀的和耐侵蚀的，并且另外地展现了良好的热存储容量和热传导性，是充分耐热的和抗热疲劳的，并且此外能够以经济上可接受的成本来制造。
[0021]该问题当然不限于来自燃煤设备的腐蚀性烟道气，且还类似地延伸到再生热交换器的其它腐蚀性气体，例如在炼钢厂中出现的腐蚀性气体。
[0022]提供加热元件也是本发明的另一个问题，所述加热元件的使用使得能够在燃煤蒸汽发生器中相比于现有技术更进一步地降低废气温度。
[0023]通过提供一种具有蓄热块的旋转热交换器解决该问题，所述旋转热交换器包括设置在转子(I)中的热交换器板或热交换器管，所述热交换器板或热交换器管吸收来自热气流的热并将所述热释放给较冷的气流，其特征在于所述热交换器板或热交换器管由碳复合材料和/或石墨和/或难燃煤制成。
[0024]根据本发明的旋转热交换器优选地由石墨或难燃碳或石墨和难燃碳制成。
[0025]根据本发明的旋转热交换器的热交换器板或热交换器管还能够被涂覆。
[0026]令人惊讶地，已经示出了，特别优选的涂层能够以极其粘性的方式沉积在加热元件的不同地相当粗糙的表面上。非常薄的层是足够的，优选地20至200 μ m。优选的涂层材料是PFA类(全氟烷氧基聚合物)。PTFE (聚四氟乙烯)、FEP (聚四氟乙烯-全氟乙烯共聚物)或ETFE (乙烯-四氟乙烯共聚物)的涂层也是适合的。
[0027]新材料组合满足了根据本发明所需的性质:抗粘性和最大的耐腐蚀性，即，就塑料来说，由于碳基底的使用，已知的渗透性不再起作用，因为碳本身是耐腐蚀的。
[0028]在设计为具有根据本发明的加热元件的再生热交换器中，即使出现在露点以下的极端下降，沉积物的形成也被阻止或至少能够更好地被控制，这最终允许烟道气温度减小至目前为止的普通水平以下。较低的烟道气温度意味着更高程度的锅炉效率，因此较低的比0)2排放(每单位产生的电能所排放的CO2的数量)，并且设置在空气预热器(电过滤器、烟道气清洁设备)下游的设备能够被构建得较小(较低的投资、较低的运行成本)。进一步的优点在于，降至露点以下(硫酸的解冻)伴随着烟道气中so3/h2so4浓度的降低，因此降低了在下游设备中腐蚀的危险和形成气溶胶的危险。
[0029]根据本发明所使用的碳材料和/或碳复合材料(例如碳热塑性塑料或碳树脂混合物)和/或原料石墨和/或难燃煤具有耐热性和对腐蚀性介质的耐蚀性。由于这些材料的低表面能，所以没有灰尘颗粒或只有很少的灰尘颗粒沉积在这样的热交换器板或热交换器管的表面上，使得更不经常地执行普通热交换器所需的使用热水的冲刷处理以除去沉积残留物。
[0030]然而，令人惊讶地，如果需要，也能够更频繁地执行冲刷处理，这是因为根据本发明的材料即此处使用的作为蓄热块的板或管实际上还承受频繁的温度变化而不会被损坏，因为例如不存在瓷釉层或其它保护层剥掉的风险。
[0031]此外，有利的是，与普通旋转热交换器相比，根据本发明的材料较轻，因此热交换器所需的驱动装置较小，且因此导致较低的能量消耗。而且，在相同面积的情况下，根据本发明所使用的材料的传导性比常规材料的传导性高。因此，这样的旋转热交换器经受较大的负荷，即，相应的交换介质的较高的吞吐量是可能的。
[0032]本发明的进一步的方面涉及根据本发明的旋转热交换器的使用。
[0033]凭借其材料，根据本发明的旋转热交换器因此被用于回收来自电站特别是来自烟道气脱硫设备的废气的热。
[0034]它能被用作纯气体预热装置或用作空气预热装置或甚至用作气/水或气/蒸汽旋转热交换器。凭借其材料性质，根据本发明的旋转热交换器因而不限于仅用于气/气热交换器。
[0035]根据本发明的旋转热交换器有利地以插入式(plug-1n)方法制造，并以形状配合方式或摩擦锁定方式连接，例如还能够使用夹紧方法。单独的热交换器板或热交换器管彼此组合以形成板组(2)或管组，转子(I)由所述板组(2)或管组构成。
[0036]很多使用区域所需的板的压型能够借助于适于碳制品的标准成形方法进行，例如通过挤压接近网状。板轮廓对给定热交换器的适配能够“现场”实施。
[0037]由于所使用的材料的所描述的性质，根据本发明的蓄热元件的使用寿命多达10年。
[0038]热交换器板优选地全部经受0.5至8小时的冲洗处理。
[0039]根据本发明的材料优选地用本身已知的挤出过程来制造。采用粘结剂-碳混合物或聚合物-碳化合物或石墨化合物的非常经济的加压成形方法也是优选的。
[0040]下列附图用于以示例的方式示意本发明。在图中:
[0041]图1
[0042]I 转子
[0043]2 板组
[0044]3 相对于气流方向竖直设置的板
[0045]图2
[0046]2 板组⑵(从图1所示的转子⑴的中心起的第4个盒子)
[0047]附图标记列表
[0048]I 转子
[0049]2 板组
[0050]3 相对于气流方向竖直设置的板
【权利要求】
1.一种具有蓄热块的旋转热交换器，包括设置在转子(I)中的热交换器板或热交换器管，所述热交换器板或热交换器管吸收来自热气流的热并将所述热释放给较冷的气流，其特征在于所述热交换器板或热交换器管由碳复合材料和/或石墨和/或难燃煤制成。
2.根据权利要求1所述的旋转热交换器，其特征在于所述热交换器板或热交换器管由石墨制成。
3.根据权利要求1所述的旋转热交换器，其特征在于所述热交换器板或热交换器管由难燃煤制成。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的旋转热交换器，其特征在于所述热交换器板或热交换器管彼此组合以形成板组和/或管组，由所述板组和/或管组构造所述转子(I)。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的旋转热交换器，其特征在于所述热交换器板或热交换器管被涂覆。
6.根据权利要求5所述的旋转热交换器，其特征在于涂覆材料选白全氟烷氧基聚合物的组。
7.根据权利要求5所述的旋转热交换器，其特征在于涂覆材料选自包括聚四氟乙烯、聚四氟乙烯-全氟乙烯共聚物和乙烯-四氟乙烯共聚物的组。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的旋转热交换器的使用，用于回收来自发电站特别是烟道气脱硫设备的废气的热。
9.根据权利要求1至7中的任一项所述的旋转热交换器的使用，作为纯气体预热装置或空气预热装置。
10.根据权利要求1至7中的任一项所述的旋转热交换器的使用，作为气体/水或气体/蒸汽旋转热交换器。
【文档编号】F28F21/02GK104204712SQ201380012114
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年1月31日 优先权日:2012年3月1日
【发明者】卢图费·舒巴, 托马斯·格林贝格尔, 马库斯·弗兰兹, 阿达姆·舒尔茨, 约瑟夫·保拉 申请人:西格里碳素欧洲公司