금속 마감 폐수 처리장은 불과 5개월 만에 6kW PTFE 침수형 히터를 교체했습니다. 히터는 도금, 인산염 처리 및 양극 산화 처리 라인에서 헹굼수를 받는 15,000-리터 균압 탱크에 설치되었습니다. 탱크에는 3~5%의 부유 고형물(금속 수산화물, 인산칼슘 침전물, 잔여 모래)이 들어 있었습니다. 히터 표면에는 입자가 박혀 있는 두껍고 고르지 않은 침전층이 나타났습니다. 절연저항은 20MΩ 이하로 떨어졌습니다.
고{0}}고형 폐수는 깨끗한 도금조와 근본적으로 다릅니다. 유체는 용액이 아닙니다.-현탁액입니다. 고체 입자는 가열된 표면에 침전, 침전 및 축적됩니다. 이러한 환경에서 PTFE 침지식 히터에 대한 열적 및 기계적 요구 사항을 충족하려면 공장에서 사용할 수 있는 고형물 농도, 입자 크기 분포, 침전 속도 및 세척 방법을 고려한 설계 접근 방식이 필요합니다.
부유 고체가 열 전달 방정식을 변경하는 이유
부유 입자는 두 가지 방식으로 열 전달에 영향을 미칩니다. 첫째, 유체의 유효 점도를 증가시켜 히터 표면의 열 경계층을 두껍게 만듭니다. 둘째, 히터에 직접 침전되어 열 저항을 추가하고 두꺼운 침전물 아래에 국지적인 핫스팟을 생성하는 다공성, 고르지 못한 층을 형성합니다.
증착 속도는 입자 농도, 히터의 유속, 히터와 벌크 유체 사이의 온도 차이에 따라 달라집니다. 히터 표면 온도가 높으면 용해된 화학종의 침전을 촉진하고 입자가 뜨거운 표면에 더 강하게 부착되도록 하여 증착이 증가합니다.
| 부유 물질 농도 | 상대점도 | 히터 증착률 | 2mm 규모까지의 시간 | 안전한 와트 밀도 |
|---|---|---|---|---|
| <0.1% (clean water) | 1.0× | 매우 낮음 | >12개월 | 1.5~2.0W/cm² |
| 0.5~1.0%(가벼운 고체) | 1.1–1.3× | 낮은 | 6~10개월 | 1.2~1.4W/cm² |
| 2~3%(보통의 고형분) | 1.3–1.8× | 보통의 | 3~5개월 | 0.9~1.1W/cm² |
| 4~6%(무거운 고체) | 1.8–2.5× | 높은 | 6~10주 | 0.6~0.8W/cm² |
혼합 도금 및 인산염 세정수를 공급받는 폐수 처리 탱크의 침전율
고-고체 서비스의 수직 및 수평 장착
히터 방향은 고형물이 표면에 가라앉는지 또는 미끄러져 떨어지는지를 결정합니다. 수평으로 장착된 히터는 입자가 중력에 의해 축적되는 위쪽을 향한 큰-표면을 제공합니다. 퇴적층은 위에서 아래로 자라며 흐름이 가장 약한 윗면에 가장 두껍게 쌓인다.
수직으로 장착된 히터는 수평 단면이 더 작습니다.- 플랜지 상단이나 수평 지지대에 쌓인 고체는 가열된 표면 전체를 코팅하지 않습니다. 수직 히터 표면은 중력 침강보다는 주로 전단{3}}에 의한 퇴적을 경험합니다. 폐수 탱크의 현장 데이터에 따르면 수직으로 장착된 히터는 수평 장치에 비해 동일한 작동 기간 동안 침전물이 40~60% 적게 축적됩니다.
| 장착 방향 | 예금 적립 | 청소 빈도 | 최고의 응용 프로그램 |
|---|---|---|---|
| 수평, 위쪽을 향함- | 높은 | 잦은 | 권장되지 않음 |
| 수평, 아래쪽-방향 | 보통의 | 보통의 | 제한된 공간 |
| 수직, 흐름과 평행 | 낮은 | 드문 | 대부분의 애플리케이션 |
| 수직, 흐름에 수직 | 보통의 | 보통의 | 고유량-탱크 |
장착 방향과 침전물 축적에 미치는 영향
표면 마감 및 히터 형상 효과
매끄럽고 광택이 나는 PTFE 표면은 침전된 고체의 접착 강도를 감소시킵니다. 탱크 혼합 또는 청소 주기 동안 유속이 증가하면 거친 표면에 강력하게 결합되는 입자가 더 쉽게 미끄러집니다. 광택 처리된 표면은 고형분 사용 시 표준 표면 마감에 비해 청소 간격을 30~50% 연장합니다.-
히터 직경도 중요합니다. 더 큰-직경의 피복은 표면-적-대-부피 비율이 낮으므로 전달된 전력 단위당 증착에 사용할 수 있는 전체 표면이 줄어듭니다. 그러나 직경이 크다는 것은 주어진 길이에 대한 표면적이 더 적다는 것을 의미하며, 동일한 출력을 달성하려면 더 긴 히터 또는 더 높은 와트 밀도가 필요합니다.
고형물이 담긴-탱크의 교반 및 세척 전략
간헐적인 고속-혼합은 고형분 공급에 있어 연속적인 저수준-혼합보다 더 효과적입니다.- 주기적으로 히터의 유속을 0.5~0.8m/s로 올리면 느슨한 퇴적물이 끈질긴 층으로 굳기 전에 닦아냅니다. 이는 타이머-로 제어되는 이덕터 또는 매시간 5~10분 동안 순환하는 전용 혼합 펌프를 사용하여 달성할 수 있습니다.
화학적 세척을 위해서는 특정 침전물 구성을 용해시키는 세척 용액이 필요합니다. 금속 수산화물 스케일은 묽은 산에 반응합니다. 인산칼슘 침전물에는 킬레이트제 또는 약산성 담금이 필요합니다. 검사 결과에 따른 청소 일정({3}}고정 달력이 아님-)은 히터 표면 온도를 저하 범위로 몰아넣는 두께에 침전물이 도달하는 것을 방지합니다.
| 청소방법 | 금속 수산화물에 대한 효과 | 인산염 스케일에서의 효과 | PTFE에 대한 위험 | 권장 간격 |
|---|---|---|---|---|
| 희석된 HCl 순환 | 높은 | 보통의 | 낮은 | 4~8주 |
| 설팜산 담그기 | 보통의 | 높은 | 낮은 | 6~10주 |
| EDTA 킬레이트화 | 보통의 | 높은 | 낮은 | 8~12주 |
| 고압-워터제트 | 높은 | 보통의 | 보통의 | 8~12주 |
| 기계적 브러싱 | 높은 | 높은 | 높은 | 권장되지 않음 |
PTFE 침지 히터를 사용한 폐수 처리 시설의 청소 방법 권장 사항
고형분 폐수에 대한 실제 사양 단계-
고체 특성화부터 시작하십시오. 총 부유 고형물 농도, 입자 크기 분포, 광물 조성에 따라 증착 속도와 필요한 세척 방법이 결정됩니다. 간단한 중량 분석과 업스트림 공정 화학 검토를 통해 필요한 대부분의 정보를 얻을 수 있습니다.
실제 고형물 농도에서 와트 밀도를 선택합니다. 부유 물질이 2~3%인 경우 한계는 0.9~1.1W/cm²가 적절합니다. 고형분 함량이 4%를 초과하면 0.6~0.8W/cm²로 줄입니다. 이 값은 수직 장착과 주기적인 고속 혼합을 가정합니다.{10}} 수평 장착에는 추가로 20~30% 감소가 필요합니다.
광택 있는 히터 표면을 지정합니다. 추가 비용은 적당하며 청소 간격 연장은 상당합니다. 가열된 부분 위에 최소 75mm의 액체가 덮이도록 탱크의 수직 장착에 적합한 깊이가 있는지 확인하십시오. 깊이가 충분하지 않은 경우 하나의 긴 장치보다는 여러 개의 짧은 히터를 고려하십시오.
흐름 모니터링과 고온-컷아웃을 설치합니다. 고-고형물 서비스에서는 필터가 막혔거나 혼합 펌프가 고장나면 유속이 몇 시간 내에 안전 임계값 아래로 떨어질 수 있습니다. 유량 스위치와 정상 작동 온도보다 15~20도 높은 히터 표면 온도 제한은 유량 손실에 따른 급격한 과열을 방지합니다.
표준 히터가 고형물 부하를 수용할 수 없는 경우
고형물 농도가 높고 주변 공간이 제한된 폐수 처리 탱크는 빠른 오염을 방지하는 와트 밀도의 표준 PTFE 침수 히터를 수용할 수 없는 경우가 많습니다. 0.8W/cm²에서 6kW를 사용하려면 7,500cm²의 히터 표면이 필요합니다.-일반적인 탱크 크기 내에서 단일 히터가 제공하는 것보다 더 많은 면적입니다.
넓은 표면적, 낮은 와트 밀도, 광택 표면을 갖춘 맞춤형 PTFE 침지 히터 구성은 고형물-관련 오염의 근본 원인을 해결합니다. 사양 프로세스에는 부유 물질 농도, 입자 특성, 탱크 크기, 혼합 방법 및 필요한 전력량이 필요합니다. 여러 개의 폐수 처리 탱크가 있는 시설의 경우 이-특정 접근 방식은 침전물 관련 과열을 줄이고-필요한 청소 간격을 연장합니다.
