Raffreddamento e quenching

Sistemi per l’estinzione del gas caldo

Il raffreddamento rapido dei gas tramite evaporazione dell'acqua è utilizzato quando i gas di scarico caldi devono essere raffreddati a un livello che non sia dannoso per le apparecchiature successive.

I sistemi di quenching del gas caldo sono utilizzati prevalentemente in ambienti difficili, dove, oltre all'aspetto della temperatura, il gas di alimentazione ha anche una natura molto corrosiva. Pertanto, i sistemi di quenching di GEA sono spesso realizzati in materiali plastici, ad esempio termoplastici o rinforzati con fibre di vetro.

I sistemi di quenching del gas caldo possono essere utilizzati per portate volumetriche di gas in ingresso fino a 300.000 m³/h e temperature in ingresso fino a 1.300 °C.

Caratteristiche principali del sistema di quenching del gas caldo GEA:

  • Funzione di quenching immediatamente disponibile (nessun tempo di fermo)
  • Nessuna perdita di pressione durante il funzionamento
  • Disponibile in vari materiali di costruzione (MoC)
  • Adatti all'utilizzo con sostanze altamente corrosive
  • Alto livello di affidabilità operativa, insensibile a polvere/solidi
  • Progettato per una ridotta manutenzione

Principio di funzionamento

Principio di funzionamento del sistema di quenching del gas caldo
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Il gas e il liquido attraversano l'apparecchio in modalità equicorrente. Viene iniettata acqua in eccesso per il quenching (= raffreddamento rapido) del gas di alimentazione caldo. Il sistema di quenching comprende normalmente tre livelli di ugelli, dall'alto verso il basso:

  • 1° livello: Ugelli tangenziali: formano un film liquido sulla parete interna dell'apparecchio per proteggere i macchinari da danni termici e incrostazioni dovute al deposito di polvere o altri componenti

  • 2° livello: Ugelli a getto piatto: formano una cortina di liquido spruzzato attraverso la sezione trasversale dell'apparecchio per effettuare il quenching iniziale e impedire il ritorno delle gocce di liquido

  • 3° livello: Ugelli spruzzatori principali: sono orientati a 45° rispetto al flusso di gas nel quale spruzzano acqua (in equicorrente) per raffreddarlo alla temperatura di equilibrio termodinamico

La temperatura di equilibrio termodinamico dipende dal bilancio energetico del sistema. L'entalpia del flusso di gas caldo che entra nel sistema viene assorbita dal mezzo di raffreddamento rapido. Questo assorbimento di energia deve essere compensato, in genere attraverso l'evaporazione di acqua. La temperatura del liquido di raffreddamento rapido definisce la pressione parziale massima del vapore acqueo in fase gassosa. Alla temperatura di equilibrio del sistema, la pressione parziale dell'acqua (e quindi la quantità di acqua evaporata) è tale che l'entalpia di evaporazione corrisponde all'energia assorbita dai gas di alimentazione caldi. 

In caso di malfunzionamento o guasto del sistema di ugelli, se l'apparecchiatura è realizzata in materiali plastici, viene utilizzato un sistema idrico di emergenza per fornire acqua al sistema di ugelli, in modo da garantire il mantenimento del film liquido sulla parete e della funzione di quenching, al fine di proteggere le apparecchiature a valle da danni termici. 

Approfondimenti GEA

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