Для подогрева воздуха применяются два типа воздухоподогревателей: рекуперативные и регенеративные.
В рекуперативном воздухоподогревателе тепло продуктов сгорания передается непрерывно воздуху через стенку, разделяющую теплообменивающиеся среды. В регенеративном воздухоподогревателе тепло передается металлической насадкой, которая периодически нагревается продуктами сгорания, а затем отдает аккумулированное в ней тепло нагреваемому воздуху. Воздухоподогреватели воспринимают 7 - 15 % тепла, отдаваемого продуктам сгорания.
Рекуперативный воздухоподогреватель. Преимущественно применяются трубчатые рекуперативные воздухоподогреватели с вертикальным расположением труб, при этом воздух омывает их снаружи поперечным потоком (рис. 62). Воздухоподогреватели изготовляются из стальных труб с наружным диаметром 30 – 40 мм при толщине стенки 1,2 - 1,5 мм. Концы труб привариваются к трубным доскам и располагаются в шахматном порядке. Иногда для увеличения рабочего ресурса труб при сжигании сернистых мазутов устанавливаются эмалированные или стеклянные трубки взамен стальных.
|
|
Для получения необходимой скорости перекрестного тока воздуха трубную систему по высоте разделяют промежуточными досками на несколько ходов. Для перепуска воздуха из одного хода в другой устанавливаются короба. Воздухоподогреватель снаружи имеет стальную обшивку и опирается нижней трубной доской на раму, связанную с каркасом парогенератора. Трубная система расширяется вверх, и верхняя трубная доска соединяется с газоходом линзовым компенсатором, что обеспечивает свободное термическое расширение воздухоподогревателя. Воздухоподогреватель выполняется из ряда секций, удобных для монтажа и транспортировки, которые устанавливаются рядом, заполняя все сечение газохода.
Компенсация температурного расширения воздухоподогревателя осуществляется с помощью линзовых или набивных компенсаторов (рис. 63).
При сжигании многозольного топлива для предохранения концов труб от абразивного износа в них устанавливаются трубки длиной 150 - 200 мм. При температуре продуктов сгорания более 500 °С верхние трубные доски покрывают теплоизоляционной массой.
Применяются однопоточная и двухпоточная схемы подвода воздуха в воздухоподогреватель. В воздухоподогревателях парогенераторов малой и средней мощности применяется однопоточная схема подвода воздуха по его широкой стороне.
Рис. 62. Трубчатый воздухоподогреватель:
1 – стальные трубы 40×1,5 мм; 2, 6 – верхняя и нижняя трубные
доски толщиной 20 - 25 мм; 3 – компенсатор; 4 – воздухоперепускной
короб; 5 – промежуточная трубная доска; 7, 8 – опорные рамы и
|
|
колонны
Рис. 63. Компенсаторы тепловых расширений воздухоподогревателя:
а – линзовые компенсаторы; б – набивные компенсаторы;
1 – трубная доска; 2 – компенсатор расширения труб относительно
короба воздуха; 3 – компенсатор расширения короба относительно
каркаса; 4 – каркас короба; 5 – камера с крошкой шамота и песка;
6 – лист уплотнения
В агрегатах большой мощности высота одного воздушного хода достигает больших размеров, и число ходов воздуха в каждой ступени воздухоподогревателя уменьшается. Двухпоточная схема подвода воздуха позволяет уменьшать высоту хода и увеличивать число ходов при меньшем в них числе рядов трубок и, соответственно, уменьшить сопротивление по ходу воздуха и повысить температурный напор в воздухоподогревателе. Применение двухпоточной схемы подвода воздуха и труб малого диаметра с малым шагом позволяет создать достаточно компактные воздухоподогреватели.
Различные схемы компоновки трубчатых воздухоподогревателей показаны на рис. 64.
Рис. 64. Схемы компоновки воздухоподогревателя:
а – двухпоточный по воздуху при двустороннем его подводе;
б – двухпоточный при одностороннем подводе воздуха;
в – многопоточный по воздуху; 1 – вход холодного воздуха;
2 – выход горячего воздуха
Трубчатые воздухоподогреватели просты по конструкции, надежны в работе и более плотны, чем другие системы воздухоподогревателей. Недостатком трубчатых воздухоподогревателей являются относительно большие удельный расход металла и удельный объем.
Регенеративный воздухоподогреватель представляет собой вращающийся барабан с набивкой из тонких стальных гофрированных или плоских листов, образующих каналы малого эквивалентного диаметра (dэкв = 4 - 5 мм) для прохода воздуха и продуктов сгорания. Набивкой, которая служит поверхностью теплообмена, заполняется пустотелый ротор, разделенный сплошными перегородками на изолированные друг от друга секторы (рис. 65).
Рис. 65. Регенеративный воздухоподогреватель:
1 – вал ротора; 2 – подшипники; 3 – электродвигатель;
4 – набивки; 5 – наружный кожух; 6, 7 – радиальное и
периферийное уплотнения; 8 – утечка воздуха через уплотнения
Ротор медленно с частотой вращения 2 - 6 об/мин вращается в неподвижном корпусе. Корпус разделен на две части секторными плитами. В одну из них через горловину поступают продукты сгорания, в другую – воздух. Движение потоков газа и воздуха раздельное и непрерывное. При непрерывном вращении ротора его металлическая набивка попеременно проходит через эти потоки. Сначала тепло газов аккумулируется, а затем отдается воздуху. Этот процесс повторяется, и в итоге организуется непрерывный нагрев воздуха. Взаимное движение потоков продуктов сгорания и воздуха противоточное. Поверхность нагрева 1 м3 набивки составляет 200 - 250 м2. Длительность пребывания набивки в газовом и воздушном потоках менее 30 с. Толщина листов набивки 0,6 - 1 мм. Мощность электродвигателя для привода ротора воздухоподогревателя 3 - 5 кВт. Регенеративные воздухоподогреватели указанной конструкции отличаются меньшими габаритными размерами.
Недостатками регенеративных воздухоподогревателей являются повышенный переток воздуха в газовую среду (до 10 %), что увеличивает потерю тепла с уходящими газами, а также наличие вращающихся элементов и системы водяного охлаждения вала ротора и подшипников. Вследствие коробления набивки подогрев воздуха в регенеративных воздухоподогревателях ограничен температурой 300 - 350 °С.
При необходимости более высокого подогрева воздуха воздухоподогреватель выполняют комбинированным из регенеративного воздухоподогревателя с подогревом в нем воздуха до 250 - 300 °С и трубчатого, в котором завершается подогрев воздуха до более высокой температуры (рис. 66).
|
|
Рис. 66. Схема установки комбинированного рекуперативного и
регенеративного воздухоподогревателя:
1 – топка; 2 – экраны топочной камеры; 3 – фестон; 4 – ширмовый
пароперегреватель; 5 – конвективный пароперегреватель; 6 – водяной
экономайзер I ступени; 7 – то же II ступени; 8 – регенеративный
воздухоподогреватель I ступени; 9 – рекуперативный трубчатый
воздухоподогреватель II ступени
Выбор температуры горячего воздуха. Температура горячего воздуха при сжигании твердых топлив определяется не только характеристиками топлива, но и организацией его сжигания.
Количество поступающего в зону горения воздуха по массе в несколько раз превосходит массу топлива. Недостаточный подогрев воздуха может затормозить воспламенение топлива и привести к значительному недожогу. Так, для топлив с относительно малым выходом летучих веществ (Vdaf < 25 %) раннее воспламенение и низкий механический недожог достигаются при температуре горячего воздуха не ниже 300 °С.
Более низкий подогрев воздуха (250-300 °С) по условиям горения допустим для топлив с высоким выходом летучих (Vdaf > 25 %). Исключение составляют сильновлажные топлива, требующие использо-вания для работы в пылесистеме высокотемпературного сушильного агента. Последний можно получить путем смешения части горячих топочных газов с воздухом. Тогда допустимо некоторое снижение подогрева воздуха в воздухоподогревателях. Так, при влажности топлива ≤ 2 (%·кг)/МДж температура горячего воздуха может быть принята 270-300 °С, а при ≥ 5 (%·кг)/МДж – 400 °С.
Обеспечение жидкого шлакоудаления требует высокого подогрева воздуха (не ниже 350 °С). Уровень его подогрева зависит от выхода летучих, температуры плавкости золы и влажности сжигаемого топлива.
Сжигание мазута и природного газа допускает умеренный подогрев воздуха, при котором исключается недогорание топлива в высоконапря-женных топках. Экономически выгодно подогревать воздух выше температуры питательной воды, поступающей в экономайзер.
|
|
При температурах горячего воздуха выше 300 °С компоновка воздухоподогревателя выполняется двухступенчатой, в рассечку с водяным экономайзером. В табл.2 приведены рекомендуемые значения температуры горячего воздуха для различных топлив.
Таблица 2