Рекуператоры

Экономайзеры и воздухоподогреватели

Экономайзер - это устройство для предварительного подогрева питательной воды до поступления ее в испарительную часть котельного агрегата за счет теплоты отходящих газов. Это контактная утилизационная установка, принцип действия которой основан на нагревании вторичного теплоносителя горячими продуктами горения путем непосредственного соприкосновения с ними при отсутствии разделительных стенок между теплоносителями.

Предварительный подогрев воды за счет теплоты дымовых газов существенно увеличивает КПД котельного агрегата.

В настоящее время применение находят в основном контактные водяные экономайзеры, которые используют в котельных, ТЭЦ и других хозяйствах, где работают паротурбинные установки на основе цикла Ренкина. В зависимости от применяемого материала экономайзеры делятся на чугунные и стальные, по типу поверхности – на ребристые и гладкотрубные, по степени подогрева воды – на не кипящие и кипящие

Воздухоподогреватели – это утилизационные установки для нагрева питательной воды или воздуха в котлах; они используют дымовые газы среднего потенциала с температурой 250...500 0С.

В отличие от водяного экономайзера воздухоподогреватель. отнимая теплоту от уходящих дымовых газов и уменьшая таким образом потери ее с этими газами, непосредственно отнятую теплоту не передает рабочему телу (воде или пару). Горячий воздух, направляемый в топку котла, улучшает условия сгорания топлива, уменьшает потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания топлива, повышает температуру его горения, интенсифицирует теплообмен, что в итоге повышает КПД установки. В среднем понижение температуры уходящих газов на каждые 20-25 0К повышает КПД примерно на 1%.

Рекуператоры - это теплообменники непрерывного действия для высокотемпературного дутья. Теплообмен между теплоносителями осуществляется здесь непрерывно с помощью разделяющей стенки. Эти установки нагревают воздух до 1000 - 1100 0С.

Наибольшее применение в промышленности находят рекуперативные теплообменники, которые по взаимному направлению движения теплоносителей разделяют на прямоточные, противоточные, с перекрестным и смешанным током. Теплообменн6ик представляет собой аппарат, предназначенный для передачи тепловой энергии от одной среды к другой. По принципу взаимодействия теплоносителей различают системы: жидкость – жидкость, пар – жидкость, газ – жидкость, пар – пар и газ – газ. По конструктивным признакам рекуперативные теплообменники подразделяются на змеевиковые, трубчатые, "труба в трубе", кожухотрубные, спиральные, пластинчатые и специальные.

Рекуператор (от лат. recuperator - получающий обратно, возвращающий), теплообменник поверхностного типа для использования теплоты отходящих газов, в котором теплообмен между теплоносителями осуществляется непрерывно через разделяющую их стенку. В отличие от регенератора трассы потоков теплоносителей в рекуператоре не меняются. Рекуператоры различают по схеме относительного движения теплоносителей - противоточные, прямоточные и др.; по конструкции - трубчатые, пластинчатые, ребристые и др.; по назначению – подогреватели воздуха, газа, жидкостей, испарители, конденсаторы и т. д.

Змеевиковые теплообменники (рисунок 9.3) чаще всего применяют в виде элементов реакционной аппаратуры, ректификационных колонн, дефлегматоров, резервуаров и подогревателей сырья. Змеевики изготавливают из труб черных и цветных металлов и располагают в сосудах. Область применения весьма широка, так как они могут работать под значительным давлением.

Наиболее простым является металлический радиационный трубчатый рекуператор (рисунок 9.4). Внутренняя труба проводит горячие отходящие газы, а в наружной трубе подогревается холодный атмосферный воздух, который затем подается в технологический процесс.

Следующим типом широко применяемых рекуператоров являются конвективные воздухотрубные рекуператоры (рисунок 9.5). Они представляют собой пучок труб, присоединенных к коллекторам. Их применение, благодаря поперечному обтеканию труб реющей средой, энергетически более выгодно, чем продольное, позволяет осуществить работу печи без принудительной тяги. Они могут изготовляться из прямых и U -образных труб рисунок 10.5, а, б).

Керамические рекуператоры рисунок 10.6 применяются при температурах отходящих газов выше 1100 ºС. Однако они имеют низкий коэффициент теплопередачи и громоздки.

Для повышения эффективности теплопередачи используются различные комбинации рекуператоров радиационного и конвективного типов, причем рекуператор конвективного типа всегда следует за высокотемпературным рекуператором радиационного типа.

Рисунок 9.3 - Змеевиковый теплообменник: 1 – сосуд, 2 – стакан, 3 – змеевик из трубы

Рисунок 9.4 - Металлический радиационный рекуператор: ОГ – отходящие газы, ДГ – дымовые газы, ВХВ – ввод холодного воздуха, ГВП – горячий воздух в технологический процесс

Рисунок 9.5 - Конвективные воздухотрубные теплообменники: а – из прямых труб, б – из U-образных труб;1 – поверхности нагрева (трубы), 2 – направляющие перегородки, 3 – защитная решетка

Рисунок 9.6 - Керамический рекуператор: 1 – керамические трубы, 2 – воздуховод, 3 – коллекторная камера

Рисунок 9.7 - Теплообменник "труба в трубе": 1 – внутренняя труба, 2 – наружная труба, 3 – калач

Простыми по устройству являются рекуператоры типа “труба в трубе” (рисунок 9.7). В наружную трубу 2 вставлена внутренняя труба 1 меньшего диаметра. Теплообмен осуществляется через стенку внутренней трубы от жидкости (или пара, или газа), протекающей внутри этой трубы, к жидкости, омывающей наружную ее поверхность и протекающей, как правило, в противоположном направлении внутри внешней трубы 2. Такой теплообменник может быть изготовлен и в секционном исполнении. Секции можно включать последовательно (рисунок 9.6) и параллельно.

При большом количестве отходящего тепла необходимо использовать кожухотрубные рекуператоры. Они применяются для теплообмена между паром и водой, газом и жидкостью, жидкостью и жидкостью. Кожухотрубный рекуператор (рисунок 9.8) состоит из кожуха и пучка труб, закрепленных в решетках для создания двух поточных каналов. Первый канал находится в межтрубном пространстве и предназначен для нейтральных сред, а второй, полученный из проходного сечения труб, предназначен для растворов жидкостей, способных загрязнять внутренние поверхности труб