Назначение и устройство воздухоподогревателей

Воздухоподогреватель – устройство, обогреваемое продуктами сгорания и предназначенное для подогрева воздуха, поступающего в топку на горение.

Воздухоподогреватель являет­ся обязательным элементом современного мощного парового котла. Роль воздухоподо­гревателя возрастаете повышением единичной мощности агрегата. Это связано с тем, что температура продуктов сгорания за экономай­зером еще значительна (350—400°С). Утили­зация этой теплоты в воздухоподогревателе снижает температуру уходящих газов до 120—160°С. Подогрев воздуха повышает КПД котла.

По принципу действия различа­ют рекуперативные и регенератив­ные воздухоподогреватели.

Рекупе­ративные воздухоподогреватели ра­ботают с неподвижной поверхно­стью нагрева, через которую непре­рывно передается теплота от про­дуктов сгорания к воздуху. В реге­неративных воздухоподогревателях поверхность нагрева омывается по­переменно то продуктами сгорания, нагреваясь при этом, то воздухом, отдавая ему теплоту.

Основным видом рекуператив­ных воздухоподогревателей являет­ся трубчатый воздухоподогреватель (ТВП) с вертикально расположен­ной трубной системой. Эти воздухоподогреватели выполня­ют из стальных труб наружным ди­аметром 30—40 мм при толщине стенки 1,2—1,5 мм. Трубы прямые вертикальные, концами приварены к трубным доскам и расположены в шахматном порядке. Обычно вну­три труб проходят продукты сгора­ния, тепло­та которых передается воздуху, дви­жущемуся между трубами. Для образования перекрестного тока воздуха труб­ную систему по высоте делят на не­сколько ходов промежуточными пе­регородками — досками; в местах поворота установлены воздушные перепускные короба. Воздухоподо­греватель имеет наружные сталь­ные плотные стенки и нижней труб­ной доской опирается на раму, свя­занную с каркасом котла.

Трубная система расширяется при нагревании кверху, при этом верхняя трубная доска должна иметь возможность перемещений и в то же время обеспечить плотность газохода при переходе от вышерас­положенной поверхности экономай­зера к воздухоподогревателю. Это достигается использованием ком­пенсаторов.

Рисунок 2.38 – Трубчатый воздухоподогреватель: 1 – трубные доски; 2 – трубы; 3 – перегородка; 4 – кожух; 5 – направляющая лопатка; 6 – линзовый компенсатор.

В котлах средней мощности воз­дух в воздухоподогреватель подают по его широкой стороне. Такая схема называется однопоточной. В агрегатах большой мощности этого сечения недостаточ­но, и при однопоточной схеме высо­та воздушного хода достигает боль­ших размеров, при этом уменьша­ется число ходов в каждой ступени воздухоподогревателя, что приводит к снижению расчетного температур­ного напора. Двухпоточная по воз­духу схема позволяет уменьшить высоту хода, увеличить число ходов и соответственно повы­сить температурный напор. При очень большой мощности котла пе­реходят к многопоточной схеме дви­жения воздуха. Из-за низкого коэффициента теплопереда­чи обычно ТВП весьма металлоем­ки и громоздки, особенно в мощ­ных установках.

Трубчатые воздухоподогревате­ли просты по конструкции, надеж­ны в работе, значительно более плотны в сравнении с воздухоподо­гревателями других систем. Однако они подвержены коррозии, в результате чего в тру­бах появляются трудно обнаружи­ваемые сквозные отверстия и воз­дух перетекает на газовую сторону, увеличивая потерю q₂ и затраты на перекачку увеличенного объема продуктов сгорания.

Основным типом регенеративно­го воздухоподогревателя электро­станций являются вращающиеся регенеративные воздухоподогревате­ли (РВП), у которых поверхностью теплообмена служит набивка из тонких гофрированных и плоских стальных листов, образующих ка­налы для прохода продуктов сгорания и воздуха. Набивка в виде секций за­полняет цилиндрический пустоте­лый ротор, который по сечению раз­делен глухими радиальными пере­городками на изолированные друг от друга секторы. Ротор воздухопо­догревателя вращается с частотой 1,5—2,2 об/мин. Диаметр ротора РВП в зависи­мости от типоразмера составляет от 5,4 до 14,8 м, а высота его — от 1,4 до 2,4 м.

Движение газового и воздушно­го потоков раздельное и непрерыв­ное, а набивка попеременно прохо­дит через эти потоки. В газовой ча­сти РВП металлическая набивка секторов аккумулирует теплоту, а затем отдает ее воздушному пото­ку. В итоге организуется непрерыв­ный нагрев воздуха переносом теплоты, аккумулированной набивкой в газовом потоке. Взаимное движе­ние потоков противоточное.

Рисунок 2.39 – Регенеративный воздухоподогреватель: а – общий вид; б – схема установки радимльных уплотнений; в – листовая набивная гладкая (I) и интенсифицированная (II); 1, 2 – воздушный и газовый патрубки; 3 – разделительная пергородка; 4 – опорная рама; 5 – ротор; 6 – набивка; 7, 8 – зубчатое колесо и шестерня; 9 – редуктор; 10 – электродвигатель; 11 – корпус; 12 – вал; 13 – уплотнительные радиального уплотнения

Регенеративные воздухоподогреватели конструктивно сложнее, он они компактны, требуют меньшего расхода металла, имеют невысокое аэродинамическое сопротивление.