Для чего нужен воздухоподогреватель в котле
Воздухоподогреватели, используемые в котельных установках
Воздухоподогреватели предназначены для подогрева воздуха перед подачей его на горелки котла за счет тепла уходящих газов. При подогреве воздуха улучшаются условия сжигания топлива и увеличивается к.п.д. котельной установки.
Рис. 35. Схема трубчатого воздухоподогревателя.
1- вход холодного воздуха
2- выход горячего воздуха
3- вход горячих газов
4- верхняя трубная доска
7- нижняя трубная доска
Наибольшее распространение на котельных получили трубчатые воздухоподогреватели, которые изготавливаются из тонкостенных стальных труб Æ 40 х 1,5 мм, ввальцованных в трубные решетки. В этих воздухоподогревателях дымовые газы проходят по трубам, как правило, сверху вниз, а воздух — поперечным потоком между труб, размещенных в шахматном порядке. Две-четыре секции устанавливают вертикально на заданном расстоянии одна от другой и соединяют перепускными калачами. Воздух поступает в нижнюю секцию и переходит в следующую вышележащую секцию.
Чтобы предотвратить конденсацию водяных паров, находящихся в дымовых газах, температура воздуха, поступающего в воздухоподогреватель, должна быть на 5-10°С выше температуры точки росы продуктов сгорания, а при сжигании высокосернистых мазутов — не ниже 80°С. Для этого холодный воздух предварительно подогревают паром или смешивают с некоторым количеством нагретого воздуха, который поднимается к всасывающему патрубку дутьевого вентилятора.
В последние годы для использования теплоты выбросных потоков продуктов сгорания природного газа на паровых и водогрейных котлах в качестве хвостовых поверхностей нагрева всё шире применяются теплообменники нового поколения. От традиционных рекуператоров и регенераторов они отличаются в 5-7 раз меньшими габаритами, массой и металлоёмкостью, в 3-5 раз меньшим аэродинамическим сопротивлением, стабильностью теплотехнических характеристик в условиях длительной работы.
Воздухоподогреватель
В конструкции современного котельного агрегата воздухоподогреватель играет немалую роль, поверхность нагрева его значительно больше поверхностей нагрева всех остальных элементов котлоагрегата вместе взятых. Так, например, у котлоагрегата ПК-33 поверхность нагрева трубчатого воздухоподогревателя (
46 т*м2) втрое больше, чем сумма всех остальных конвективных поверхностей нагрева, у котлоагрегата ТПП-210 поверхность нагрева регенеративных воздухоподогревателей (РВП) составляет 157 т*м2 — почти в 10 раз больше суммы остальных конвективных поверхностей нагрева. Обычно масса воздухоподогревателя составляет 20—30% общей массы металла котла, а его стоимость — 10—15% общей стоимости котлоагрегата.
Трубчатый воздухоподогреватель — это подогреватель воздуха, в котором уходящие газы двигаются внутри трубок и отдают тепло воздуху, который в свою очередь движется между трубок воздухоподогревателя.
Конструкция пакетов трубчатого воздухоподогревателя представлена на рисунке ниже:
Регенеративный воздухоподогреватель (РВП) — это такой тип воздухоподогревателя, где уходящие газы отдают сначала тепло металлическим пластинам, которые в свою очередь вращаются и отдают тепло воздуху, когда при вращении оказываются в воздушной шахте.
Изображение регенеративного воздухоподогревателя представлено на фотографии:
Более существенно для оценки значения воздухоподогревателя то обстоятельство, что воздухоподогреватель всецело определяет, с одной стороны, температуру уходящих газов и соответствующую потерю тепла, с другой стороны — температуру нагрева воздуха (что для таких топлив, как АШ и тощий уголь, в значительной мере влияет на потерю с механическим недожогом топлива). Таким образом, практически для всех топлив работа воздухоподогревателя определяет К.П.Д. котлоагрегата.
Воздухоподогреватель как элемент современного котельного агрегата появился одновременно с началом применения камерных топок, сжигания угля в пылевидном состоянии и тягодутьевых устройств. По мере развития и усложнения котельных агрегатов воздухоподогреватель (в основном трубчатый) занимал все большую высоту конвективной шахты. Для преобладавшей в то время (как и сейчас) П-образной компоновки котлоагрегата рост высоты воздухоподогревателя вызвал своего рода «компоновочный кризис»: высота конвективной шахты оказалась значительно больше, чем высота топки, и определяла собою непомерно большую (для тогдашних мощностей) высоту котлоагрегата. Этот кризис был в дальнейшем преодолен благодаря широкому применению регенеративных воздухоподогревателей, с одной стороны, и снижению удельных тепловых нагрузок топочного объема — с другой, а также благодаря появлению новых компоновок воздухоподогревателей, и котлоагрегатов в целом.
Для котельных установок РВП были впервые изготовлены в 1923 г.. шведской фирмой «Юнгстрем» и постепенно начали распространяться все шире, вытесняя другие типы воздухоподогревателей. Раньше всего этот процесс начался в США, где уже в 1947 г. свыше 40% вновь заказываемых котлоагрегатов были оснащены РВП. В последующие годы применение РВП продолжало расширяться.
На котлоагрегатах США, вводимых в 1963—1966 гг., при мощности блоков 300—500 МВт обычно устанавливалось по два РВП на Котлоагрегат, на блоки 900—1000 МВт — по четыре РВП, что соответствует диаметрам РВП примерно 10—12 м. На котлоагрегатах, вводимых после 1970 г., устанавливается по два РВП на блок мощностью 800—900 МВт и в ряде случаев по одному РВП на блок 500—600 МВт, что соответствует диаметрам РВП 15—17 м. На блоке № 2 ТЭС Трэдингхаус Крик мощностью 790 МВт установлен один РВП, на блоке №1 ТЭС Бельюз Крик мощностью 1150 МВт—два РВП. На этих котлоагрегатах применены, по-видимому, повышенные скорости газов и воздуха в РВП.
Вместе с тем в самые последние годы для многих котлоагрегатов пиковых и полупиковых установок в США и Заладной Европе вообще не применяют газовых воздухоподогревателей, а весь подогрев воздуха осуществляют в калориферах.
На мощных котельных установках в странах Западной Европы применяют только РВП. В Англии на блоках мощностью 500 МВт и выше применяют РВП обычного типа или типа Ротемюле. Английские котлостроительные фирмы еще в 1965 г. изготавливали РВП диаметром до 12,5 м. Во Франции на котлоагрегатах блоков мощностью 250 МВт применялись РВП и трубчатые воздухоподогреватели. При переходе к мощности 600 МВт стали применять только РВП. В ФРГ уже на блоках 300 МВт преобладают РВП. На новых блоках мощностью 500—600 МВт на буром угле, мазуте и газе применяются только РВП. На первом котлоагрегате блока мощностью 600 МВт ТЭС Нидерауссем, рассчитанном для сжигания бурого угля, установлены два РВП диаметром по 15 м.
Несмотря на столь широкое применение эксплуатация РВП в отечественной энергетике выявила весьма серьезные их недостатки. Наиболее существенный из них — высокие присосы воздуха в дымовые газы, притом увеличивающиеся в течение кампании котлоагрегата. Трудности с присосами в РВП в значительной мере связаны, по-видимому, с тем, что в отличие от зарубежной практики РВП изготавливают не специализированные, а котлостроительные заводы, мало приспособленные для изготовления вращающихся аппаратов.
При работе котла с трубчатым воздухоподогревателем необходимо тщательно следить за тем, чтобы на его поверхности не было отложений не сгоревшего топлива (угля).
Как правило, в районе установки воздухоподогревателя устанавливают установку паротушения и пожарную сигнализацию. Проектирование пожарной сигнализации нужно доверять только специализированной организации, имеющей опыт и квалифицированный персонал.
Воздухоподогреватели отопительных котлов
В отопительных котлах воздухоподогреватель играет весьма существенную роль, воспринимая теплоту отходящих газов и передавая ее воздуху, он уменьшает в тепловом балансе наиболее существенную статью потерь теплоты с уходящими газами. При использовании подогретого воздуха повышается температура горения топлива в отопительном котле, интенсифицируется процесс сжигания, повышается КПД котельного агрегата. Вместе с тем при установке воздушного подогревателя в отопительном котле увеличивается аэродинамическое сопротивление воздушного и дымового трактов.
Температура подогрева воздуха в котле выбирается в зависимости от способа сжигания топлива и его вида. Для природного газа и мазута, сжигаемых в камерных топках, температура горячего воздуха составляет 200. 250°С.
При наличии в отопительном котле экономайзера и воздухоподогревателя первым по ходу газа устанавливается экономайзер, а вторым — воздухоподогреватель, что позволяет более глубоко охладить продукты горения, так как температура холодного воздуха ниже температуры питательной воды на входе в экономайзер.
По принципу действия в отопительном котле воздухоподогреватели разделяют на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативном воздухоподогревателе передача теплоты от продуктов горения к воздуху происходит непрерывно через разделительную стенку, по одну сторону которой движутся продукты горения, а по другую — нагреваемый воздух. В регенеративных воздухоподогревателях передача теплоты от продуктов горения к нагреваемому воздуху осуществляется путем попеременного нагревания и охлаждения одной и той же поверхности нагрева.
В воздушных перепускных коробах предусмотрены направляющие лопатки (5) для более равномерного обтекания воздухом труб воздухоподогревателя.
Для компенсации температурных удлинений труб и кожуха в воздухоподогревателе предусмотрен линзовый компенсатор (6).
Регенеративный воздухоподогреватель отопительного котла имеет металлический корпус (11), внутри которого на валу (12) вращается ротор (5) с набивкой (6) из тонких (0,6. 1,0 мм) стальных гофрированных и плоских листов, образующих каналы малого размера (4. 5 мм) для прохода воздуха и продуктов горения. Набивкой, которая служит поверхностью теплообмена, заполняется пустотелый ротор, разделенный сплошными перегородками на изолированные один от другого секторы. На корпусе, опирающемся на раму (4), установлены патрубки (1) и (2) соответственно подвода и отвода воздуха и газов, привод зубчатого колеса (7), включающий в себя шестерню (8), редуктор (9) и электродвигатель (10), а также на корпусе крепятся разделительные перегородки (3), под которыми расположены уплотнительные плиты, обеспечивающие радиальное уплотнение.
Ротор медленно (с частотой вращения 2. 6 мин-1) вращается в неподвижном корпусе. Пластины ротора нагреваются газом (при прохождении под газовыми патрубками), а после поворота ротора (при прохождении под воздушными патрубками) отдают теплоту проходящему воздуху.
Регенеративные воздухонагреватели применяются как с вертикально (РВВ), так и с горизонтально (РВГ) расположенным ротором. Регенеративные воздухоподогреватели более компактны, имеют меньшую металлоемкость и сопротивление по сравнению с трубчатыми, их коррозия меньше сказывается на работе котла. Площадь поверхности нагрева 1 м3 набивки составляет 200. 250 м2.
В то же время наличие вращающихся деталей требует установки сложных и ненадежных в работе уплотнений, приводящих к повышенному перетоку воздуха в газовую среду (нормативный подсос воздуха = 0,2. 0,25), постоянного контроля за охлаждением вала ротора и подшипников, усложняет эксплуатацию из-за забивания межпластинчатых зазоров. Вследствие коробления набивки подогрев воздуха в регенеративных подогревателях ограничен температурой 300 °С.
Воздухоподогреватели
Воздухоподогреватели
Для подогрева воздуха в котлах применяют воздухоподогреватели: рекуперативные и регенеративные. В рекуперативном воздухоподогревателе теплота продуктов сгорания передается непрерывно воздуху через стенку, разделяющую теплообменивающиеся среды. В регенеративном воздухоподогревателе теплота передается металлической насадкой, которая периодически нагревается продуктами сгорания, а затем отдает аккумулированную в ней теплоту нагреваемому воздуху. Воздухоподогреватели воспринимают 7-15% теплоты топлива, отдаваемого продуктами сгорания в котле.
Преимущественно применяются трубчатые рекуперативные воздухоподогреватели с вертикальным расположением труб. Скорость газов обычно 10-14 м/с, воздуха 6-8 м/с. Продукты сгорания проходят внутри труб, воздух омывает их снаружи поперечным потоком (рис. 21.6). Воздухоподогреватели изготовляют из стальных труб с наружным диаметром 30-40 мм при толщине стенки 1,2-1,5 мм. Концы труб приваривают к трубным доскам и располагают в шахматном порядке. 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 установлены короба. Воздухоподогреватели снаружи имеют стальную обшивку и опираются нижней трубной доской на раму, связанную с каркасом котла. Трубная система при нагревании расширяется вверх, и верхняя трубная доска соединяется с газоходом линзовым или набивным компенсатором, что обеспечивает свободное термическое расширение воздухоподогревателя без присосов воздуха (рис. 21.7).
Воздухоподогреватели выполняют из ряда секций, удобных для монтажа и транспортировки, которые устанавливают рядом, заполняя все сечение газохода. При сжигании многозольного топлива для предохранения верхних концов труб от абразивного износа в них устанавливают трубки длиной 150- 200 мм. При температуре продуктов сгорания более 500 СС верхние трубные доски покрывают теплоизоляционной массой. Применяют однопоточную и двухпоточную схемы подвода воздуха в воздухоподогреватель. В воздухоподогревателях котлов малой и средней мощности применяют однопоточную схему подвода воздуха по его широкой стороне В котлах большой мощности высота одного воздушного хода достигает больших размеров, число ходов воздуха в каждой ступени воздухоподогревателя уменьшается. Двухпоточная схема подвода воздуха позволяет уменьшить высоту хода и увеличить число ходов при меньшем в них числе рядов трубок и соответственно уменьшить сопротивления 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.
Трубчатые воздухоподогреватели просты по конструкции, надежны в работе и более плотны, чем другие системы воздухоподогревателей. Недостатком трубчатых воздухоподогревателей являются относительно большие удельный расход металла G/Q и удельный объем V/Q. Различные схемы компоновки трубчатых воздухоподогревателей показаны на рис. 21.8.
Необходимая площадь поверхности нагрева воздухоподогревателя определяется с учетом (21.3). При наличии низкотемпературной и высокотемпературной ступеней воздухоподогревателя каждая ступень рассчитывается отдельно для регенеративных вращающихся воздухоподогревателей в расчет вводится двусторонняя поверхность нагрева набивки.
Регенеративные воздухоподогреватели представляют собой вращающийся барабан с набивкой из тонких стальных гофрированных и плоских листов, образующих каналы малого эквивалентного диаметра ( 4х5 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. 21.9).
Недостатками регенеративных воздухоподогревателей являются повышенный переток воздуха в газовую среду (до 10 %), что увеличивает потерю 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 °С. При необходимости более высокого подогрева воздуха воздухоподогреватели выполняют комбинированными: из регенеративного воздухоподогревателя с подогревом в нем воздуха до 250-300 °С и трубчатого, в котором завершается подогрев воздуха до более высокой температуры (рис. 21.10).
Теплота, передаваемая воздуху в воздухоподогревателе, рекуперативном или регенеративном, кДж/кг, определяете по формуле
Паровой воздухоподогреватель. Воздухоподогреватель принцип работы.
Паровой воздухоподогреватель. Воздухоподогреватель принцип работы.
За последнее время широкое применение получили воздухоподогреватели (рис. 1). Так называются нагревательные приборы, служащие для нагревания воздуха, поступающего в топку, теплом уходящих топочных газов.
Рис. 1. Общий вид установки воздухоподогревателя.
Назначение воздухоподогревателя.
Воздухоподогреватели также, как и экономайзеры котловые устанавливаются в борове печи. Воздухоподогреватели отнимают тепло у отходящих газов и вносят его в воздух, подаваемый в топку. Вследствие этого в топке сжигается меньше топлива, требуется меньше воздуха, повышается температура горения и уменьшаются эксплуатационные расходы на тягодутьевую установку. Поэтому воздухоподогреватели часто называют «воздушными экономайзерами». Воздухоподогреватели дешевле водяных экономайзеров, не зависят от давления пара в котле и не покрываются накипью. Вместе с водяными экономайзерами они повышают экономичность котельных установок. В настоящее время все большее количество котельных агрегатов оборудуется воздухоподогревателями.
Типы воздухоподогревателей.
Воздухоподогреватели по своей конструкции в основном делятся на пластинчатые и трубчатые.
Воздухоподогреватель пластинчатый.
Пластинчатые воздухоподогреватели представляют собой систему коробок из железных листов толщиной в 2—4 мм, которые служат для разделения газового и воздушного потока на тонкие слои для улучшения теплопередачи. Газы проходят по дымоходу прямолинейно снизу-вверх, омывают коробки, в которые воздух входит и выходит по горизонтальному направлению, делая в подогревателе повороты на 180°. К недостаткам пластинчатого воздухоподогревателя относится коробление пластин, разрывы сварных швов в стыках пластин, разделяющих воздушную и газовую среду.
Трубчатый воздухоподогреватель.
Трубчатый воздухоподогреватель состоит из стальных труб. Концы труб для закрепления плотно завальцовываются в трубные доски. Топочные газы проходят в трубках снизу-вверх и делают только один оборот, тогда как воздух, проходя между трубками воздухоподогревателя, пересекает газовый поток два раза.
В эксплуатации трубчатые воздухоподогреватели более надежны они обладают жесткой конструкцией, у них отсутствует просачивание воздуха и более удобна чистка трубок.