3.5. Воздухоподогреватели

По принципу действия различают рекуперативные и регенеративные воздухоподогреватели. Рекуперативные воздухоподогреватели работают с неподвижной поверхностью нагрева, через которую непрерывно передается тепло от продуктов сгорания к воздуху. В регенеративных воздухоподогревателях поверхность нагрева омывается попеременно то продуктами сгорания, нагреваясь при этом, то воздухом, отдавая ему тепло.

Воздухоподогреватель работает в условиях отличных от условий работы экономайзера и других элементов водопарового тракта. Здесь наименьшие температурные напоры между греющими продуктами сгорания и нагреваемым воздухом и самый низкий коэффициент теплопередачи. Поэтому его поверхность нагрева превышает суммарную поверхность нагрева всех элементов водопарового тракта и для котла мощного блока достигает десятков и сотен тысяч квадратных метров.

Основным видом рекуперативных воздухоподогревателей является трубчатый воздухоподогреватель (ТВП) с вертикально расположенной трубной системой (рис. 3.15). Эти воздухоподогреватели выполняет 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.

Рис. 3.15. Конструкция трубчатого воздухоподогревателя: а— общий вид; б — узел крепления труб и тепловая компенсация; 1 — стальные трубы; 2,6 — верхняя и ниж­няя трубные доски; 3 — компенсатор тепловых расширений; 4 — воздухоперепускной короб; 5 — промежуточная трубная доска; 7,8 — опорные колонны и горизонтальные балки.

Обычно внутри труб проходят продукты сгорания (продольное омыва-ние), тепло которых передается воздуху, движущемуся между трубами (поперечное омывание). Для образования перекрестного тока воздуха трубную систему по; высоте делят на несколько ходов промежуточными перегородками — досками; в местах поворота установлены воздушные перепускные короба. Воздухоподогреватель с боков имеет наружные стальные плотные стенки, нижняя трубная доска опирается на металлическую раму, связанную с каркасом котла.

Трубная система расширяется при нагревании кверху, при этом верхняя трубная доска имеет возможность перемещений и в то же время обеспечивает плотность газохода за счет установки линзового компенсатора по всему ее периметру. Трубчатый воздухоподогреватель выполняют в виде отдельных кубов (секций), удобных для монтажа и транспорта, которые заполняют все сечение газохода. Трубные доски секций между собой также уплотняют линзовыми компенсаторами.

При последовательном размещении вдоль газового тракта экономайзера и воздухоподогревателя, называемым одноступенчатой компоновкой поверхностей в конвективной шахте, возникает ограничение температуры подогрева воздуха. Поскольку масса и теплоемкость воздуха меньше, чем эти же показатели в газовом потоке, повышение температуры воздуха происходит в большей мере, чем снижение температуры газов и перепад температур между газами и воздухом по мере нагрева последнего снижается. Предельная температура подогрева воздуха в одноступенчатом воздухоподогревателе соответствует достижению минимального перепада температур газ-воздух Δt = 30°С и составляет 250-320°С (рис. 3.16)

Рис.3.16. Изменение температур газов и воздуха в воздухоподогревателях: а – одноступенчатая компоновка; б – двухступенчатая компоновка; 1 – продукты сгорания; 2 – воздух.

Для подогрева воздуха до более высокой температуры (350-450°С) ТВП выполняют двухступенчатым, располагая: вторую ступень ТВП выше поверхности экономайзера в зоне более высоких температур газов (рис. 3.17). Этим достигается значительное увеличение начального перепада температур газ-воздух, что обеспечивает дальнейший нагрев воздуха и способствует снижению габаритов второй ступени (рис. 3.16).

ТВП выполняют из углеродистой стали, для которой максимально допустимая температура металла не превышает 500°С, что при температуре подогрева воздуха до 400°С соответствует температуре продуктов сгорания

не более 600°С. Обычно температура продуктов сгорания за пароперегревателем высокого давления выше, а потому для защиты металла второй ступени воздухоподогревателя, если в схеме котла нет промежуточного перегревателя, располагают вторую ступень экономайзера.

Трубчатые воздухоподогреватели просты по конструкции, надежны в работе, значительно более плотны в сравнении с воздухоподогревателями других систем. Однако они в большей мере подвергаются коррозии, при конденсации влаги и паров H₂SO₄ если температура стенки будет ниже 90-100°С, в результате чего в трубах образуются сквозные отверстия и воздух перетекает на газовую сторону, увеличивая потери теплоты с уходящими газами и затраты на перекачку увеличенного объема продуктов сгорания. Защита труб от коррозии чаще всего достигается подогревом поступающего холодного воздуха в паровых калориферах (при подогреве воздуха свыше 50°С), либо путем рециркуляции части горячего воздуха на вход в ТВП (при нагреве до 50°С). Однако при этом снижается экономичность работы котла, так как одновременно происходит повышение температуры уходящих газов и рост потери теплоты с ними.

Рис.3. 17. Двухпоточная и двухступенчатая компоновка воздухоподогревателя: 1 – вход холодного воздуха; 2 – выход горячего воздуха; 3,4 –первая и вторая ступени экономайзера.

Основным типом регенеративного воздухоподогревателя электростанций является вращающийся регенеративный воздухоподогреватель (РВП), у которого поверхность теплообмена во вращающемся корпусе (роторе) попеременно находится в газовом потоке, нагреваясь от высокотемпературных газов, а затем поступает в холодный воздушный поток и греет воздух, отдавая ему избыточное тепло (рис. 3.18, а). В отличие от ТВП регенеративный воздухоподогреватель располагают вне пределов конвективной шахты и соединяют его с котлом газо- и воздухопроводами

Поверхностью теплообмена служит плотная набивка из тонких гофрированных и плоских стальных листов, образующих каналы малого эквивалентного диаметра (d₃ = 8-r9 мм) для прохода продуктов сгорания и воздуха (рис. 3.1,б). Набивка в виде секций заполняет цилиндрический пустотелый ротор, который по сечению разделен глухими радиальными перегородками на изолированные друг от друга секторы. Ротор воздухоподогревателя медленно вращается (с частотой 1,5-2,2 об/мин.), его вал имеет привод от электродвигателя через шестеренчатую передачу. Взаимное движение потоков — противоточное.

Рис.3.16. Схема конструктивного выполнения РВП: а – общий вид аппарата; б – пластины теплообменной поверхности; в – соединение корпуса РВП с котлом; ДГ – дымовые газы; ХВ – холодный воздух; ГВ – горячий воздух; 1 – вал; 2,3 –нижняя и верхняя опоры; 4 – секция ротора; 5 – верхнее периферийное уплотнение; 6 – зубья привода; 7 – наружная металлическая обшивка (кожух).