Воздухоподогреватель

Существует два типа воздухоподогревателей для использования в парогенераторах тепловых электростанций и химико-технологических системах: трубчатый, встроенный в канал отвода дымовых газов котла и регенеративный (пластинчатый). Так же существует регенератор, используемый в производстве чугуна или стекла.

Регенератор состоит из кирпичной кладки в шахматном порядке: кирпичи укладываются друг на друга с промежутками, равными ширине кирпича, так что воздух может относительно легко проходить через решётку^[2]. Идея заключается в том, что горячие выхлопные газы, проходя через решётку, отдают тепло кирпичам. Затем поток воздуха меняется на противоположный, так что горячие кирпичи нагревают поступающий воздух для горения и топливо. В стекловаренной печи регенератор расположен с обеих сторон печи, часто образуя единое целое. В доменной печи регенераторы (обычно называемые каупер-печами) расположены отдельно от печи. Для печи требуется не менее двух печей, но их может быть и три. Одна из печей работает «на газу», получая горячие газы из верхней части печи и нагревая решётку внутри, в то время как другая работает «на дыхание», получая холодный воздух от вентиляторов, нагревая его и подавая в доменную печь^[3].

Состоят из пучков труб, через которые проходит воздух, в то время как горячие дымовые газы омывают их снаружи. К преимуществам относятся: простота конструкции и высокая надёжность при работе с агрессивными средами (в химической промышленности применяются трубы из титана, керамики или высоколегированных сталей). К недостаткам можно отнести большие габариты и вес установки, а также подверженность коррозии и абразивному износу из-за золы и кислотных конденсатов. Многие новые парогенераторы с циркулирующим псевдоожиженным слоем (CFB) и барботажным псевдоожиженным слоем (BFB) в настоящее время оснащены трубчатыми воздухонагревателями, что даёт преимущество по сравнению с подвижными частями вращающегося типа. Коррозия в точке росы возникает по целому ряду причин. Этому способствуют тип используемого топлива, содержание в нём серы и влаги. Однако, безусловно, наиболее важным фактором, влияющим на коррозию в точке росы, является температура металла труб. Если температура металла внутри труб опускается ниже температуры насыщения кислотой, обычно между 88 °C и 110 °C, то повышается риск коррозионного повреждения из-за конденсации кислоты внутри воздуховода трубы. Для преодоления конструктивных недостатков используют композитные материалы, керамические вставки и наноструктурированные покрытия.

Чугунные воздухоподогреватели из-за своей громоздкости применяются в крупных котельных агрегатах.

Пластинчатые Воздухоподогреватели выполняются из стальных листов толщиной 1,5-2,0 мм, собранных в кубы.

Этот вид воздухоподогревателей предназначен для работы в коррозионноопасной зоне, изготавливаются из частично заполненных водой и запаянных с обеих сторон трубок.

Применяются в котлах сжигающих сернистые топлива (жидкие и твёрдые). Работа в области температур газов близких к точке росы продуктов сгорания топлива.

Тепло передаётся металлической насадкой, которая периодически нагревается газообразными продуктами сгорания, после чего переносится в поток воздуха и отдаёт ему аккумулированное тепло. Широко распространены в металлургической промышленности.^[1] Существует два типа регенеративных воздухоподогревателей: регенеративные воздухоподогреватели с вращающимися пластинами (РВВП, RAPH) и регенеративные воздухоподогреватели со стационарными пластинами (РВСП).

Конструкция с вращающейся пластиной (РВВП,RAPH) состоит из центрального элемента с вращающейся пластиной, установленного внутри корпуса, который разделён на два (двухсекторный тип), три (трехсекторный тип) или четыре (четырёхсекторный тип) сектора, содержащих уплотнения вокруг элемента. Уплотнения позволяют элементу вращаться во всех секторах, но сводят утечку газа между секторами к минимуму, обеспечивая при этом отдельные пути прохождения газа, воздуха и дымовых газов через каждый сектор. Трехсекторные конструкции являются наиболее распространёнными в современных установках для производства электроэнергии. В трёхсекторной конструкции самый большой сектор (обычно занимающий примерно половину поперечного сечения корпуса) подключается к выходу горячего газа из котла. Горячие выхлопные газы проходят через центральный элемент, передавая ему часть своего тепла, а затем отводятся по каналам для дальнейшей обработки в пылеуловителях и другом оборудовании, прежде чем выйти из дымовой трубы. Второй, меньший по размеру сектор, снабжается окружающим воздухом с помощью вентилятора, который проходит над нагреваемым элементом при его вращении в секторе и нагревается перед подачей в топку котла для сжигания. Третий сектор — самый маленький, он нагревает воздух, который направляется в измельчители и используется для подачи угольно-воздушной смеси к горелкам угольного котла. Таким образом, весь воздух, нагреваемый в РВВП(RAPH), обеспечивает: нагревательный воздух для удаления влаги из угольной пыли, воздух-носитель для транспортировки угольной пыли к горелкам котла и первичный воздух для сжигания. Сам ротор является средством теплопередачи в этой системе и обычно состоит из какой-либо стальной и/или керамической конструкции. Он вращается довольно медленно (около 1-2 оборотов в минуту), чтобы обеспечить оптимальную передачу тепла сначала от горячих выхлопных газов к элементу, а затем, по мере вращения, от элемента к более холодному воздуху в других секторах.^[4]

Производство было освоено в 1923 году шведской фирмой «Актиболагет Юнгстрём Ангтурбин». В СССР стали выпускаться с 1959 года Таганрогским заводом «Красный котельщик».

Конструктивные особенности

В этой конструкции весь корпус воздухоподогревателя опирается на саму несущую конструкцию котла с необходимыми компенсационными швами в воздуховодах. Вертикальный ротор опирается на упорные подшипники на нижнем конце и смазывается в масляной ванне, охлаждаемой водой, циркулирующей в змеевиках внутри масляной ванны. Это устройство предназначено для охлаждения нижнего конца вала, поскольку этот конец вертикального ротора находится на горячем конце воздуховода. Верхний конец ротора снабжён простым роликоподшипником, удерживающим вал в вертикальном положении. Ротор установлен на вертикальном валу с радиальными опорами и сепараторами для удержания корзин на месте. Также предусмотрены радиальные и кольцевые уплотнительные пластины, предотвращающие утечку газов или воздуха между секторами или между воздуховодом и корпусом во время вращения. Для оперативной очистки корзин от отложений предусмотрены струи пара, так что выдуваемая пыль и зола собираются в нижнем бункере для золы воздухоподогревателя. Этот бункер для пыли соединён для опорожнения с основными бункерами для пыли пылесборников. Ротор приводится во вращение пневматическим двигателем и зубчатой передачей, и его необходимо запускать перед запуском котла, а также поддерживать во вращении в течение некоторого времени после остановки котла, чтобы избежать неравномерного расширения и сжатия, приводящего к деформации или растрескиванию ротора. Воздух на станции, как правило, абсолютно сухой (для работы приборов требуется сухой воздух), поэтому воздух, используемый для приведения в движение ротора, смешивается с маслом для смазки пневмомотора. Предусмотрены защитные смотровые окна для наблюдения за внутренней работой подогревателя при любых условиях эксплуатации. Корзины расположены в секторных корпусах на роторе и могут быть заменены. Срок службы корзин зависит от абразивности золы и коррозионной активности газов, выходящих из котла. Следует отметить проблемы возникающие в данной конструкции — дымовые газы котла содержат много частиц пыли (из-за высокого содержания золы), не способствующих сгоранию, таких как диоксид кремния, которые вызывают абразивный износ корзин, а также могут содержать агрессивные газы в зависимости от состава топлива. Например, использование индийского угля, как правило, приводит к высокому содержанию золы и кремнезёма в дымовых газах. Поэтому износ решёток, как правило, выше, чем при использовании других видов топлива, которые сжигаются на более чистых топливах. В этом случае запылённые, вызывающие коррозию газы от котла должны проходить между элементами корзин воздухоподогревателя. Элементы состоят из зигзагообразных гофрированных пластин, запрессованных в стальную корзину, что обеспечивает достаточное кольцевое пространство между ними для прохождения газа. Эти пластины гофрированы, чтобы увеличить площадь поверхности для поглощения тепла, а также придать жёсткость при укладке их в корзины. Поэтому требуется частая замена, и новые корзины всегда находятся наготове. В некоторых случаях на элементах воздухоподогревателя могут образовываться несгоревшие отложения, что приводит к его возгоранию во время нормальной работы котла, что приводит к взрывам внутри воздухоподогревателя. Иногда в диспетчерской могут быть обнаружены незначительные взрывы из-за колебаний температуры воздуха для горения на входе и выходе.

Нагревательные пластинчатые элементы в этом типе регенеративного воздухоподогревателя также установлены в корпусе, но нагревательные пластинчатые элементы являются неподвижными, а не вращающимися. Вместо этого воздуховоды в подогревателе поворачиваются таким образом, чтобы поочерёдно подвергать участки нагревательных пластин воздействию восходящего потока холодного воздуха. В нижней части неподвижных пластин имеются вращающиеся впускные воздуховоды, аналогичные вращающимся выпускным воздуховодам в верхней части неподвижных пластин.^[4]