Устройство воздухоподогревателя котла и принцип его работы
В конструкцию котлов высокой мощности входят воздухоподогреватели. Эти устройства используются для подогрева воздушной массы, подаваемой в топку. Для нагрева может использоваться рекуперативный или регенеративный воздухоподогреватель.
Назначение воздухоподогревателя
Устройство выполняет одновременно две функции – подогрев подаваемого воздуха и охлаждение отработанных газов. Нагрев воздушной массы увеличивает коэффициент полезного действия котлоагрегата.
На ТЭЦ используются два типа устройств:
- Регенеративные. Представляет собой теплообменник, постоянно вращающийся на небольшой скорости. При этом одна и та же поверхность нагревается от продуктов горения и отдает тепло воздушной массе, подаваемой в топку.
- Рекуперативные. Имеют жестко установленную поверхность нагрева. Отличаются простотой конструкции. Недостатком устройств данного типа является то, что их рабочая поверхность подвержена коррозии.
Регенеративные подогреватели
Воздухоподогреватели котлов регенеративного типа включают в свою конструкцию ротор большого диаметра. В него встроены элементы, подвергающиеся нагреву при прохождении через поток продуктов горения, имеющих высокую температуру.
По мере вращения нагревательные элементы перемещаются и проходят через поток воздуха, подаваемого в топку. Таким образом, осуществляется нагрев воздушной массы перед попаданием в камеру сгорания.
Элементами теплообменника являются металлические пластины, аккумулированные в отдельные пакеты. При соприкосновении пластины образуют между собой пустоты. Они необходимы для прохождения через них воздуха, продуктов горения и ускорения теплообмена.
Крутящиеся (РВП)
Регенеративные воздухоподогреватели (РВП) наиболее часто применяются для прогрева воздушной массы в котлах высокой мощности. Ротор устройства разделен на сектора перегородками.
Они предотвращают нагрев пластин соседних секций друг от друга. Ротор вращается с небольшой скоростью. Полный оборот осуществляется за 10 – 30 секунд.
Ротор регенеративного подогревателя приводится в действие электрическим двигателем. Для нормальной работы достаточно мотора мощностью от 3 до 5 киловатт. Устройства вращающегося типа имеют как преимущества, так и недостатки.
К достоинствам относят:
- Компактность. В сравнении с конструкциями трубчатого типа РВП имеет меньшие размеры. Компактность достигается за счет большой площади пластин теплообменника.
- Небольшой расход металлических деталей. Части РВП менее подвержены коррозии.
- Высокая эффективность.
К недостаткам относят необходимость оборудования системы охлаждения вала, на котором вращается ротор и большой отток воздуха в отработавшие газы.
Типы рекуперативных воздухоподогревателей
Наиболее распространенными в нагреве воздушной массы, подаваемой в камеру сгорания, являются трубчатые устройства. Существует несколько типов воздухоподогревателей, отличающихся по своей конструкции.
Пластинчатые
Устройства данного типа представляют собой изделия, состоящие из пластин. Для их изготовления используется углеродистая сталь.
Отработавшие газы проходят через узкие каналы, расположенные вертикально. Кубы воздухоподогревателя изолированы асбестом. Толщина изоляционного слоя составляет 0.6 – 0.7 см.
Протекая между пластинами, продукты горения отдают тепло воздушной массе, омывающей поверхность. Так проходит нагрев воздуха перед попаданием в топку.
Под действием высокой температуры происходит изменение формы пластин. Из-за этого происходит разрыв соединительных швов, что приводит к перетеканию воздуха в канал отработанных газов.
Для изготовления кубов подогревателя используются пластины разного размера. Ближе к топке располагают более толстые листы. Это обусловлено необходимость защитить металлические части от коррозии, возникающей под действием продуктов горения.
Стеклянные воздухоподогреватели
Установка стеклянного подогревателя осуществляется с целью предотвратить сильную коррозию, возникающую на поверхностях под действием продуктов горения сернистого мазута. По своей конструкции подогреватель представляет собой блок труб, изготовленных из стекла.
Отличительной особенностью стеклянного устройства является низкая степень устойчивости к механическим повреждениям.
Изменение показателей температуры приводит к увеличению и уменьшению размеров стеклянных элементов. Это требует использования эластичных манжет для крепления труб к доскам.
Зольные отложения в трубчатом устройстве из стекла по своей интенсивности не отличаются от засорения аналогичного подогревателя из металла. Отличие стеклянной конструкции состоит в высокой устойчивости к коррозии.
Трубчатые стальные
Устройство представляет собой куб из металлических труб. В зависимости от размеров подогревателя их диаметр может отличаться. В конструкцию входят металлические доски, к которым приваривают края труб.
При повышении температуры поверхности размер труб изменяется. Тепловое расширение компенсируется за счет свободного перемещения верхней доски. Это исключает механические повреждения труб при нагреве и остывании.
Рекуперативный трубчатый воздухоподогреватель отличается простотой конструкции. Трубы приварены к доскам и расположены вертикально.
Выделяющиеся в процессе работы котла продукты горения протекают через них. Пространство между трубами омывается воздушной массой. При этом воздух движется горизонтально.
Ход для движения воздушной массы образуется при разделении устройства поперечными перегородками. Продукты горения, протекая через подогреватель, охлаждаются, отдавая часть тепла воздуху. Так в топку подается подогретая воздушная масса. Это повышает КПД котла.
Вертикальное расположение проемов для движения газов снижает степень их засорения золой. Устройства данного типа отличается надежностью и высокой эффективностью.
Недостатком изделий, в конструкцию которых входят стальные трубы, является подверженность коррозии в результате воздействия на металл продуктов горения и конденсата.
Чугунные
Данный тип подогревателей воздуха применяется реже. Это обусловлено большими размерами конструкции. Устройство представляет собой куб, собранный из чугунных труб.
Их наружная поверхность сделана ребристой, это необходимо для увеличения площади соприкосновения с воздушной массой.
Чугунные элементы располагаются в кубе вертикально. Внутри протекает отработанный газ высокой температуры. При этом часть тепла передается чугуну, который в свою очередь нагревает воздушную массу, поступающую в котел.
Чугунные изделия для подогрева имеют как преимущества, так и недостатки. К плюсам конструкции относятся высокая устойчивость к коррозии, возникающей при образовании конденсата и большой запас толщины стенки трубы, что увеличивает срок службы деталей.
Недостатки конструкции из чугуна:
- большие затраты на металл. Для изготовления требуется гораздо больше материала, чем для стальных аналогов;
- габариты. Чугунные изделия громоздкие;
- увеличенное сопротивление. Возникает из-за ребристой поверхности элементов.
Чугунные конструкции менее распространены, чем аналоги, изготовленные из стали. Как правило, их устанавливают в совокупности с воздухоподогревателями другого типа.
Расчет воздухоподогревателя
При расчете воздухоподогревателя учитывается тип используемого топлива и конструкция котла. Температура нагрева подаваемого воздуха может колебаться в диапазоне от 150 – до 400 градусов в зависимости от типа топки и топлива.
При расчетах скорость перемещения воздушной массы необходимо принимать в два раза меньше аналогичного показателя для отработавших газов.
Использование воздухоподогревателя позволяет нагреть воздух, подаваемый в топку, и снизить температуру отработанных газов. Это значительно повышает эффективность котла. Подбор устройства осуществляется исходя из типа топлива и вида котельного оборудования.
