9.2. Повітропідігрівники

Для підігріву повітря в котлах застосовують два типи повітропідігрівників: рекуперативні і регенеративні. В рекуперативному повітропідігрівнику теплота продуктів згорання передається безперервно повітрю через стінку, що розділяє теплоносії. В регенеративному повітропідігрівнику теплота передається металевій насадці, яка періодично нагрівається продуктами згорання, а потім віддає акумульовану в ній теплоту повітрю, що нагрівається. Повітропідігрівники сприймають 7 – 15 % теплоти палива, що віддається продуктами згорання в котлі.

Переважно застосовуються трубчасті рекуперативні повітропідігрівники з вертикальним розташуванням труб. Швидкість газів в них приймається рівною 10 - 14 м/с, повітря – 6 – 8 м/с. Продукти згорання проходять усередині труб, повітря омиває їх зовні поперечним потоком (рис. 9.4). Такі повітропідігрівники виготовляють із сталевих труб із зовнішнім діаметром 30 – 40 мм при товщині стінки 1,2 – 1,5 мм. Кінці труб приварюють до трубних решіток і розташовують в шаховому порядку. Для отримання необхідної швидкості руху повітря трубну систему по висоті розділяють проміжними решітками на декілька ходів. Для перепуску повітря з одного ходу в інший встановлені короби. Повітропідігрівники ззовні мають сталеву обшивку і опираються нижньою трубною дошкою на раму, з’єднану з каркасом котла. Трубна система при нагріванні розширюється вгору, і верхня трубна дошка з'єднується з газоходом лінзовим або набивним компенсатором, що забезпечує вільне термічне розширення повітропідігрівника без присмоків повітря. Повітропідігрівники виконують з ряду секцій, зручних для монтажу і транспортування, які встановлюють один біля одного, заповнюючи весь перетин газоходу. При спалюванні багатозольного палива для оберігання верхніх кінців труб від абразивного зносу в них вварюють трубки завдовжки 150…200 мм. При температурі продуктів згорання більше 500 °С верхні трубні дошки покривають теплоізоляційною масою. Застосовують однопотокову і двохпотокову схеми підведення повітря у повітропідігрівник. У повітропідігрівниках котлів малої і середньої потужності застосовують однопотокову схему підведення повітря по його широкій стороні.

У котлах великої потужності висота одного повітряного ходу досягає великих розмірів. У них кількість ходів повітря в кожній ступені повітропідігрівника зменшується. Двохпотокова схема підведення повітря дозволяє зменшити висоту ходу і збільшити кількість ходів при меншій кількості рядів трубок і відповідно зменшити опір по ходу повітря та підвищити температурний напір у повітропідігрівнику. Застосування двохпотокової схеми підведення повітря і труб малого діаметру з малим кроком дозволяє створити достатньо компактні повітропідігрівники.

Рис. 9.4. Трубчастий повітропідігрівник

1 – сталеві труби 40×1,5 мм; 2 і 6 – верхня і нижня трубні решітки товщиною 20—25 мм; 3 – компенсатор; 4 – повітроперепускний короб; 5 – проміжна трубна дошка; 7 і 8 – опорні рами і колони

Трубчасті повітропідігрівники прості по конструкції, надійні в роботі і герметичніші ніж інші системи повітропідігрівників. Недоліком трубчастих повітропідігрівників є відносно великі питомі витрати металу G/Q і питомий об'єм V/Q. За наявності низькотемпературної і високотемпературної ступенів повітропідігрівника, кожна ступінь розраховується окремо.

Регенеративний повітропідігрівник представляє собою барабан, що обертається, з набивкою тонкими сталевими гофрованими і плоскими листами, створюючи канали малого еквівалентного діаметру (d_э = 4÷5 мм) для проходу повітря і продуктів згорання. Набивкою, яка служить поверхнею теплообміну, заповнюється порожнистий ротор, розділений суцільними перегородками на ізольовані один від одного сектори (рис. 9.5).

Рис. 9.5. Регенеративний повітропідігрівник

1 – вал ротора; 2 – підшипники; 3 – електродвигун; 4 – набивка; 5 – зовнішній кожух; 6 і 7 – радіальне і периферійне ущільнення;

8 – вихід повітря

Ротор повільно (з частотою обертання 2—6 об/хв) обертається в нерухомому корпусі. Корпус розділений на дві частини секторними плитами. У одну з них через горловину надходять продукти згорання, в іншу – повітря. Рух потоку газу і повітря роздільний і неперервний. При неперервному обертанні ротора його металева набивка поперемінно проходить через ці потоки. Спочатку теплота газів акумулюється, а потім віддається повітрю.

Цей процес повторюється, і в результаті організовується безперервний нагрів повітря. Взаємний рух потоків продуктів згорання і повітря протитоковий. Площа поверхні нагріву 1 м³ набивки складає 200 – 250 м². Тривалість перебування набивки в газовому і повітряному потоках становить менше 30 c. Товщина листів набивки 0,6 – 1 мм. Потужність електродвигуна для приводу ротора повітропідігрівника 3 – 5 кВт. Регенеративні повітропідігрівники вказаної конструкції відрізняються малим значенням величин V/Q, G/Q і A/Q. Недоліками регенеративних повітропідігрівників є підвищене перетікання повітря в газове середовище (до 10 %), що збільшує втрату теплоти з відхідними газами, а так само наявність елементів, що обертаються. При необхідності підігріву повітря до вищої температури повітропідігрівник виконують комбінацією регенеративного повітропідігрівника з підігрівом в ньому повітря до 250…300 °C і трубчастого, в якому завершується підігрів повітря до вищої температури (рис. 9.6).

Рис. 9.6. Схема установки комбінованого рекуперативного і регенеративного повітропідігрівника 1 – топка; 2 – екрани; 3 – фестон; 4 – ширмовий пароперегрівник; 5 – конвективний пароперегрівник; 6 – економайзер I ступені; 7 – те ж II ступені; 8 – регенеративний повітропідігрівник I ступені; 9 – рекуперативний трубчастий повітропідігрівник II ступені

Теплота, що передається повітрю у повітропідігрівнику визначається за формулою, кДж/кг

, (9.4)

де - відношення кількості повітря за повітропідігрівником до теоретично необхідного;

- частка рециркулюючого повітря у повітропідігрівнику;

, - відповідно ентальпії теоретично необхідного для спалювання палива повітряна виході з повітропідігрівника і на вході в нього, кДж/кг;

- присмок повітря у повітропідігрівники.

Питання для самоперевірки

1. Описати конструктивні та компоновочні рішення при влаштуванні економайзерів.

2. Описати конструктивні особливості рекуперативних повітропідігрівників.

3. Описати конструктивні особливості регенеративних повітропідігрівників.

4. Дати порівняльну характеристику рекуперативних і регенеративних повітропідігрівників.