КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Воздухоподогреватели

Во 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 сгорвния, 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. 2.13). Эти воздухоподогреватели выполняют 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.

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 перегород - 2.4. КОНВЕКТИВНЫЙ ПОВЕРХНОСТИ ЭКОНОМАЙЗЕРА 77

Ками — 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 (рис. 2.13,6). 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.

В котлах средней мощности воздух в воздухоподогреватель подают по его широкой стороне (см. рис. 2.13, а) Такая схема называется однопо - точной. В паровых котлах большой мощности этого сечения недостаточ­но, и при однопоточной схеме высота воздушного хода достигает боль­ших размеров. При этом уменьшается число ходов, что приводит к сни­жению расчетного температурного напора. Двухпоточная по воздуху схема (рис. 2.14,а) позволяет уменьшить высоту хода, увеличить число ходов и со-

Оіветственно повысить температурный напор. При очень большой мощно­сти котла переходят к многопоточной схеме движения воздуха (рис. 2.14, б).

Из-за весьма невысокого значения коэффициента теплопередачи в ТВП (15 -20 Вт/м2К) и низкого температурного напора между газами и нагревае­мым воздухом (50-80°С) обычно этот элемент имеет большую теплообмен - ную поверхность и габариты, особенно при большой тепловой мощности котла.

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 At = 30°С и составляет 250-320°С (значения 300~320°С относятся к газоплотным котлам и топливам, имеющим А£вх = вух — t'm > 100°С).

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. 2.14, в). Этим достигается значительное увеличение начального пере­пада температур газ-воздух, что обеспечивает дальнейший нагрев воздуха и способствует снижению габаритов второй ступени.

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- Ю0°С, 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.

В последнем случае ограничиваются частичными мерами снижения скорости коррозии (обеспечением так называемой допустимой скорости коррозии), а первый ход воздуха отделяют от других, чтобы в случае кор­розии нижнего трубного пакета иметь минимальную замену металла ТВП.

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. 2.15, а). В отличие от ТВП регенеративный воздухоподогреватель располагают вне пределов кон­вективной шахты и соединяют его с котлом газо - и воздухопровода­ми (рис. 2.15, в).

Поверхностью теплообмена служит плотная набивка из тонких гофри­рованных и плоских стальных листов, образующих каналы малого эквива­лентного диаметра (d3 = 8-1-9 мм) для прохода продуктов сгорания и воздуха (рис. 2.15,6). 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. Диаметр ротора РВП в зависимости от типоразмера составляет от 5,4 до 9,8 м, а высота его — от 1,4 до 2,4 м. В итоге организуется непрерывный нагрев за счет теплоты, ак­кумулированной набивкой в газовом потоке. Взаимное движение потоков — противоточное.

Применение волнистых (гофрированных) листов обеспечивает интен­сификацию конвективного теплообмена и тем самым более быстрый на­грев набивки. Поверхность нагрева 1 м3 набивки составляет 300-340 м2, в то время как в ТВП этот показатель составляет около 50 м2/м3 объ­ема. При значительном перепаде давлений между - воздушным и газовым потоками и невозможности полной их герметизации в условиях враща­ющегося ротора имеют место перетоки воздуха по радиусу ротора на границе раздела воздушной и газовой сторон, а также по периферии ротора.

Суммарные нормированные перетоки воздуха в РВП составляют до 20% при номинальной нагрузке и заметно возрастают при снижении ее. Перетоки воздуха приводят к перегрузке дымососов и дутьевых вентилято­ров (на входе в РВП расход воздуха больше, чем необходимый для котла), снижается тепловая эффективность работы РВП и несколько увеличивается температура газов на выходе из него.

Защита от перетоков достигает­ся уплотнениями. Уплотнения раз­личают: периферийное кольцевое на внешней поверхности ротора, вну­треннее кольцевое вокруг вала РВП и радиальное, разделяющее воздуш­ный и газовый потоки. Для умень­шения отрицательного эффекта при - сосов и утечки воздуха на круп­ных РВП применяют отсос воздуха из общего корпуса РВП. При этом в корпусе устанавливается понижен­ное давление и доля присоса воз­духа в продукты сгорания может быть сведена к минимуму. Для ис­ключения перегрузки дутьевого вен­тилятора отсос из корпуса направ­ляют в короб воздуха после РВП (рис. 2.16).

• Регенеративные воздухоподо­греватели подучили широкое приме­нение на крупных энергоблоках. 'Зти воздухоподогреватели конструктивно сложнее, но они компактны, требуют меньшего расхода металла, имеют невысокое аэродинамическое сопротивление, коррозия набивки поверхно­сти нагрева не приводит к увеличению присосов воздуха. Предварительный подогрев воздуха до 70-100°С перед его поступлением в воздухоподогре­ватель котла (трубчатый или регенеративный) обеспечивают в паровом ка­лорифере, который выполняется в виде трубчатого теплообменника. Вну­три вертикальных труб движется слабоперегретый пар с температурой око­ло 120°С. Пар конденсируется на стенках труб и отдает теплоту конденса­ции потоку холодного воздуха, омывающему трубы снаружи перекрестным током.

Для усиления теплообмена с воздухом трубы с воздушной стороны имеют оребрение (кольцевое или прутковое). По принципу работы паровой калорифер близок к трубчатому воздухоподогревателю, в котором газовая теплоотдающая среда заменена конденсирующимся паром.