Теплонспользующие установки промышленных предприятий

Регенераторы с подвижной насадкой

Регенераторы с подвижной насадкой можно раз­делить на две группы: вращающиеся воздухоподогреватели; по­догреватели с подвижной зернистой насадкой.

Регенеративные вращающиеся воздухоподогреватели (РВП) широко применяются в отечественной и зарубежной энергетике. Они устанавливаются на котлах большой мощности. Впервые вращающийся воздухоподогреватель построен в Швеции братья­ми Юнгстрем в 1923 г. Разрабатываются такого типа воздухопо­догреватели и для транспортных гавотурбинных установок. Ос­новной элемент аппаратов типа регенератора системы Юнгстрема (рис. 7.8)— барабан-ротор, заполненный профильными метал­лическими листами толщиной 0,5—1,5 мм и установленный в неподвижном кожухе. Между листами образуются проходы, по которым параллельно оси ротора могут проходить горячие газы или воздух. Ротор разделен на сектора сплошными радиальны­ми перегородками, с помощью которых поток газа отделяется от потока воздуха. Вращающаяся насадка аппарата пересекает поочередно каналы с горячими газами, где она нагревается, а затем передает тепло воздуху, который движется противото­ком по отношению к греющим газам.

Для некоторых топлив температура насадки со стороны вхо­да воздуха может быть ниже точки росы дымовых газов, а это

/ — верхняя несущая балка: * — обдувочно«1 устроЛстпо: Л — корпус; */ — рогор: ■> — лодъ» •гмноо устройство; *> — кнжняя па рппляющяя опора; 7 — промывочное устроПа по. Ь — алектрпдгигптель; — чн.'ШидричгскнА редуктор способствует интенсивной коррозии этой части поверхности («холодная» часть). Для увеличения срока службы «холодная* часть насадки иабпрается из более толстых листов (1,0—1.5 мм), чем «горячая» часть, толщина листов которой 0,5—0,8 мм. Необ­ходимо иметь в виду, что разность температур между верхней іі ннжігеі'і частями ротора может достигать 300 °С. Поверхность нагрева одного кубического метра насадки 200—250 м2, диа­метр ротора может достигать 7 м. Частота вращения ротора

Невелика—1,5—10 об/мин. Мощность электродвигателей не превышает 10 кВт.

Масса больших аппаратов превышает 150 т, достигая 500 т, что значительно затрудняет изготовление опор. Вращающиеся воздухоподогреватели выпускаются двух типов: с вертикальным и горизонтальным расположением ротора.

Конструкция РВП с ротором барабанной формы для про­мышленных газотурбинных установок представлена на рлс. 7.9. Основную трудность в разработке таких РВП составляют конструкции уплотнений, которые работают в условиях большо­го перепада давления (0,2—1,2 МПа) и высоких температур (до 600 СС).

К перспективным РВП можно отнести воздухонагреватели с шариковыми насадками [60]. В специальные кассеты заклю­чаются керамические, алюминиевые, чугунные пли стальные шарики диаметром 3—8 мм. Благодаря равномерному располо­жению шариков по объему цасадки и перекатыванию прп вра- щенин ротора обеспечивается их самоочистка, а для прохода газов образуются стабильные каналы. В каждый сектор ротора вставляются по две кассеты зигзагообразного профиля. В стен­ке обоймы выполнены сверления, которые составляют 50 % всей поверхности кассеты, причем диаметр отверстий выбирается равным 60—70% диаметра шарика. Ось ротора располагается горизонтально для обеспечения перекатывания шариков. Габа­ритные размеры воздухонагревателей с шариковой насадкой при одинаковых условиях работы меньше в пять раз, а масса — в три раза по сравнению с аппаратами системы Юнгстрсма. Кроме того, чугунные шарики в три раза дешевле, чем гофри­рованные пластины [60].

Л. А. Щукиным разработан ряд воздухонагревателей для высокотемпературного подогрева с прутковой стержневой насад­кой. Стержневая и шариковая насадки обладают большим аэродинамическим сопротивлением из-за малого живого сечения для прохода теплоносителей. Для таких насадок отношение живого сечения ко всему сечению (без насадки) значительно меньше, чем для листовых, и поэтому одинаковый уровень гид­равлического сопротивления обеспечивается при малых скоро­стях теплоносителей.

На работающих воздухоподогревателях наблюдаются высо­кий переток воздуха из воздушной зоны в газовую и загрязненне воздуха продуктами сгорания. Эти перетоки вызываются тем, что при вращении насадки часть воздуха увлекается в газовую зону, а газы — в воздушную. Например, потери воздуха, пере­носимого таким образом, составляют около 2 %• Между возду­хом и газом наблюдается значительная разность давлений, что вызывает дополнительный переток воздуха (примерно 10 %). Таким образом, общий переток воздуха на газовую сторону достигает 12—14 % даже при качественном изготовлении и мон­таже РВП. Повышенные присосы воздуха приводят к перегрузке тягодутьевых устройств и ухудшают тепловые показатели РВП.

Для разделения газовой и воздушной частей РВП на роторе и кожухе устанавливаются специальные радиальные и перифе­рийные уплотнения. Надежность работы РВП определяется хорошей конструкцией уплотнительного устройства.

Широкое распространение РВП [53] обусловлено рядом их преимуществ по сравнению с трубчатыми воздухонагревателя­ми: 1) более компактная поверхность теплообмена — меньше затраты металла; 2) меньшая высота; 3) стоимость единицы поверхности, как правило, намного ниже; 4) возможность ис­пользования неметаллических материалов без ухудшения тепло­обмена; 5) простота организации промывки и обдувки поверх­ности нагрева воздухонагревателя (поверхность теплообмена самоочищается).

К недостаткам РВП можно отнести сложность конструкции и загрязнение воздуха газами, протекающими через раздели­
тельные перегородки, наличие системы водяного охлаждения вала ротора, подшипников и т. д., ограничение температуры нагрева воздуха до 400°С.

Регенераторы с подвижной зернистой насадкой используются в нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. В качестве движущейся насадки (промежу­точного теплоносителя) применяют твердые частицы и шарики диаметром 5—12 мм из кварца, каолина, муллита, окиси алю­миния и т. п. Зернистые материалы обладают очень большой удельной поверхностью — до 500—10 000 м2/м3 в зависимости от размеров частиц. Благодаря этому в сравнительно небольших аппаратах размещаются значительные теплообменные поверх­ности.

Рассмотрим одну из характерных схем конструкций аппара­та. На рис. 7.10 показан воздухоподогреватель, рассчитанный на подогрев воздуха до 1000 °С и выше. Он состоит из двух камер, расположенных одна над другой и загруженных зерни­стым материалом (обычно в форме шаров или дроби диаметром 5—7 мм). Слой промежуточного теплоносителя продувается в верхней камере горячими газами, а в иижней — воздухом. Нагретая дробь из верхней камеры через специальное устрой­ство поступает в нижнюю камеру, а оттуда уже охлажденная подается в верхнюю камеру специальным подъемником. Движе­ние газа и материала противоточное.

Связь между поверхностью нагрева сыпучей насадки и ее объемом V,, представим формулой

Где п — количество шариков, п = Мн ~^pd3— эквивалентный

Диаметр частицы, м (для шариков d, = d, для других частиц ds = 0,75d), М„ — масса насадки; р — плотность частиц, кг/м3; е — порозность насыпного слоя, т. е. относительный свободный объем, заполненный газами, для идеальных шариков е = 0,5.

Определим массу насадки (g„ кг), находящейся в аппарате, считая, что для передачи необходимого количества тепла за время нагрева или охлаждения частиц (т с) требуется поверхность F (m2)j

БОО/^р

М

Регенеративные воздухонагреватели с подвижной зернистой насадкой характеризуются интенсивным теплообменом, высоки­ми температурами нагрева воздуха (до 800 °С и более).