Вращающийся регенеративный воздухоподогреватель РВП

Назначение и классификация воздухоподогревателей

При применении горячего дутьевого воздуха в котлах улучшаются топочные процессы и повышается коэффициент полезного действия котла из-за снижения потерь теплоты с уходящими газами. Повышение температуры дутьевого воздуха позволяет увеличить количество теплоты, переданной лучеиспусканием, повысить температурные напоры в конвективных поверхностях нагрева.

По принципу передачи теплоты воздухоподогреватели делятся на рекуперативные и регенеративные.

В рекуперативных воздухоподогревателях теплота от дымовых газов к воздуху передается непрерывно через стенку. В регенеративных воздухоподогревателях газы сначала нагревают металлическую насадку, а затем теплота, аккумулированная в ней, передается воздуху. Каждый элемент регенеративного воздухоподогревателя попеременно омывается то газами, то воздухом.

Регенеративные воздухоподогреватели (РВП) имеют ряд преимуществ перед рекуперативными, они меньше по габаритам и массе, имеют меньшее сопротивление для прохода газов и воздуха, меньше подвержены газовой коррозии.

К недостаткам РВП относится увеличенный переток воздуха в газовый тракт внутри аппарата, который достигает 20-25 % (у трубчатых 5%), что приводит к увеличению расхода электроэнергии на тягу и дутье. Последнее обстоятельство обуславливает применять на котлах большой производительности и трубчатые воздухоподогреватели; сложность уплотнения вращающегося ротора (разность давлений по воздуху и газам, 5-8 кПа), громоздкость и сложность подшипников, масса ротора превышает 100 т), несеметричная тепловая деформация ротора в горячей зоне РВП.

Регенеративные воздухоподогреватели

Регенеративные вращающиеся воздухоподогреватели нашли широкое применение на котлах большой паропроизводительности, они менее металлоемки по сравнению с трубчатыми воздухоподогревателями и имеют меньшее сопротивление по газовому и воздушному тракту. Их применение дает возможность сократить габариты конвективной шахты котла, что является существенным при изготовлении котлов большой паропроизводительности. Подогрев воздуха до 340-350 °С достигается в одноступенчатых регенеративных воздухоподогревателях, что позволяет уменьшить высоту конвективной шахты.

Регенеративные воздухоподогреватели широко применяются на котлах средней и большой паропроизводительности, работающих на жидком, газообразном и твердом топливе. Регенеративные воздухоподогреватели предназначены для подогрева до температуры 340-350 °С воздуха, поступающего в топку котла для сжигания топлива. Регенеративные воздухоподогреватели устанавливаются, как правило, за пределами котельного помещения, количество которых определяется производительностью котла и типом аппарата.

Регенеративный воздухоподогреватель (рис. 1) представляет собой теплообменник непрерывного действия. Основным его элементом является ротор с вертикальной осью вращения, разделенный сплошными перегородками на 24 сектора, заполненных теплоаккумулирующей набивкой, отличающийся тем, что патрубки отвода греющей среды и патрубки подвода нагреваемой среды расположены на цилиндрической поверхности корпуса в области зазора ротора, и воздухоподогреватель снабжен двумя вертикальными кольцевыми перегородками, разделяющими обе части ротора на периферийную холодную и центральную горячую зоны, причем один конец каждой вертикальной кольцевой перегородки выведен в зазор ротора и соединен с горизонтальной перегородкой, выполненной в форме кругового кольца, с образованием в зазоре ротора двух подводящих каналов и одного отводящего канала со стороны нагреваемой среды и одного подводящего канала и двух отводящих каналов со стороны греющей среды, крышки корпуса изогнуты с образованием над верхней частью ротора и под нижней частью ротора кольцевого зазора, боковая цилиндрическая стенка каждой части ротора заведена в соответствующий ей верхний или нижний кольцевой зазор и изогнута с образованием над теплоаккумулирующей набивкой верхней части ротора и под теплоаккумулирующей набивкой нижней части ротора кольцевой камеры, радиальные перегородки, установленные в обоих частях ротора, заведены в соответствующую им верхнюю кольцевую камеру с образованием в ней перепускных каналов.

В зоне повышенной коррозии, входной по воздуху и выходной по газам (обычно в нижней части аппарата «холодный слой»), из листа толщиной 1,2 мм устанавливаются пластины. В верхней части аппарата («горячий слой») устанавливаются из листа толщиной 0,6-0,65 мм пластины, собранные в отдельные пакеты. Ротор установлен в неподвижном кожухе и вращается с частотой 2 об/мин от периферийного привода с цепочным зацеплением.

Рис. 1. Схема регенеративного воздухоподогревателя:
1 - вал ротора; 2 - верхний подшипник; 3 - электродвигатель; 4 - набивка; 5 - наружный кожух; 6 - радиальное уплотнение ротора; 7 - наружное уплотнение ротора; 8 - нижний подшипник профилированными пластинками, изготовленными из листовой мягкой стали.

Для разделения газовой и воздушной зон и предотвращения перетоков воздуха в газовый отсек, регенеративный воздухоподогреватель снабжен системой уплотнений, которые крепятся на внутренних сторонах разделительных секторов, расположенных на верхней и нижней крышках.

Радиальные уплотнения состоят из секторных плит, устанавливаемых в направляющих уголках. Переток воздуха определяется зазором между секторными плитами и полосами радиальных уплотнений, установленных на перегородках ротора. Регулировка зазоров производится шпильками пружинных подвесок плит. Каждая плита состоит из двух шарнирно соединенных частей, что позволяет более равномерно выдерживать зазор по всей ее длине при тепловых деформациях ротора.

Периферийные уплотнения служат для предотвращения присосов окружающего воздуха и состоят из подвижных колодок и направляющих планок. Колодки уплотнений примыкают к периферийной части фланца ротора. Образуя единый уплотняющий пояс по окружности. Переток воздуха определяется зазором между торцами колодок и фланцем ротора. В верхней крышке ротора зазор регулируется за счет собственного веса графитовых колодок. В нижней крышке ротора зазор регулируется шпильками пружинных подвесок.

Центральные уплотнения служат для предотвращения перетоков воздуха в центральной части воздухоподогревателя, конструкция их аналогична конструкции периферийных уплотнений. Уплотнение вала на выходе из корпуса - сальниковое. В качестве набивки применяются волнистые листы с толщиной 0,5 - 1,25 мм. Более толстые листы обычно используются только для наиболее холодной части подогревателя, где имеет место большая опасность газовой коррозии. Конфигурация листов должна обеспечить их дистанционирование и хороший коэффициент теплопередачи.

В регенеративных воздухоподогревателях хорошо решается вопрос обдувки. Для этой цели в нижней части подогревателя устанавливается сопло, перемещающееся в радиальном (по отношению к ротору) направлении. Так как сам ротор вращается, то имеет место попеременная обдувка всех элементов подогревателя струей большой мощности. Расход воздуха или пара на обдувку невелик, поскольку обдувка всей поверхности проводится одним соплом. Под действием струи воздуха из обдувочного аппарата происходит вибрация набивки, которая способствует отслаиванию загрязнений и улучшает эффективность обдувки.

Регенеративные воздухоподогреватели обладают рядом преимуществ: малыми габаритами и весом, меньшей опасностью газовой коррозии. Последнее объясняется тем, что температура набивки в регенеративных подогревателях мало отличается от полусуммы температур газа и воздуха даже при загрязнении летучей золой теплопередающих листов. Главное же то, что в этих подогревателях допускается большой износ листов, так как возникающие сквозные отверстия в набивке не являются очагом перетока воздуха. Поэтому набивку меняют лишь при износе, равном 20 % ее веса. Недостатком регенеративных воздухоподогревателей является то, что по сравнению с трубчатыми в них осуществляется несколько больший присос воздуха в дымовые газы.

Из всего многообразия конструкций воздухоподогревателей при конструировании надо выбрать наилучшую, т.е. наиболее надежную и экономически целесообразную. Для сравнения различных конструкций воздухоподогревателей используют габаритные, весовые и стоимостные характеристики. Наиболее высокие технико-экономические показатели имеют регенеративные воздухоподогреватели, за ними следуют трубчатые, причем с уменьшением диаметра труб уменьшаются габаритные, весовые и стоимостные показатели. Поверхность нагрева РВП состоит из системы шероховатых каналов, в которых шероховатость создается высотой волн дистанционирующих и волнистых листов. Следовательно, интенсификация конвективного теплообмена в РВП осуществляется эффективнее, чем в трубчатых воздухоподогревателях. В отличие от последних, создание набивки РВП с волнистыми каналами сложной формы технологически проще и выполняется прокаткой или штамповкой больших листов.

Качество укладки набивки в роторе оказывает существенное влияние на коэффициент использования поверхности нагрева. При плохом заполнении ротора возможно шунтирование части продуктов сгорания и воздуха мимо теплообменной поверхности.

Поверхность нагрева 1 м3 набивки составляет 300 - 340 м2. Длительность пребывания набивки в газовом и воздушном потоках ограничена (менее 30 с). От набивки требуется быстрый нагрев в газовом потоке и столь же быстрое охлаждение в воздушном потоке. При толщине набивочного материала всего лишь 0,6-1,2 мм переносится достаточно много теплоты. Тонкие листы набивки удобны еще и тем, что в процессе обдувки воздухом они вибрируют и легче освобождаются от загрязнений. Эффективны также шариковые набивки из металла, керамики и стекла.

Недостатки набивки из гофрированных металлических листов: тонкие листы быстро изнашиваются, коэффициенты теплопередачи при продольном обтекании поверхности нагрева сравнительно невелики.

Одним из главных недостатков однопоточных вращающихся РВП является низкая интенсивность теплопередачи, что, в конечном итоге, приводит к высокой металлоемкости. При этом интенсивность теплопередачи в холодной области РВП в два раза ниже, чем в его горячей части. Это объясняется тем, что в холодной части объемный расход теплоносителей практически вдвое меньше, чем в горячей зоне, из-за низких температур. В холодной области РВП, где выходят охлажденные продукты сгорания и поступает холодный воздух, например, при работе котлоагрегата на газе, температуру уходящих газов поддерживают равной 120-130 °С, а температуру воздуха - 20-30 °С.

Малые объемные расходы теплоносителей в холодной части однопоточного вращающегося РВП обусловливают низкие скорости потоков, что наряду со снижением теплопередачи дополнительно приводит к более интенсивному отложению загрязнений, так как обдуваемость поверхности набивки в этой области РВП снижена. Таким образом, при стандартной компоновке теплообменных поверхностей однопоточного РВП они в процессе эксплуатации котла как на жидком, так и на газообразном топливе интенсивно загрязняются, что снижает эффективность воздухоподогревателя.

Вращающиеся регенеративные воздухоподогреватели в форме усеченного конуса

Вращающиеся регенеративные воздухоподогреватели (РВП) являются одним из основных видов воздухоподогревателей, используемых в отечественной и зарубежной энергетике. Но, несмотря на их широкое применение, их реконструкция и модернизация всё ещё является актуальной задачей, так как существующие модели вращающихся РВП энергетических котлов имеют низкие показатели эффективности. Это один из главных недостатков вращающихся РВП, так как из-за низких коэффициентов теплоотдачи, как по воздушной, так и по газовой стороне для обеспечения передачи необходимого количества теплоты требуется большая площадь теплообмена. Поэтому регенеративные воздухоподогреватели имеют большие габариты и, соответственно, массу. Интенсификация процессов теплообмена позволяет уменьшить площадь, необходимую для передачи теплоты, сделать установку компактнее и легче. Данные мероприятия выполняются путем совершенствования характеристик набивки – поверхности теплообмена, или путем применения новых конструкций регенеративных воздухоподогревателей, например, форме прямого усеченного конуса, двухпоточного, двухходового двухпоточного.

При совершенствовании конструкций вращающихся РВП требуется исследование процессов теплообмена, в набивках существующих конструкций воздухоподогревателей, чтобы использовать полученные данные для сравнения с характеристиками новых конструкций РВП.

Рис.2. Схема однопоточного РВП с набивкой в форме усеченного конуса

Во вращающихся РВП цилиндрической формы поток газов, охлаждаясь, уменьшает свой удельный объем. Вместе с этим уменьшается скорость движения потока газов в каналах теплообменной набивки. А это, в свою очередь, приводит к уменьшению числа Re и коэффициентов теплоотдачи. Поэтому в холодной части регенеративного воздухоподогревателя процесс теплообмена характеризуется низкими коэффициентами теплоотдачи. Применение новой конструкции вращающегося РВП может улучшить теплообмен, как в холодной, так и в горячей частях набивки. Конструкция предлагается в форме прямого усеченного конуса. Уменьшение диаметра регенеративного воздухоподогревателя на выходе потока газов и на входе потока воздуха, приводит к повышению скорости обоих потоков, что обосновывает увеличение коэффициентов теплоотдачи и уменьшение площади теплообменной поверхности. В результате сокращается металлоёмкость РВП и его стоимость.

Компания ООО «Альянс-ТеплоЭффект» имеет возможность предложить Вам проектирование, производство, реконструкцию, а также замену пакетов холодного и горячего слоев вращающихся регенеративных воздухоподогревателей РВП