Конструктивные особенности рекуперативных воздухоподогревателей.

Конструкция основных элементов рекуперативного трубчатого воздушного подогревателя представлена на рис. 9.1.

Рис. 9.1. Конструкция стального однопоточного и трёхходового по воздуху трубчатого воздухоподогревателя.

а – вертикальный продольный разрез куба ВП; б – узел верхней трубной доски; в - компенсаторы для вертикального и горизонтального удлинения кубов; г – то же между соседними кубами;

д – защита входных концов труб от золового износа: 1 – опорный ростверк из стальных балок;

2 – трёхлинзовый компенсатор для продольных удлинений; 3 – воздухоперепускные короба;

4 – лаз; 5 – трубы поверхности нагрева; 6 – трубные доски; 7 – компенсатор для горизонтальных удлинений; 8 – компенсатор между кубами; 9 – дробь; 10 – втулка пружинящая.

 

Обычно греющие воздух стальные трубы устанавливают вертикально, как показано на рис. 9.1.а, и только в некоторых специальных случаях, как, например, у стеклянного воздухоподогревателя (см. рис. 9.2.) – горизонтально.

Рис. 9.2. Конструкция основных элементов стеклянного воздухоподогревателя:

1 – стеклянные трубы; 2 – стальные трубы; 3 – стальная трубная доска; 4 – прижимная плита; 5 – болтовое соединение прижимной плиты с трубной доской; 6 – уплотнительный элемент из жаростойкой резины.

Внутри трубок сверху вниз проходят дымовые газы, а поперёк пучка - нагреваемый воздух. Здесь показан одноканальный воздушный поток, что обычно осуществляется на не больших агрегатах (до 30 – 50 кг/с). Расположение труб в пучке шахматное, с шагом в продольном направлении S₁ = 80 -/- 95 для труб Д = 51 х 1,5 мм и в поперечном S₂ = 50 -/- 60 мм;

Д = 40 х 1,5 соответственно S₁ = 52 -/- 70 мм и S₂ = 40 – 50 мм.

Основными деталями воздухоподогревателя являются трубы 5 и трубные доски 6, на

рис. 9.1,а показаны четыре трубные доски; нижняя – несущая наиболее толстая (~20 мм), две промежуточные для создания газовых перегородок (свободно пропущены сквозь них трубы), верхняя скрепляет трубы и перемещается вверх при прогреве системы. Для этого вверху установлены линзовые компенсаторы 7. Так как доски удлиняются и в горизонтальном направлении, то устанавливают соответствующие компенсаторы 7 и 8 по периферии воздухоподогревателя и между соседними трубами. Трубы крепятся к доскам с помощью механической развальцовки или приварки.

На рис. 9.1.д представлена одна из применяемых конструкций для защиты входных концов труб от эрозии летучей золой. Удар золовых частиц объясняется сепарацией золы в некоторой точке трубы при расширении струи после входа. Особые пружинящие втулки 10 защищают трубу, а выступ втулки над доской образуют слой дроби, защищающий трубную доску от эрозии и наклёпа.

Иногда для увеличения рабочего ресурса труб при сжигании сернистых мазутов устанавливают эмалированные или стеклянные трубки взамен стальных. На рис. 9.2. представлены основные элементы такого стеклянного пакета воздухоподогревателя для энергоблока 300 МВт. Число установленных труб – 11000 шт., трубы Д = 45 х 4 мм, длина 2650 мм, горизонтальное коридорное расположение пучка с шагами S₁ = 100 мм, S₂ = 67 мм.

Стеклянные трубы 1 в трубных досках 3 закреплены квадратными (на 12 труб) прижимными досками 4 с уплотнением стыка манжетами 6 из жаростойкой резины. Для предохранения от боя стеклянных труб при транспортировке и монтаже первый ряд труб воздухоподогревателя (по ходу дымовых газов) выполнен из обычных стальных труб. Пакет из стеклянных труб устанавливается в зоне t_р дымовых газов, т. е. в последнем пакете по ходу газов, что даёт возможность значительного снижения t_ух.

На рис. 9.3. даны принципиальные конструктивные схемы рекуперативных воздухоподогревателей в зависимости от степени подогрева воздуха и единичной мощности котла.

Рис. 9.3. Конструктивные схемы рекуперативных трубчатых воздухоподогревателей в зависимости от t_г.в. и мощности агрегата:

1, 2 – холодный и горячий пакеты ВП; 3, 4 – первый и второй пакеты экономайзера по ходу питательной воды.

На рис. 9.3,а показана последовательная схема воздухоподогревателя и экономайзера при однопоточной подаче воздуха в четыре поперечных хода для котлов небольших единичных мощностей и умеренном подогреве воздуха до 250 – 270^оС.

На рис. 9.3,б представлена двухступенчатая схема воздухоподогревателя и экономайзера в рассечку, что обеспечивает подогрев воздуха выше 250 – 300^оС. Наконец, на рис. 9.3,в дана двухпоточная по воздуху схема, но для мощного котла. Двух-, четырех- и даже шестипоточный подвод воздуха сокращает высоту воздушного хода, но увеличивает число ходов при меньшем числе рядов трубок по глубине хода, что снижает сопротивление по воздуху и повышает температурный напор воздухоподогревателя.

Обращает внимание на всех схемах раздельное расположение входного «холодного» пакета воздухоподогревателя, что объясняется стремлением облегчить замену прокорродированных холодных поверхностей воздухоподогревателя.

Совместить низкую температуру уходящих газов, например 110 – 130^оС, с высоким подогревом воздуха выше примерно 270^оС с одноступенчатым воздухоподогревателем практически невозможно. В этом случае приходится прибегать к двухступенчатому расположению. При этом достигается достаточный температурный напор на горячем конце воздухоподогревателя, что позволяет сохранить на сравнительно низком уровне температуру уходящих газов и минимальный расход металла даже при высоких температурах подогрева воздуха.

Рис. 9.4. Температурные напоры при двухступенчатой компоновке воздухоподогревателя и экономайзера.

1 и 2 – первая и вторая (по ходу воды) ступени экономайзера; 3 и 4 – первая и вторая (по ходу воздуха) ступени воздухоподогревателя.

На рис. 9.4. показаны температурные напоры ∆t в хвостовых поверхностях нагрева при двухступенчатой компоновке воздухоподогревателей и экономайзера. Выгода двухступенчатой компоновки заключается в росте ∆t на горячем конце воздухоподогревателя в итоге переноса его второй ступени в зону более высоких температур продуктов сгорания, что даёт возможность сохранить на низком уровне температуру уходящих газов, при одновременном достаточно высоком подогреве воздуха.

Для уменьшения низкотемпературной коррозии воздухоподогревателей (при конденсации паров серной кислоты) организуется рециркуляция части горячего воздуха в холодный пакет или предварительный подогрев воздуха в калориферах отборным паром турбины рис.9.5.

Рис. 9.5. Схемы устройств повышения температуры холодного воздуха в воздухоподогревателе:

1 – дутьевой вентилятор; 2 – шибер, регулирующий рециркуляцию; 3 – калорифер; 4 - экономайзер низкого давления; 5 – циркуляционный насос; 6 – экономайзер; 7 – воздух; 8 - воздухоподогреватель; 9 – каскадная часть; 10 – основная часть; 11 – смеситель; 12 – линия байпаса.

В последние годы находит распространение каскадный трубчатый воздухоподогреватель,

(рис.9.5.г), в котором температура металла t_м поддерживается выше t_р при всех режимах эксплуатации без применения громоздких устройств.

Выходную холодную часть воздухоподогревателя, как правило, выполняют самостоятельным кубами, удобными для замены при ремонте. В трубчатых воздухоподогревателях такие кубы имеют самостоятельное крепление на каркасе.

В качестве общих выводов можно отметить, что трубчатые воздухоподогреватели просты в изготовлении, отличаются высокой газовой плотностью, требуют сравнительно небольших расходов металла, в силу чего используются на котлах производительностью до 130 кг/с.