КОТЕЛЬНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 1995 года по МПК F22B31/00 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях, содержащих котельные агрегаты с регенеративными вращающимися воздухоподогревателями и дымососы рециркуляции газов.

Известен котельный агрегат, содержащий сообщенный с напорным воздуховодом регенеративный воздухоподогреватель с аксиальными и радиальными уплотнениями, последние из которых подключены к всасывающему тракту рециркуляции дымовых газов, напорный участок которого через горячий отсек дополнительного воздухоподогревателя подключен к зоне аксиальных уплотнений воздушного отсека регенеративного воздухоподогревателя, а его холодный отсек на входе подключен к напорному воздуховоду и на выходе снабжен патрубком с диффузором, заведенным во входной участок воздушного отсека регенеративного воздухоподогревателя [1]
Наддувом охлажденными дымовыми газами воздушного отсека регенеративного воздухоподогревателя обеспечивается устранение утечки воздуха из него через уплотнения по окружности ротора.

Но и этот более современный котельный агрегат имеет недостатки, снижающие его экономичность:
При наддуве воздушного отсека регенеративного воздухоподогревателя часть газов через уплотнения по окружности его ротора поступает в него в виде добавки к воздуху, поступающему по напорному воздуховоду 1 от дутьевого вентилятора, т. е. происходит за счет этого увеличения объема смесь воздуха с газами, проходящей через теплообменную поверхность, расположенную в роторе. Это вызывает увеличение скорости смеси с увеличением аэродинамического сопротивления с дополнительными затратами электроэнергии на привод дутьевого вентилятора, что требует увеличения проходного сечения в поверхности теплообмена. (В условиях действующих котлов замену регенеративных воздухоподогревателей технически выполнить очень сложно).

Повышенные скорости ухудшают также теплообмен между газами и воздухом, что увеличивает теплопотери с уходящими газами.

Подвод подогретого в дополнительном воздухоподогревателе воздуха перед подачей его через диффузор в входной участок регенеративного воздухоподогревателя уменьшает в нем теплосъем от выходящих из котла дымовых газов. Это ухудшает КПД котельного агрегата тоже из-за роста теплопотерь с уходящими после регенеративного воздухоподогревателя дымовыми газами.

Целью изобретения является устранение указанных выше недостатков.

На фиг. 1 показан котельный агрегат, на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 показан вариант применения вместо трубчатого воздухоподогревателя малогабаритного регенеративного воздухоподогревателя (обозначения по его присоединению аналогичны фиг.1).

Котельный агрегат содержит котел 1, газоход 2 отработанных горячих дымовых газов, газоход 3 охлажденных в регенеративном воздухоподогревателе 4 газов, содержащий вращающийся ротор 5 с теплообменной поверхностью, периферийные (по окружности ротора) уплотнения 6, аксиальные уплотнения 7, радиальные уплотнения 8 с отверстиями 9, отсосный трубопровод 10, сообщенный с отверстиями 9 трубопроводом 11, который подсоединен трубопроводом 12 к всасывающему участку дымососа 13 рециркуляции газов, на напорном участке которого имеется клапан 14.

Котельный агрегат содержит также воздушный тракт с дутьевым вентилятором 15, напорным воздуховодом 16 холодного воздуха и соответственно 17 горячего воздуха, проходящий через воздушный отсек 18 регенеративного воздухоподогревателя 4 к горелкам 19 котла.

Котельный агрегат имеет дополнительный трубчатый воздухоподогреватель 20, который по газам на входе подключен трубопроводом 21 к напорному патрубку дымососа 13 рециркуляции газов, а на выходе трубопроводом 22 охлажденных газов к воздушному отсеку 18 регенеративного воздухоподогревателя 4. Дополнительный воздухоподогреватель 20 по воздуху на входе подсоединен трубопроводом 23 холодного воздуха к напорному воздуховоду 16, на выходе трубопроводом 24 горячего воздуха к напорному воздуховоду 17.

Предлагаемый котельный агрегат работает следующим образом.

Дымовые газы, образующиеся от сжигания топлива в горелке 19 поступают из котла 1 по газоходу 2 к регенеративному воздухоподогревателю 4, в котором отдают тепло при теплообмене воздуху, продуваемому через теплообменную поверхность вращающегося ротора 5 дутьевым вентилятором 15 по воздуховодам холодного 16 и горячего 17 воздуха, используемого для сжигания топлива. При теплообмене в регенеративном воздухоподогревателе воздух нагревается.

Охлажденные до температуры примерно 120-170^оС газы далее по газоходу 3 охлажденных газов выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу.

Для снижения теплонапряжений металла поверхностей нагрева котла в зоне сгорания топлива, образования токсичных соединений оксидов азота, а также для регулирования температуры перегретого пара дымососом 13 рециркуляции газов отбирается часть газов с температурой 350-400^оС из участка газохода 2 между котлом 1 и регенеративным воздухоподогревателем 4 и подается через регулирующий клапан 14 в воздуховод 17 горячего воздуха, в котором смешивается с воздухом. Воздух в смеси с газами рециркуляции поступает к горелкам 19 для сжигания топлива. Из зон радиальных уплотнений 8 по отсосным трубопроводам 10, 11, 12 через отверстия 9 в радиальных уплотнениях отсасывается дымососом 13 рециркуляции газов перетечный через радиальные уплотнения воздух.

Из напорного участка дымососа 13 рециркуляции газов часть газов (10%-равная примерно перетокам воздуха через уплотнения по окружности ротора) подается через трубный пучок дополнительного воздухоподогревателя 20 и трубопроводу 22 в кольцевое пространство воздушного отсека 18, ограниченное ротором 5, корпусом регенеративного воздухоподогревателя и аксиальными уплотнениями 7, в котором создается дымососом 13 рециркуляции газов давления, превышающее давление воздуха в напорном воздуховоде 16. Одновременно от напорного трубопровода 16 по трубопроводу 23 подается через дополнительный воздухоподогреватель 20 холодный воздух, который, смывая двумя ходами его трубный пучок, охлаждает газы, поступающие в регенеративный воздухоподогреватель примерно до температуры уходящих дымовых газов. При этом воздух нагревается и по трубопроводу 24 горячего воздуха поступает в напорный воздуховод 17.

При наддуве охлажденными дымовыми газами воздушного отсека 18 регенеративного воздухоподогревателя часть газов через периферийные уплотнения 6 поступает в объем ротора 5, запирая переток воздуха через них полностью. Остальная часть (примерно несколько меньше половины, исходя из сравнительной длины уплотнений) уходят через аксиальные уплотнения 7 в газоход уходящих газов, не ухудшая КПД котельного агрегата (эти газы охлаждены до уровня примерно равного температуре газов за регенеративным воздухоподогревателем, при конкретном проектировании температуру охлажденных газов наддува можно обеспечить ниже, чем уходящие дымовые газы).

Количество и напор отбираемых по трубопроводу 21 газов регулируется клапаном 14.

На фиг.2 показан вариант применения вместо трубчатого воздухоподогревателя малогабаритного регенеративного воздухоподогревателя с аналогичным вышеуказанным технологическим процессом работы котельного агрегата. В изобретении предложен наиболее простой трубчатый воздухоподогреватель, который возможно подобрать из серийно выпускаемых или изготовить на ремонтных предприятиях электростанций с заданными характеристиками.

Таким образом, подключение выхода из воздушного отсека дополнительного воздухоподогревателя к выходящему от регенеративного воздухоподогревателя воздуховоду горячего воздуха с обеспечением условия, при котором сопротивление его воздушного отсека должно быть достаточным для возможности подачи через него воздуха в напорный воздуховод 17 горячего воздуха, позволяет повысить экономичность котельного агрегата. Как указано выше отвод воздуха помимо регенеративного воздухоподогревателя 20 снижает аэродинамическое сопротивление первого и повышает его эффективность по теплосъему тепла от уходящих из котла дымовых газов из-за подачи к нему более холодного воздуха.

Проблема по снижению перетоков воздуха в регенеративных воздухоподогревателях является одной из сложнейших и до сих пор не решаемых. Исходя из этого, по отечественным нормам эта величина принята на уровень 20% В действительности эти величины значительно выше до 40%
Это значит, что такое количество воздуха бесполезно перекачивается в газовый тракт с дополнительными затратами электроэнергии на дутьевые вентиляторы и дымососы уходящих газов с ростом и теплопотерь также на бесполезный нагрев воздуха, теряемый через дымовую трубу в атмосферу с экологическим ущербом. Предлагаемые технические решения позволяют создать без больших затрат и дефицитного оборудования экономичный котельный агрегат с предельно низкими перетоками воздуха в регенеративном воздухоподогревателе.

Использование: в энергетике, на тепловых электростанциях, содержащих котельные агрегаты с регенеративными вращающимися воздухоподогревателями. Сущность изобретения: на котельном агрегате, снабженном трактом рециркуляции газов с дымососом, к которому подключен отсос перетекаемого воздуха из зон радиальных уплотнений регенеративного воздухоподогревателя, напорный тракт которого также подключен через дополнительный воздухоподогреватель к зоне аксиальных уплотнений воздушного отсека регенеративного воздухоподогревателя, от напорного воздуховода которого выполнено присоединение воздушного тракта дополнительного воздухоподогревателя в воздуховод горячего воздуха, выходящего из регенеративного воздухоподогревателя, сопротивление которого не превышает сопротивления регенеративного воздухоподогревателя. Присоединение воздушного тракта дополнительного воздухоподогревателя в воздуховод горячего воздуха, выходящего из регенеративного воздухоподогревателя, обеспечивает пропуск части воздуха помимо его с нагревом в дополнительном воздухоподогревателе. Это снижает аэродинамическое сопротивление регенеративного воздухоподогревателя, уплотняемого наддувом охлажденными в дополнительном воздухоподогревателе газами из тракта рециркуляции, и повышает теплосъем от уходящих газов в первом с общим повышением КПД котельного агрегата. 3 ил.

КОТЕЛЬНЫЙ АГРЕГАТ, содержащий сообщенный с напорным воздуховодом основной регенеративный и дополнительный воздухоподогреватели, первый из которых снабжен аксиальными и радиальными уплотнениями с отверстиями в последних, подключенными к всасывающему тракту рециркуляции дымовых газов, напорный участок которого через горячий отсек дополнительного воздухоподогревателя подключен к зоне аксиальных уплотнений воздушного отсека основного регенеративного воздухоподогревателя, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности, выход из воздушного отсека дополнительного воздухоподогревателя подключен к выходящему от основного воздухоподогревателя воздуховоду горячего воздуха, при этом воздушный отсек дополнительного воздухоподогревателя выполняется с величиной сопротивления, не превышающей величину сопротивления воздушного отсека основного воздухоподогревателя.