ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЬ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1997 года по МПК F23L15/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к конструкции воздухоподогревателя паровых и водогрейных котлов, промышленных печей, используемого для нагрева воздуха, поступающего на горелочное устройство от дутьевого вентилятора.

Известен регенеративный воздухоподогреватель котельной установки (Л.Н. Сидельниковский, В.Н. Юренев. Котельные установки промышленных предприятий. 3-е изд. перераб. М. Энергоатомиздат, 1988, с. 410 412), расположенный в нижней конвективной части котельной установки и представляющий собой вращающийся барабан с набивкой из тонких гофрированных или плоских листов, образующих каналы малого диаметра (4 5 мм) для прохода воздуха и продуктов сгорания. Набивкой, которая служит поверхностью теплообмена, заполняется пустотелый ротор, разделенный сплошными перегородками на изолированные друг от друга секторы.

Недостатками регенеративных воздухоподогревателей является повышенный переток воздуха в газовую среду, а также сложность конструкции с потреблением электроэнергии для вращения ротора, наличие вращающихся элементов и системы водяного охлаждения вала ротора и подшипников.

Наиболее близким к предлагаемому решению является рекуперативный трубчатый воздухоподогреватель котельной установки (Л.Н. Сидельниковский, В.Н. Юренев. Котельные установки промышленных предприятий. 3-е изд. перераб. М. Энергоатомиздат, 1988, с. 408 410), расположенный в конвективной части котельной установки ниже экономайзера, состоящий из вертикальных проточных труб, соединенных в трубные доски и расположенных в конвективной части за котлом. Для обеспечения свободного перемешивания трубной системы вследствие нагрева при сохранении плотности между газоходами и внешней средой, а также между воздушной и газовой средами устанавливаются уплотнительные компенсаторы. Прототип содержит также воздуховоды в виде коробов, по которым движется воздух от дутьевого вентилятора через воздухоподогреватель на горелочное устройство котельной установки. Рекуперативный воздухоподогреватель изготавливается из стальных труб с наружным диаметром 30 40 мм при толщине стенки 1,2 1,5 мм. Трубы, приваренные к трубным доскам, располагаются в шахматном порядке. Продукты сгорания топлива дымовые газы проходят внутри труб, расположенных вертикально, а воздух с помощью дутьевого вентилятора омывает эти трубы снаружи поперечным потоком и, нагреваясь, по воздуховодам направляется на горелочное устройство котельной установки.

Недостатками прототипа является большая металлоемкость, значительные его объемы для более эффективного снятия тепла с отходящих газов, высокое аэродинамическое сопротивление вертикальных труб к потоку воздуха, что требует дополнительных мощностей на проход воздуха через трубы, сложность монтажа, возможность перетока воздуха в газовую среду за счет неплотностей воздухоподогревателя, что приводит к снижению эффективности воздухоподогревателя и КПД котельной установки в целом, неиспользование тепла подовой части котельной установки.

Задачей предлагаемого решения является повышение КПД котельной установки за счет более эффективного снижения температуры отходящих газов из котельной установки и утилизации тепла от сгорания топлива в подовой части котельной установки со снижением потерь тепла котельной установкой в окружающую среду.

Задача решается благодаря тому, что предлагаемый воздухоподогреватель котельной установки содержит систему проточных металлических труб, погруженных в слой температуростойкого теплопроводного материала, контактирующего с движущимися продуктами сгорания и получающего тепло из излучения факела горелки, при этом трубы от приемной камеры горелочного устройства продлены под котлом, экономайзером и выходят в камеру выхода нагретого воздуха после рекуперативного воздухоподогревателя или соединяются с выходной камерой рекуперативного воздухоподогревателя, омываемого потоком продуктов сгорания, уходящим из экономайзера котла.

Предлагаемый воздухоподогреватель котельной установки иллюстрируется фиг. 1 6.

Предлагаемый воздухоподогреватель котельной установки состоит из системы проточных труб 1. Один конец труб 1 выходит в приемную камеру нагретого воздуха 2, подаваемого на горелочное устройство 3 котла 4, и по системе проточных труб 1, продолженных по всей длине под котлом 4 и экономайзером 5 и погруженных в слой температуростойкого теплопроводного материала (на фиг. 1
6 не обозначен) до камеры 6 выхода нагретого воздуха после рекуперативного воздухоподогревателя 7, где нижняя трубная доска 8 рекуперативного воздухоподогревателя 7 с его трубной системой пакетом, верхняя трубная доска 9 рекуперативного воздухоподогревателя 7, и приемная камера холодного воздуха 10 рекуперативного воздухоподогревателя 7, куда поступает холодный воздух от дутьевого вентилятора (не показан). Таким образом, воздухоподогреватель котельной установки состоит из рекуперативного воздухоподогревателя и системы труб, проходящих под экономайзером и котлом, погруженных в слой температуростойкого теплопроводного материала, причем рекуперативный воздухоподогреватель является первой ступенью нагрева, а трубы, проложенные в слое под котлом и экономайзером, являются второй ступенью нагрева воздуха, подаваемого на горелочное устройство.

Предлагаемый воздухоподогреватель котельной установки работает следующим образом.

Поток воздуха, нагнетаемый дутьевым вентилятором (не показан), поступает в приемную камеру 10 холодного воздуха рекуперативного воздухоподогревателя 7 и, проходя по трубной системе рекуперативного воздухоподогревателя 7, омываемой продуктами сгорания из экономайзера, нагретый воздух поступает в камеру 6 выхода нагретого воздуха после рекуперативного воздухоподогревателя 7, откуда, перемещаясь по трубам 1 и утилизируя тепло пода экономайзера 5 и пода котла 4, воздух поступает в приемную камеру горелочного устройства 2, соединенную с горелочным устройством 3 котла 4. В этом варианте воздухоподогреватель работает под наддувом, избыточным давлением воздуха. Процесс работы воздухоподогревателя котельной установки возможен с горелочным устройством 3, совмещенным с дутьевым вентилятором, и с размещением дутьевого вентилятора впереди котла (не показано). При эксплуатации котла 4 дутьевой вентилятор горелочного устройства 3 всасывает воздух из приемной камеры 2 горелочного устройства, который поступает туда, пройдя рекуперативный воздухоподогреватель 7 и систему проточных труб 1. Нагреваясь от потока отходящих газов из экономайзера 5 в рекуперативном воздухоподогревателе 7 и при этом утилизируя тепло пода экономайзера 5 и пода котла 4, нагретый воздух поступает в приемную камеру горелочного устройства 2, соединенную с всасывающим патрубком дутьевого вентилятора (не обозначен). При таком варианте система воздухоподогревателя работает под разрежением, у рекуперативного воздухоподогревателя отсутствует приемная камера холодного воздуха 10 и воздух засасывается сверху рекуперативного воздухоподогревателя 7 с обеспечением рециркуляции продуктов сгорания через перфорированные трубы рекуперативного воздухоподогревателя 7 (объем рециркуляции составляет 2%).

На фиг. 1 изображено, что металлические горизонтальные трубы 1, проложенные в температуростойком теплопроводном материале (слое), соединяются с трубной доской (на фиг. 1 не обозначено), соединенной с замкнутой металлической камерой выхода нагретого воздуха после рекуперативного воздухоподогревателя, образуя 10% плотность, причем верхняя трубная доска 9 рекуперативного воздухоподогревателя подвижная, плотно прилегающая к боковым стальным кожухам за счет изогнутой кромки трубной доски, а при работе системы воздухоподогревателя под разрежением приемная камера холодного воздуха отсутствует.

На фиг. 2 отсутствует жесткое соединение металлических труб, проложенных в слое, с конструкцией рекуперативного воздухоподогревателя, а приемная камера нагретого воздуха после рекуперативного воздухоподогревателя выполнена в виде приямка из бетонной или кирпичной кладки, куда выходит один конец труб 1 или каналов из иных температурных теплопроводных материалов.

На фиг. 2 трубы 1, лежащие в слое, продлены по всей длине камеры нагретого воздуха после рекуперативного воздухоподогревателя и соединены с вертикальными трубами, установленными под углом к вертикали относительно вертикальной трубы.

На фиг. 4 трубы рекуперативного воздухоподогревателя расположены однорядно и соединены с трубами, пролегающими в слое.

На фиг. 5 представлены рекуперативный воздухоподогреватель с горизонтальным расположением труб в шахматном порядке, по трубам которого движется воздух, а снаружи трубы омываются продуктами сгорания, отходящими из экономайзера котла, при этом трубные доски расположены вертикально, а камера 6 нагретого воздуха после рекуперативного воздухоподогревателя соединяется с рекуперативным воздухоподогревателем боковым воздуховодом.

На фиг. 6 представлен рекуперативный воздухоподогреватель, где трубная система расположена горизонтально в шахматном порядке, а по трубам движутся продукты сгорания, снаружи омываемые потоком воздуха, при этом трубные доски расположены вертикально и нагретый воздух выходит в приямок, куда открыты концы труб 1, пролегающих в слое.

Использование: для подогрева воздуха, поступающего на горелочное устройство принудительно от дутьевого вентилятора. Воздухоподогреватель котельной установки содержит панели металлических труб, закрепленных в трубных досках и расположенных за экономайзером, и систему проточных труб, размещенных под котлом, экономайзером и погруженных в слой температуростойкого теплопроводного материала. Один конец системы проточных труб подключен к горелкам, а другой к пакету металлических труб через сборную камеру нагретого воздуха. 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Воздухоподогреватель котельной установки, состоящий из блока рекуперативного воздухоподогревателя с пакетом проточных металлических труб, расположенных за экономайзером, и системы проточных труб, расположенных под котлом, экономайзером и погруженных в слой температуростойкого теплопроводного материала, отличающийся тем, что один конец системы труб соединен с приемной камерой горелочного устройства, а другой конец системы труб соединен с камерой нагретого воздуха после рекуперативного воздухоподогревателя. 2. Воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что система проточных труб, проходящих под котлом и экономайзером, соединяются в приемной камере выхода нагретого воздуха после рекуперативного воздухоподогревателя с помощью трубной доски с замкнутой металлической камерой рекуперативного воздухоподогревателя. 3. Воздухоподогреватель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что рекуперативный воздухоподогреватель имеет однорядный пакет труб, соединенный с системой труб, проложенных в слое под экономайзером и котлом. 4. Воздухоподогреватель по пп.1 3, отличающийся тем, что рекуперативный воздухоподогреватель имеет горизонтальную систему труб с шахматным шагом расположения по отношению к поперечному потоку продуктов сгорания, при этом его трубные доски расположены вертикально, а приемная камера нагретого воздуха соединена с ним боковым воздуховодом. 5. Воздухоподогреватель по пп. 1 4, отличающийся тем, что в рекуперативном воздухоподогревателе пакет проточных труб расположен горизонтально в шахматном порядке и собран в трубные доски, при этом по трубам движутся продукты сгорания, а в межтрубном пространстве рекуперативного воздухоподогревателя поперечным потоком по отношению к пакету движется нагреваемый воздух, выходящий в приемную камеру выхода нагретого воздуха после рекуперативного воздухоподогревателя. 6. Воздухоподогреватель по пп.1 5, отличающийся тем, что система проточных труб, расположенных в слое под котлом и экономайзером, продлена одним концом на всю длину приемной камеры нагретого воздуха после рекуперативного воздухоподогревателя и соединена с рядами вертикальных труб, образующих поверхность нагрева рекуперативного воздухоподогревателя, при этом ряды вертикальных труб, соединенные с одной трубой, проходящей в слое, образуют шахматный порядок за счет наклона в противоположные стороны от вертикально установленной трубы. 7. Воздухоподогреватель по пп.1 6, отличающийся тем, что система проточных труб под котлом и экономайзером расположена горизонтально. 8. Воздухоподогреватель по пп.1 7, отличающийся тем, что система проточных труб под котлом и экономайзером расположена наклонно. 9. Воздухоподогреватель по пп.1 8, отличающийся тем, что система проточных труб под котлом и экономайзером расположена горизонтально, а часть ее наклонно. 10. Воздухоподогреватель по пп.1 9, отличающийся тем, что приемная камера нагретого воздуха рекуперативного воздухоподогревателя соединена с проточными каналами, проходящими под котлом, экономайзером, изготовленными из теплопроводных термостойких материалов. 11. Воздухоподогреватель по пп.1 12, отличающийся тем, что трубы рекуперативного воздухоподогревателя имеют оребрение, плавники, шипы. 12. Воздухоподогреватель по пп. 1 13, отличающийся тем, что рекуперативный воздухоподогреватель выполнен из антикоррозионного материала или покрыт защитным слоем против коррозии. 13. Воздухоподогреватель по пп.1 4, отличающийся тем, что дутьевой вентилятор совмещен с горелочным устройством и вся его система работает под разрежением, при этом последний ряд труб по ходу газов рекуперативного воздухоподогревателя перфорирован.