ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 1999 года по МПК F23L15/04 

Предлагаемое изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано в энергетике, в частности в котлостроении, для подогрева воздуха, идущего на горение, а также на сушку и аэрацию топлива.

Известен воздухоподогреватель, включающий несколько теплообменных секций, соединенных перепускными коробами последовательно по ходу воздуха, подводящий и отводящий воздуховоды, сообщенные с первой и соответственно с последней по ходу воздуха теплообменными секциями воздухоподогревателя, и теплообменник для предварительного подогрева воздуха, размещенный в перепускном коробе между промежуточной и последней по ходу воздуха секциями воздухоподогревателя (см. а.с. N 106927, F 23 L 15/04, от 01.12.55 г).

Известный воздухоподогреватель выполнен многоходовым по ходу воздуха, по ходу дымовых газов секции воздухоподогревателя установлены параллельно, вследствие чего давление потока воздуха происходит только в плоскости, перпендикулярной направлению движения потока дымовых газов, что значительно ухудшает теплообмен, вследствие уменьшения температурного напора, а также приводит к различию температур дымовых газов, выходящих из разных секций воздухоподогревателя, что приводит к потерям тепла с уходящими дымовыми газами. Кроме того, в известном воздухоподогревателе не регулируется температура воздуха на входе в первую по его ходу секцию, что дополнительно увеличивает потери тепла с дымовыми газами. При параллельной установке секции воздухоподогревателя невозможно использовать двухступенчатый теплообменник для предварительного подогрева воздуха, а использование одноступенчатого теплообменника снижает коэффициент использования его поверхности нагрева, т.к. теплообмен в нем осуществляется по схеме однократного перекрестного хода. Значительным недостатком известного воздухоподогревателя является то, что подогретый воздух из теплообменника подают не в промежуточную, а в выходную секцию (по воздуху) воздухоподогревателя, из которой воздух отбирается технологическому потребителю, поэтому в ней не успевает компенсироваться потеря тепла на предварительный подогрев воздуха, и для нагрева его до требуемой температуры необходимо увеличивать теплообменную поверхность, а следовательно, и габариты воздухоподогревателя. Другим недостатком известного воздухоподогревателя является усложненная схема перепускных воздуховодов, что, помимо усложнения конструкции, приводит к увеличению аэродинамического сопротивления, а следовательно, требует применения более мощных энергоемких воздуходувных устройств.

Указанные недостатки в значительной степени устранены в воздухоподогревателе по А.С. N 900445, от 24.12.80 г., МПК F 23 L 15/04 (прототипе).

Известный воздухоподогреватель включает несколько теплообменных секций, установленных последовательно по ходу дымовых газов и соединенных перепускными коробами последовательно по ходу воздуха, подводящий и отводящий воздуховоды, сообщенные соответственно с первой и последней по ходу воздуха теплообменными секциями воздухоподогревателя, и двухсекционный теплообменник для предварительного подогрева воздуха, установленный в подводящем воздуховоде. Известный воздухоподогреватель выполнен многоходовым по воздуху, а по ходу дымовых газов секции его установлены последовательно, поэтому движение нагреваемого воздуха и дымовых газов приближается к противотоку, что повышает теплообменные характеристики, а также обеспечивает одинаковую температуру выходящим дымовых газов по всему поперечному сечению их потока, сокращая тем самым потери тепла.

Однако в указанном воздухоподогревателе его последняя по ходу воздуха секция сообщена с теплообменником, т.е. для предварительного подогрева воздуха используется горячий воздух, идущий к технологическому потребителю, а т. к. часть тепла отбирается на подогрев, то воздух в воздухоподогревателе надо греть до более высокой температуры. К тому же величина температурного напора, определяемая разностью между температурой дымовых газов и температурой нагреваемого воздуха от секции к секции (по ходу воздуха), снижается, т. е. ухудшается теплообмен, что не позволяет при тех же параметрах воздухоподогревателя компенсировать потерю тепла на предварительный подогрев, вызывая необходимость увеличения теплообменной поверхности воздухоподогревателя. Кроме того, поскольку теплообменник в подводящем воздуховоде размещен напротив последней по ходу воздуха теплообменной секции, а подогретый воздух из теплообменника подается в первую секцию, то необходима протяженная система подводящих воздуховодов, что приводит к увеличению аэродинамического сопротивления и, как следствие, к применению более мощных, энергоемких воздуходувных устройств.

Задачей изобретения является создание такого воздухоподогревателя, в котором взаимное расположение и взаимосвязь теплообменных секций воздухоподогревателя и теплообменника для предварительного подогрева воздуха обеспечивали бы увеличение температурного напора хотя бы в одной из промежуточных секций воздухоподогревателя для компенсации потерь тепла на предварительный подогрев воздуха с одновременным снижением аэродинамического сопротивления воздуховодов.

Указанная задача решается тем, что в известном воздухоподогревателе, включающем несколько теплообменных секций, установленных последовательно по ходу дымовых газов и соединенных перепускными коробами последовательно по ходу воздуха, подводящий и отводящий воздуховоды, сообщенные соответственно с первой и последней по ходу воздуха секциями воздухоподогревателя, и двухсекционный теплообменник для предварительного подогрева воздуха, установленный в подводящем воздуховоде, согласно изобретению каждая секция теплообменника сообщена с соответствующей промежуточной секцией воздухоподогревателя с образованием канала для перетока подогреваемого воздуха из предыдущей промежуточной секции воздухоподогревателя поочередно через секции теплообменника в последующую промежуточную секцию воздухоподогревателя. При этом целесообразно подводящий и отводящий участки вышеуказанного канала соединить перепускным патрубком с регулятором расхода; также целесообразно соединить перепускным патрубком с регулятором расхода подводящий и отводящий воздуховоды. Желательно, чтобы подводящий воздуховод был снабжен патрубком для приема горючего воздуха от внешнего источника. Важно, чтобы теплообменник для предварительного подогрева воздуха в подводящем воздуховоде был установлен так, чтобы его секции были размещены напротив сообщенных с ними промежуточных секций воздухоподогревателя.

В дальнейшем изобретение поясняется чертежом, на котором схематично изображен общий вид предлагаемого воздухоподогревателя.

Воздухоподогреватель состоит из нескольких теплообменных секций 1, установленных последовательно по ходу дымовых газов и соединенных перепускными коробами 2 последовательно по ходу воздуха. Имеется воздуховод 3 для подвода холодного воздуха в воздухоподогреватель и воздуховод 4 для отвода горячего воздуха из последней по его ходу секции 1 воздухоподогревателя. В подводящем воздуховоде 3 установлен теплообменник, состоящий из двух секций 5, 6, предназначенный для предварительного подогрева воздуха. Секции 5, 6 теплообменника установлены на одном уровне с двумя промежуточными теплообменными секциями 1 воздухоподогревателя и сообщены с последними посредством перепускных коробов 7, 8, а между собой - посредством перепускного короба 9. Перепускные короба 7, 8 соединены между собой перепускным патрубком 10, на котором установлен регулятор расхода 11, выполненный любым известным образом и предназначенный для перепуска части теплого воздуха из короба 7 в короб 8, с целью регулирования температуры предварительного подогрева воздуха. Подводящий 3 и отводящий 4 воздуховоды также могут быть сообщены перепускным патрубком 12, на котором установлен регулятор 13 расхода горячего воздуха из подводящего 4 в подводящий 3 воздуховод с целью повышения температуры предварительного подогрева воздуха. Подводящий воздуховод 3 может быть снабжен патрубком 14 для приема горячего воздуха от внешнего источника (не показано) с целью повышения температуры стенки поверхности нагрева воздухоподогревателя в пусковых режимах.

Воздухоподогреватель работает следующим образом: в пусковом режиме горячий воздух от постороннего источника (не показано) через патрубок 14 подают в подводящий воздуховод 3, а при выходе на обычный режим в упомянутый подводящий воздуховод 3 подают холодный воздух, который поступает в секции 5, 6 теплообменника, где подогревается и поступает в первую (по ходу воздуха) теплообменную секцию 1 воздухоподогревателя, подогревается теплом уходящих дымовых газов и по перепускному коробу 2 поступает в промежуточную теплообменную секцию 1, откуда по перепускному коробу 7 поступает в секцию 6 теплообменника и через перепускной короб 9 - в секцию 5 упомянутого теплообменника, подогревая холодный воздух, проходящий через обе секции 5, 6. Отдав части тепла на подогрев, горячий воздух по перепускному коробу 8 поступает в следующую промежуточную секцию 1 воздухоподогревателя, при этом, вследствие увеличения температурного напора, теплообмен в ней становится более интенсивным, компенсируя потерю тепла на подогрев холодного воздуха. Далее горячий воздух перетекает в последнюю по ходу воздуха теплообменную секцию 1, где нагревается до требуемой температуры, и по отводящему воздуховоду 4 отводится технологическому потребителю. Для снижения опасности низкотемпературной коррозии, а также для регулирования величины температурного напора, с целью компенсации потерь тепла в зависимости от условий работы (состав, температура дымовых газов, характеристики топлива и т.д.), предусмотрены перепускные патрубки 10, 12 с регуляторами соответственно 11 и 13 расхода.

Таким образом, взаимосвязь двух промежуточных секций воздухоподогревателя и противолежащих им секций теплообменника для предварительного подогрева холодного воздуха с образованием канала для перетока подогретого воздуха из одной промежуточной теплообменной секции воздухоподогревателя поочередно через обе секции теплообменника в последнюю промежуточную секцию воздухоподогревателя позволяет за счет увеличения в ней температурного напора интенсифицировать теплообмен, компенсируя тем самым потери тепла на предварительный подогрев холодного воздуха, а в последующей, выходной секции воздухоподогревателя догреть воздух до требуемой температуры, не увеличивая при этом теплообменную поверхность, а следовательно, габариты воздухоподогревателя.

Размещение секций теплообменника напротив соответствующих промежуточных теплообменных секций воздухоподогревателя позволяет снизить протяженность воздуховодов и, следовательно, уменьшить их аэродинамическое сопротивление и потери тепла через тепловое излучение, снижая тем самым энергоемкость воздухоподогревателя.

Воздухоподогреватель предназначен для подогрева воздуха, идущего на горение, а также на сушку и на аэрацию топлива. В воздухоподогревателе каждая секция теплообменника, установленного в подводящем воздуховоде и предназначенного для предварительного подогрева воздуха, сообщена с соответствующей секцией воздухоподогревателя с образованием канала для перетока подогретого воздуха из предыдущей промежуточной секции воздухоподогревателя поочередно через секции теплообменника в последующую промежуточную секцию воздухоподогревателя. Подводящий и отводящий участки канала для перетока теплого воздуха через теплообменник сообщены перепускным патрубком, снабженным регулятором расхода. Перепускным патрубком с регулятором расхода сообщены и подводящий и отводящий воздуховоды, причем подводящий воздуховод может быть снабжен патрубком для приема горячего воздуха от постороннего источника. В воздухоподогревателе теплообменник для предварительного подогрева воздуха в подводящем воздуховоде размещен так, чтобы его секции находились напротив соответствующих промежуточных секций воздухоподогревателя. Такое взаимное расположение и взаимосвязь теплообменных секций воздухоподогревателя и теплообменника для предварительного подогрева воздуха обеспечивают увеличение температурного напора хотя бы в одной промежуточной секции воздухоподогревателя для компенсации потерь тепла на предварительный подогрев воздуха с одновременным снижением аэродинамического сопротивления воздуха. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Воздухоподогреватель, включающий несколько теплообменных секций, установленных последовательно по ходу дымовых газов и соединенных перепускными коробами последовательно по ходу воздуха, подводящий и отводящий воздуховоды, сообщенные соответственно с первой и последней по ходу воздуха секциями воздухоподогревателя, и двухсекционный теплообменник для предварительного подогрева воздуха, установленный в подводящем воздуховоде, отличающийся тем, что каждая секция теплообменника сообщена с соответствующей промежуточной секцией воздухоподогревателя с образованием канала для перетока подогретого воздуха из предыдущей промежуточной секции воздухоподогревателя поочередно через секции теплообменника в последующую промежуточную секцию воздухоподогревателя. 2. Воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что подводящий и отводящий участки упомянутого канала для перетока теплого воздуха через теплообменник сообщены перепускным патрубком, снабженным регулятором расхода. 3. Воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что подводящий и отводящий воздуховоды сообщены перепускным патрубком, снабженным регулятором расхода. 4. Воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что подводящий воздуховод снабжен патрубком для приема горячего воздуха от внешнего источника. 5. Воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что теплообменник для предварительного подогрева воздуха в подводящем воздуховоде установлен так, что его секции размещены напротив сообщенных с ними промежуточных секций воздухоподогревателя.