СПОСОБ ПОДАЧИ ВОЗДУХА ГОРЕНИЯ В ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ВОЗДУХА ДЫМОВЫМИ ГАЗАМИ, УСТРОЙСТВО ПОДОГРЕВА И ВТУЛКА НАПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА Российский патент 2014 года по МПК F23L15/04 

Область техники

Изобретение относится к устройству подогрева воздуха дымовыми газами для воздуха горения в котле электростанции, а также к втулке направления воздуха в воздухопроводе подогревателя воздуха дымовыми газами.

Уровень техники

Для подогрева воздуха горения для котла на твердом топливе обычно используются подогреватели воздуха дымовыми газами (LUVOs), в которых нагревающая среда, то есть дымовой газ, течет снаружи труб теплообменника, и нагреваемая среда, то есть воздух, течет внутри труб теплообменника. Трубы теплообменника (далее воздухопроводы) помещены горизонтально в дымовом канале, и теплообменные блоки на различных уровнях соединены друг с другом воздушными каналами снаружи дымового канала. Также имеются конфигурации, в которых дымовой газ течет внутри труб и трубы расположены вертикально.

В известных конфигурациях температура воздухопровода значительно ниже на стороне воздухозабора. Значительное охлаждение воздуха на впускном конце трубы обусловлено тем, что в точке впуска коэффициент теплопередачи потока многократно больше по сравнению с развитым потоком глубже в трубе. Кроме того, подаваемый воздух по существу еще не нагрелся. Сильное охлаждение создает относительно низкую температуру материала на конце воздухозабора теплообменной структуры подогревателя, несмотря на относительно высокую среднюю температуру. Таким образом, кислотная точка росы дымовых газов может быть достигнута на поверхности теплообменной структуры. Кислотная точка росы, в свою очередь, в скором времени вызовет сильную коррозию в холодной теплообменной структуре и эрозию, особенно с тяжелыми топливами. В частности, соединение между воздухопроводом самого холодного пучка LUVO и концевой пластиной (или стенкой дымового канала) может корродировать, если температура материала слишком низкая.

На холодном конце (воздухозабора) трубы LUVO самых холодных пучков LUVO использовались различные изоляционные гильзы, установленные вокруг внешней поверхности воздухопровода, чтобы предотвратить коррозию воздухопровода.

Сущность изобретения

Теперь найдено решение, которое делает возможным уменьшение проблемы коррозии в соединении между воздухопроводом устройства подогрева и концевой пластиной. Данное решение включает устройство подогрева воздуха дымовыми газами для воздуха горения в котле электростанции, содержит воздухопровод, помещенный в дымовой канал, и втулку направления воздуха, обеспеченную на начальном конце воздухопровода, по меньшей мере, частично внутри воздухопровода, причем втулка направления воздуха выполнена из слаботеплопроводного материала и имеет впускной конец и второй конец, помещенный внутрь воздухопровода, при этом форма второго конца предназначена для уменьшения турбулентности в потоке воздуха таким образом, что часть площади поверхности, ограниченной внешней окружностью воздухопровода, приходящаяся на стенку втулки, уменьшается ко второму концу, который снабжен щелями или выемками, которые становятся шире к второму концу втулки.

Зависимые пункты формулы изобретения будут описывать некоторые предпочтительные варианты выполнения изобретения. Форма второго конца втулки, которая уменьшает турбулентность в потоке воздуха, обеспечена на длине менее 1/3 длины втулки направления воздуха, на втором конце втулки направления воздуха стенка становится тоньше ко второму концу. Втулка направления воздуха установлена для направления нагреваемого воздуха в контакте с внутренней поверхностью воздухопровода на расстоянии от начального конца воздухопровода, причем это расстояние по меньшей мере в три раза больше диаметра воздухопровода, втулка выполнена по меньшей мере частично из полимерного материала или из сульфида полифенила. Устройство содержит защитную гильзу, окружающую воздухопровод на начальном конце воздухопровода, и теплоизоляционный слой, окружающий дымовой канал, при этом втулка продолжается через изоляционный слой, а воздухопровод не продолжается через изоляционный слой.

Кроме того, предлагается также втулка направления воздуха для воздухопровода в подогревателе воздуха дымовыми газами для воздуха горения в котле электростанции, выполненная из слаботеплопроводного материала и выполненная с возможностью установки внутрь воздухопровода, причем она имеет впускной конец и второй конец, выполненный с возможностью размещения внутри воздуховода, и выполнена с возможностью направления нагреваемого воздуха горения в воздуховод на расстоянии от стенки дымового канала, при этом форма второго конца предназначена для уменьшения турбулентности в потоке воздуха таким образом, что часть на площади поверхности, ограниченной внешней окружностью воздуховода, приходящаяся на стенку втулки направления воздуха, уменьшается ко второму концу, который снабжен щелями или выемками, которые становятся шире к ее второму концу. Описываемая втулка направления воздуха может иметь форму второго конца, которая уменьшает турбулентность в потоке воздуха, и обеспечена на длине менее 1/3 длины втулки, и на втором конце втулки стенка становится тоньше ко второму концу.

Посредством втулки направления воздуха поток воздуха, подаваемый в воздухопровод, удерживается на расстоянии от внутренней поверхности воздухопровода до тех пор, пока поток воздуха не разовьется достаточно, то есть турбулентность в потоке воздуха достаточно не выровнится. Коэффициент теплопередачи развитого потока воздуха значительно меньше коэффициента теплопередачи турбулентного потока воздуха, так что поток воздуха, подаваемый из втулки направления воздуха, не вызывает чрезмерного охлаждения воздухопровода.

В способе согласно этой основной идее турбулентность в потоке воздуха горения, подаваемого в подогреватель воздуха дымовыми газами, выравнивается посредством структуры, удерживающей поток воздуха на расстоянии от внутренней поверхности воздухопровода, после чего по существу свободный от турбулентности поток воздуха горения приводится в соприкосновение с внутренней поверхностью воздухопровода, чтобы нагреть воздух.

Защита от коррозии или втулка направления воздуха согласно этой основной идее выполнена из слаботеплопроводного материала, и она может быть установлена внутри воздухопровода, чтобы уменьшать турбулентность в потоке воздуха и направлять нагреваемый воздух горения в воздухопровод на расстоянии от стенки дымового канала.

В одном варианте выполнения втулка направления воздуха установлена для направления нагреваемого воздух горения в соприкосновение с внутренней поверхностью воздухопровода на расстоянии от начального конца воздухопровода, причем это расстояние по меньшей мере в три раза больше диаметра воздухопровода. Таким образом, охлаждение внешней поверхности начального конца воздухопровода и нагрев воздуха в точке впуска уменьшаются.

В одном варианте выполнения втулка направления воздуха выполнена по меньшей мере частично из полимерного материала, предпочтительно теплостойкого пластика. В предпочтительном варианте выполнения втулка направления воздуха выполнена из сульфида полифенила (PPS).

В варианте выполнения устройство содержит защитную гильзу, окружающую воздухопровод на начальном конце воздухопровода.

В варианте выполнения устройство содержит теплоизоляционный слой, окружающий дымовой канал, и втулка направления воздуха проходит через изоляционный слой, а воздухопровод не проходит через изоляционный слой.

Различные варианты выполнения вышеописанной конфигурации, отдельно и в различных комбинациях, обеспечивают различные преимущества. Один вариант выполнения может иметь одно или более следующих преимуществ в зависимости от его реализации:

температура материала воздухопровода устройства подогрева может быть повышена в точке впуска воздуха;

температура в соединении между воздухопроводом устройства подогрева и концевой пластиной повышается и проблема коррозии устраняется;

неравномерность температуры дымовых газов может быть выровнена;

конструкция упрощается и производство ускоряется.

Описание чертежей

Ниже изобретение будет описано более подробно со ссылкой на сопровождающие схематичные чертежи, на которых:

Фиг.1 схематично показывает энергостанцию;

Фиг.2 схематично показывает вариант выполнения подогревателя воздуха дымовыми газами;

Фиг.3 показывает одно впускное отверстие подогревателя воздуха дымовыми газами на виде в сечении;

Фиг.4 показывает другое впускное отверстие подогревателя воздуха дымовыми газами;

Фиг.5 показывает вариант выполнения втулки направления воздуха.

Для ясности, чертежи показывают только детали, необходимые для понимания изобретения. Конструкции и детали, которые не обязательны для понимания изобретения, но очевидны для специалиста в данной области техники, были исключены из чертежей, для того чтобы выделить отличительные элементы изобретения.

Подробное описание изобретения

Фиг.1 схематично показывает энергостанцию. Электростанция содержит печь 1, дымовой канал 2, подогреватель 3 воздуха дымовыми газами и дымовую трубу 4. Подогреватель 3 воздуха дымовыми газами помещен в дымовой канал 2. Как можно видеть из фигуры, подогреватель 3 воздуха дымовыми газами помещен в выводном конце дымового канала 2 в направлении потока F дымовых газов.

Фиг.2 показывает вариант выполнения подогревателя 3 воздуха дымовыми газами более подробно. В этом примере нагреваемые потоки S, P воздуха направляются в подогреватель 3 из областей 5, 6 подачи воздуха в нижней части. Нагретый воздух отводится из верхней части подогревателя. В этом примере подогреватель 3 содержит два потока воздуха, то есть основной поток P воздуха и вспомогательный поток S воздуха. Оба потока P, S воздуха содержат воздухопроводы 7, которые помещены горизонтально в дымовом канале 2, и теплообменные блоки на различных уровнях соединены друг с другом каналами снаружи дымового канала.

Фиг.3 показывает одно впускное отверстие подогревателя 3 воздуха дымовыми газами на виде в сечении. Блок в обычном вертикальном дымовом канале 2 содержит от 20 до 30 труб 7, расположенных друг над другом, и около ста труб, расположенных смежно друг с другом. Фигура показывает воздухопровод 7 и втулку 8 направления воздуха, установленные в нем. В этом примере воздухопровод 7 проходит на небольшое расстояние (около 1/3 длины) в изоляционный слой 9, который окружает дымовой канал 2. Воздухопровод 7 предпочтительно герметично приварен к концевой пластине (или внутренней стенке) 10 дымового канала 2. В этом примере втулка 8 направления воздуха проходит через изоляционный слой 9 и внешняя поверхность втулки направления воздуха плотно присоединена к концу воздухопровода 7. Например, силикон может использоваться для уплотнения. Впускной конец 8a втулки 8 направления воздуха, то есть впускное отверстие потока воздуха, предпочтительно имеет форму воронки.

Длина втулки 8 направления воздуха предпочтительно более чем в три раза больше диаметра воздухопровода 7, предпочтительно в около от 4 до 8 раз больше диаметра воздухопровода или втулки направления воздуха. Например, если диаметр воздухопровода 7 составляет около 50 мм, длина втулки 8 направления воздуха составляет предпочтительно около от 20 до 40 см.

Конец 8b втулки 8 направления воздуха, который помещен внутри воздухопровода 7, имеет такую форму, чтобы не вызывать значительной турбулентности в потоке воздуха, отводимом из втулки направления воздуха. В этом примере конец 8b втулки направления воздуха имеет такую форму, чтобы часть площади поверхности, ограниченной внешней окружностью трубы, приходящаяся на стенку, уменьшалась к концу. В конфигурации, показанной на фигуре, это было достигнуто посредством выемок 8c и утончения. Втулка 8 направления воздуха снабжена выемками 8c, которые становятся шире к концу 8b. Толщина стенки втулки 8 направления воздуха, в свою очередь, уменьшалась к концу 8b. В примере форма, которая уменьшает турбулентность в потоке воздуха, обеспечена, в частности, на конце 8b втулки направления воздуха на длине, которая составляет около от 1/6 до 1/3 длины втулки направления воздуха.

В варианте выполнения, показанном на фиг.3, зазор 11 обеспечен между втулкой 8 направления воздуха и воздухопроводом 7. Посредством зазора 11 и втулки 8 направления воздуха проведение тепла от внешней поверхности воздухопровода 7 внутрь втулки направления воздуха эффективно предотвращается, таким образом предотвращая охлаждение начального конца воздухопровода.

Фиг.4, в свою очередь, показывает одно впускное отверстие подогревателя воздуха дымовыми газами согласно другому варианту выполнения на виде в сечении. В этом варианте выполнения защитная гильза 12 обеспечена снаружи воздухопровода 7. Конфигурация согласно фиг.4 особенно предпочтительна в модернизируемых структурах, уже содержащих воздухопровод 7 и защитную гильзу 12. В таком случае втулка 8 направления воздуха установлена в трубу 7 воздухозабора. Воздухопровод 7 и защитная гильза 12 вырезаны таким образом, что они заканчиваются внутри материала изоляционного слоя 9. Таким образом, тепло не будет проводиться вдоль воздухопровода 7 и защитной гильзы 12 наружу дымового канала 2. Также предпочтительно присоединить концы защитной гильзы 12 к воздухопроводу 7, например, сваркой. Втулка 8 направления воздуха, в свою очередь, герметично присоединена к концу воздухопровода 7, например, силиконом или другим решением.

Фиг.5 показывает предпочтительный вариант выполнения втулки 8 направления воздуха, то есть защиты от коррозии. Втулка 8 направления воздуха и особенно ее выпускной конец 8b предназначены для уменьшения турбулентности в потоке воздуха. Предпочтительно конец 8b втулки направления воздуха выполнен так, чтобы часть площади поверхности, ограниченной внешней окружностью трубы, приходящаяся на стенку, уменьшалась к выпускному концу 8b втулки 8 направления воздуха. Другими словами, площадь сечения, доступная для потока воздуха, увеличивается к выпускному концу 8b. Это может быть достигнуто, например, посредством различных выемок 8c и/или утончением стенки. В данном примере втулка 8 направления воздуха снабжена щелями 8c, которые становятся шире к концу 8b, и толщина стенки уменьшается к концу. В данном примере форма, которая уменьшает турбулентность в потоке воздуха, обеспечена, в частности, на выпускном конце 8b втулки 8 направления воздуха на длине, которая в около от 1-3 раз больше диаметра втулки направления воздуха.

На внешней поверхности втулки 8 направления воздуха обеспечены элементы 8d для регулирования зазора 11 между внешней поверхностью втулки направления воздуха и внутренней поверхностью воздухопровода 7. В данном примере элементы 8d являются выступами на внешней поверхности втулки 8 направления воздуха. В данном примере выступы 8d обеспечены в двух местах в продольном направлении втулки 8 направления воздуха и в четырех местах по окружности. Форма и количество элементов 8d может изменяться согласно варианту выполнения, так чтобы требуемый зазор 11 между внешней поверхностью втулки 8 направления воздуха и внутренней поверхностью воздухопровода 7 мог быть образован и поддержан при использовании. Толщина и свойства материала стенки втулки 8 направления воздуха, а также размер зазора 11 являются факторами, влияющими на теплопроводность между внешней поверхностью воздухопровода 7 и внутренней поверхностью втулки 8 направления воздуха.

Втулка 8 направления воздуха может быть выполнена из материала, имеющего достаточные теплостойкие и теплоизоляционные свойства. Теплостойкость должна составлять предпочтительно более 200°C, предпочтительно более 250°C. Теплопроводность должна составлять предпочтительно менее 0,3 W/(K·m) (23°C). Используемыми материалами могут являться, например, подходящие полимеры, армированные стекловолокном, такие как PPS (сульфид полифенила, причем одним торговым товарным знаком является Fortron 1140 L6) или PPA (полифталамид).

Объединением различным образом вариантов и структур, раскрытых по отношению к различным вариантам выполнения изобретения, приведенным выше, возможно получить различные варианты выполнения изобретения в соответствии с сущностью изобретения. Следовательно, вышеприведенные примеры не должны толковаться ограничивающими изобретение, а варианты выполнения изобретения могут свободно изменяться в пределах объема признаков изобретения, приведенных в формуле изобретения ниже.

Изобретение относится к энергетике и может использоваться в котлах электростанций при подогреве воздуха, подаваемого на горение. Устройство подогрева воздуха дымовыми газами содержит воздухопровод, помещенный в дымовой канал. Втулка направления воздуха установлена на начальном конце воздухопровода, по меньшей мере частично внутри воздухопровода, причем втулка выполнена из слаботеплопроводного материала, предназначена для уменьшения турбулентности в потоке воздуха и имеет впускной конец и второй конец, помещенный внутрь воздуховода. Форма второго конца предназначена для уменьшения турбулентности в потоке воздуха. Втулка снабжена щелями или выемками, которые становятся шире к ее второму концу. Посредством втулки поток воздуха, подаваемый в устройство для нагрева, удерживается на расстоянии от внутренней поверхности воздухопровода до тех пор, пока турбулентность потока достаточно не выровнится, что позволит снизить коэффициент теплопередачи на данном участке трубопровода и не допускать его чрезмерного охлаждения. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство (3) подогрева воздуха дымовыми газами для воздуха горения в котле электростанции, содержащее воздухопровод (7), помещенный в дымовой канал (2), и втулку (8) направления воздуха, обеспеченную на начальном конце воздухопровода (7), по меньшей мере частично внутри воздухопровода, причем втулка (8) направления воздуха выполнена из слаботеплопроводного материала и имеет впускной конец (8a) и второй конец (8b), помещенный внутрь воздухопровода, при этом форма второго конца (8b) предназначена для уменьшения турбулентности в потоке воздуха таким образом, что часть площади поверхности, ограниченной внешней окружностью воздухопровода (7), приходящаяся на стенку втулки (8) направления воздуха, уменьшается ко второму концу (8b), отличающееся тем, что второй конец (8b) втулки (8) направления воздуха снабжен щелями или выемками (8c), которые становятся шире к ее второму концу (8b).

2. Устройство подогрева воздуха дымовыми газами по п.1, отличающееся тем, что форма второго конца (8b), которая уменьшает турбулентность в потоке воздуха, обеспечена на длине менее 1/3 длины втулки направления воздуха.

3. Устройство подогрева воздуха дымовыми газами по п.1 или 2, отличающееся тем, что на втором конце (8b) втулки (8) направления воздуха стенка втулки направления воздуха становится тоньше ко второму концу (8b).

4. Устройство подогрева воздуха дымовыми газами по п.1, отличающееся тем, что втулка (8) направления воздуха установлена для направления нагреваемого воздуха горения в контакте с внутренней поверхностью воздухопровода (7) на расстоянии от начального конца воздухопровода, причем это расстояние по меньшей мере в три раза больше диаметра воздухопровода.

5. Устройство подогрева воздуха дымовыми газами по п.1, отличающееся тем, что втулка (8) направления воздуха выполнена по меньшей мере частично из полимерного материала.

6. Устройство подогрева воздуха дымовыми газами по п.5, отличающееся тем, что втулка (8) направления воздуха выполнена из сульфида полифенила.

7. Устройство подогрева воздуха дымовыми газами по п.1, отличающееся тем, что устройство содержит защитную гильзу (12), окружающую воздухопровод на начальном конце воздухопровода (7).

8. Устройство подогрева воздуха дымовыми газами по п.1, отличающееся тем, что устройство содержит теплоизоляционный слой (9), окружающий дымовой канал (2), при этом втулка (8) направления воздуха продолжается через изоляционный слой, а воздухопровод (7) не продолжается через изоляционный слой.

9. Втулка (8) направления воздуха для воздухопровода в подогревателе воздуха дымовыми газами для воздуха горения в котле электростанции, причем втулка (8) направления воздуха выполнена из слаботеплопроводного материала и выполнена с возможностью установки внутрь воздухопровода (7), причем она имеет впускной конец (8a) и второй конец (8b), выполненный с возможностью размещения внутри воздуховода, и выполнена с возможностью направления нагреваемого воздуха горения в воздуховод на расстоянии от стенки (10) дымового канала, при этом форма второго конца (8b) предназначена для уменьшения турбулентности в потоке воздуха таким образом, что часть на площади поверхности, ограниченной внешней окружностью воздуховода (7), приходящаяся на стенку втулки направления воздуха, уменьшается ко второму концу (8b), отличающаяся тем, что второй конец (8b) втулки (8) направления воздуха снабжен щелями или выемками (8c), которые становятся шире к ее второму концу (8b).

10. Втулка направления воздуха по п.9, отличающаяся тем, что форма второго конца (8b), которая уменьшает турбулентность в потоке воздуха, обеспечена на длине менее 1/3 длины втулки направления воздуха.

11. Втулка направления воздуха по п.9 или 10, отличающаяся тем, что на втором конце (8b) втулки (8) направления воздуха стенка втулки направления воздуха становится тоньше ко второму концу (8b).