Классификация применяемых способов непрямого подогрева воздуха схематически показана на рисунке ниже, она относится как к предварительному, так и полному подогреву воздуха.
Анализ особенностей метода непрямого подогрева воздуха в процессе разработки проектов и эксплуатации, а также исследования выполненных установок позволили установить некоторые общие положения:
1. Температура металла связана с температурами газов и воздуха в каждой его точке. Очевидно, что при заданном значении температуры точки росы для сохранения не слишком высокой температуры уходящих газов нужно увеличивать подогрев воздуха перед воздухоподогревателем. Следовательно, температурный напор в воздухоподогревателе снизится, соответственно возрастут и стоимость воздухоподогревателя. Если же пойти на повышение температуры уходящих газов при сокращении размеров воздухоподогревателя, то это отразится на экономичности . Таким образом, обеспечение надежности воздухоподогревателя с помощью предварительного парового подогрева воздуха может входить в противоречие с задачами удешевления котельного агрегата и повышения его экономичности.
2. С другой стороны, применение предварительного подогрева воздуха отборным паром создает возможность экономии топлива в машинном зале, аналогичную присоединению нового теплофикационного потребителя, но только круглогодичного и внутристанционного, т.е. более выгодного и удобного. Экономия тем больше, чем выше начальное давление пара и чем оно ниже в точке отбора пара на подогрев воздуха. В ряде случаев наблюдается стремление упростить установку применением для этой цели отработавшего пара довольно высокого давления—588*1000 Па (6 кгс/см2 и более), что позволяет уменьшить диаметр паропроводов и поверхность нагрева калориферов. В таких случаях простота установки входит в противоречие с условиями достижения максимально возможной экономии топлива в машинном цехе электростанций.
3. Противоположное стремление к использованию наиболее экономичных отборов низких давлений, включая и вакуумные (делались предложения и об использовании в калориферах тепла охлаждающей воды), а также повышение температуры воздуха на выходе из калориферов привело к появлению многоступенчатых схем предварительного парового подогрева воздуха. В пределе они выливаются в многоступенчатые схемы подогрева котельного воздуха только отборным паром. Такие схемы используются и для временного повышения мощности установки. Для этого в период пика электрической нагрузки отключают отборный пар, используемый для подогрева воздуха, и направляют освободившийся пар в последние ступени . Этот способ особенно эффективен, когда он сочетается с установкой , включаемой в период пика со сбросом продуктов сгорания в качестве окислителя топлива в парогенератор вместо воздуха, подогретого в калориферах.
4. Нашли применение схемы подогрева воздуха конденсатом. В них упрощаются и облегчаются коммуникации, отпадают некоторые эксплуатационные неудобства, например, замерзание входной части калориферов и конденсационных горшков при заборе зимой воздуха с улицы. Отбирая конденсат на калориферы из какой-либо точки регенеративной схемы, используют тепло всех отборов пара, участвовавших в подогреве конденсата до этой точки, что повышает экономичность схемы.
5. В случае использования в калориферах конденсата, взятого из регенеративной схемы до деаэратора, возникает опасность коррозии внутренней поверхности калориферов и труб с выносом продуктов коррозии в основной пароводяной тракт установки. Во избежание этого часто устанавливают теплообменник, в котором конденсат отдает свое тепло воде, циркулирующей в замкнутом контуре: теплообменник — калорифер — насос — теплообменник. Охлажденный конденсат из теплообменника возвращается в регенеративный цикл вместе с конденсатом соответствующего подогревателя н. д.
6. В некоторых случаях предварительный паровой подогрев воздуха приводит к экономически неприемлемо высокой температуре уходящих газов котельного агрегата. Это обусловило появление установок, в которых воздух до входа в обычный водухоподогреватель подогревается теплом продуктов сгорания через посредствующее тепло в особых аппаратах.
Следует отметить, что с теплотехнической точки зрения непосредственная передача тепла от дымовых газов к воздуху через разделительную стенку не является обязательной. В то время как для других поверхностей нагрева тепловое сопротивление теплоотдаче от стенки к рабочей среде мало по сравнению с тепловым сопротивлением теплоотдаче от дымовых газов к стенке, для воздухоподогревателя оба тепловых сопротивления примерно одинаковы. Поэтому может оказаться технически и экономически оправданным разделение процесса теплопередачи от газов к воздуху на два процесса: теплопередачу от газов к промежуточному теплоносителю и от последнего к воздуху. Каждый из процессов можно поставить в оптимальные условия.
С этой точки зрения обычные РВП также можно рассматривать как воздухоподогреватели с промежуточным теплоносителем — набивкой; однако процесс, ее перехода из одной среды в другую связан с неизбежными присосами воздуха в дымовые газы.
Ниже рассмотрены лишь устройства для предварительного подогрева воздуха с использованием в качестве промежуточного теплоносителя воды или водяного пара. В атомной энергетике, химии, космической технике широко используются другие промежуточные теплоносители: жидкие металлы, газы, органические вещества и неорганические соединения; однако в обычной теплоэнергетике они пока не нашли применения из-за некоторого усложнения эксплуатации. Можно ожидать, что по мере освоения и удешевления установок с промежуточным теплоносителем они займут некоторое место и в «классической» теплоэнергетике.
7. Системы с передачей тепла от дымовых газов к воздуху при помощи промежуточного теплоносителя различаются по характеру связи устройств для передачи тепла от дымовых газов к промтеплоносителю и от последнего к воздуху.
а )Замкнутая система «экономайзер низкого давления — калорифер— насос — экономайзер низкого давления». Система снабжается расширительным баком;
б) система «газовый испаритель — калорифер»;
в) воздухоподогреватель с «тепловыми трубками», у которого дымовые газы и воздух, в отличие от обычных воздухоподогревателей, омывают не одну и ту же поверхность нагрева, а разные части ее; однако эти поверхности примыкают друг к другу и разделены лишь трубной доской.
Такой воздухоподогреватель как бы совмещает в одном аппарате газовый испаритель и калорифер, но без выдачи дистиллята.
В системах поверхности нагрева, передающие тепло от дымовых газов к промтеплоносителю и от промтеплоносителя к воздуху, могут быть размещены независимо друг от друга и связаны лишь трубопроводами сравнительно небольшого диаметра. Связанные с этим компоновочные преимущества могут быть реализованы в полной мере лишь в конструкциях котельных агрегатов, где весь подогрев воздуха осуществляется при помощи промтеплоносителей, а воздухоподогреватели обычного типа отсутствуют. По сравнению с воздухоподогревателями из тепловых трубок системы «экономайзер низкого давления — калорифер» представляют собой дальнейший шаг к разделению процесса передачи тепла от дымовых газов к воздуху на две независимые части. В системах «экономайзер низкого давления — калорифер» эти части не должны примыкать друг к другу, как в тепловых трубах, а могут быть размещены в наиболее удобных по компоновочным соображениям местах котельной установки. Экономайзер низкого давления и калорифер не связаны друг с другом ни схемой включения, ни геометрическими размерами; для каждого из них могут быть выбраны оптимальные конструктивные формы. При этом утрачивается, однако, существенное преимущество воздухоподогревателя из тепловых труб — наличие большого числа независимо работающих теплообменников, при котором выход из строя одной трубки не влияет на работу всей установки. Система экономайзер низкого давления — калорифер работает как единое целое и при любом повреждении какого-либо ее элемента выходит из строя. Разделение же ее на несколько параллельных контуров, например при помощи пильных дисков по алюминию, нецелесообразно из-за увеличения числа перекачивающих насосов или арматуры.
8. В более сложных схемах экономайзеры низкого давления включаются в качестве элемента схемы подогрева питательной воды по ходу воды до или после деаэратора. Появляется газовый подогреватель питательной воды (низкого или высокого давления), заменяющий подогреватель низкого или высокого давления в регенеративной схеме турбины. Освободившийся при этом отборный пар используют для предварительного подогрева воздуха в калорифере (схема г). При этом можно заменить отбор пара более высокого давления для подогрева питательной воды отбором пара более низкого давления на калориферы. В таких случаях может быть достигнута экономия топлива в турбинном цехе даже при условии, что в калориферах используют пар такого давления, который при простейшей схеме парового подогрева воздуха экономии не дает. В то же время при надлежащем размещении газового подогревателя (или экономайзера низкого давления) в газовом тракте котельного агрегата получают экономию топлива также и в котельном цехе, или, по крайней мере, избегают перерасхода в нем топлива.
Как видно из приведенного краткого обзора, идея о необходимости тесного объединения и совместного проектирования низкопотенциальных частей котельного и турбинного агрегатов, высказанная в процессе создания первой отечественной установки предварительного парового подогрева воздуха, получила широкое и разнообразное применение в отечественной теплоэнергетике.
9. Применение в качестве паровых воздухоподогревателей калориферов, использовавшихся в системах вентиляции помещений (санитарно-технического типа), позволило выполнить схему парового подогрева воздуха из имевшегося оборудования и благодаря этому реализовать калориферные установки для котлов разных типов и мощности.
Вместе с тем эти калориферы чрезмерно громоздки, металлоемки, не обеспечивают требуемой паровой плотности. В связи с этим потребовалась разработка новых конструкций калориферов. Ниже будут рассмотрены новые разработки как по усовершенствованию схем и конструкций низкопотенциальных элементов котельных и турбинных установок, так и по созданию более рациональных конструкций калориферов.
Более подробно способы непрямого подогрева воздуха в котлах рассмотрены в следующих статьях:
— .
— .
— .
— .
— .