Условия работы существенно отличаются от условий работы других поверхностей нагрева . С одной стороны, разности температур в воздухоподогревателе меньше, чем в других поверхностях нагрева; с другой стороны, отношение водяных эквивалентов (суммарных теплоемкостей) греющей и нагреваемой сред в воздухоподогревателе больше единицы, тогда как в остальных поверхностях нагрева — меньше единицы. Вследствие этого меньшая разность температур у воздухоподогревателя имеет место не на холодной стороне по ходу газов, как у других поверхностей нагрева, а на горячей стороне. Поэтому температура уходящих газов в большинстве современных котельных установок определяется экономически обоснованной разностью температур на горячей стороне воздухоподогревателя (обычно не менее 30—40°С).
На рисунке ниже показаны температурные диаграммы дымовых газов и воздуха в одноступенчатом воздухоподогревателе при разных отношениях водяных эквивалентов этих сред:
Из рисунка видно, что при заданной минимальной разности температур на горячей стороне воздухоподогревателя и температуре горячего воздуха температура уходящих газов определяется величиной ф. Последняя, как известно, зависит от влажности топлива, содержания в нем водорода и от присосов воздуха в котлоагрегате. Присосы воздуха можно уменьшить, если качественно сварить между собой листы обмуровки сварочным полуавтоматом.
В тех случаях, когда по условиям горения топлива необходим высокий подогрев воздуха, это соотношение определяет возможность снижения температуры уходящих газов. На рисунке ниже показана эта зависимость, причем принято, что температура воздуха на входе в воздухоподогреватель равна 30°С, а разность температур газов и воздуха на горячей стороне воздухоподогревателя составляет 40°С. При подогреве воздуха в одноступенчатом воздухоподогревателе до 400—420°С, даже при благоприятных соотношениях водяных эквивалентов газов и воздуха, т. е. ф =0,8-0,85 (АШ, мазут), температура уходящих газов не может быть ниже 130—150°С. При сжигании влажных топлив (фрезторфа, некоторых бурых углей) с ф = 0,65 температура уходящих газов в этом случае составит 200—220°С.
Для увеличения разности температур в трубчатых воздухоподогревателях применяется двухступенчатая компоновка воздухоподогревателя в рассечку с . Однако при такой компоновке резко увеличивается высота конвективной шахты котла, а во многих случаях и всего котельного агрегата.
Для регенеративных воздухоподогревателей двухступенчатая компоновка никогда не применялась, так как она могла бы привести к резкому увеличению присосов воздуха. Сочетание регенеративного воздухоподогревателя с трубчатым, примененное на котлоагрегатах типа ТП-100, оказалось малоудачным из-за загрязнения воздушной стороны трубчатого воздухоподогревателя (второй по ходу воздуха) , вынесенной из регенеративной ступени.
С учетом сказанного наиболее желательно создание одноступенчатого воздухоподогревателя, у которого водяные эквиваленты дымовых газов и воздуха были бы близки между собою. В этом случае ограничения по подогреву воздуха и снижению температуры уходящих газов отпадают. Для этого следует направлять в воздухоподогреватель лишь часть потока газов (65—85%), а остальную часть ответвлять в параллельный газоход. Основные трудности при этом, как будет видно из дальнейшего, связаны с рациональным использованием тепла продуктов сгорания в байпасном газоходе.
Проектная и расчетная разработка схем с разделением газоходов в области воздухоподогревателя проводилась в СССР для большого количества котлоагрегатов. Наибольший опыт практического осуществления получен на парогенераторах типов ТПП-110 и ТПП-210 блоков мощностью 300 МВт, сжигающих АШ. На этом топливе высокий подогрев воздуха необходим не только для повышения экономичности горения путем уменьшения механического недожога, но и для обеспечения устойчивого горения.
Освоение этих котлоагрегатов было связано со значительными трудностями, обусловленными недостаточно высокой температурой подогрева воздуха.