СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ РЕКУПЕРАТИВНОГО МНОГОХОДОВОГО ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF HEATING CAPACITY INCREASING OF REGENERATIVE MULTIPASS AIR HEATER AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к теплоэнергетике, в частности к увеличению тепловой мощности рекуперативного многоходового воздухоподогревателя (ВЗП).
Известен способ подогрева воздуха в ВЗП с предварительным подогревом всей массы воздуха в калориферах [1].
Недостаток известного способа заключается в необходимости капитальных затрат на сооружение калориферной установки, значительных потерях тепла для прогрева в ней всей массы воздуха, а также в снижении температурного напора, а значит, и уменьшении теплопередачи от газов к воздуху в первой по ходу воздуха и последней по ходу газа - холодной теплообменной секции ВЗП.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному способу является предварительный подогрев воздуха, подаваемого в холодную секцию ВЗП, с последовательным подмешиванием остального холодного воздуха с соблюдением условия поддержания температуры стенки на участке подмешивания выше точки росы [2].
Известный способ, принятый за прототип, имеет ряд недостатков. Ввиду того, что в холодную секцию ВЗП подается лишь часть воздуха, интенсивность теплопередачи там значительно ниже, чем при движении всего потока воздуха. Кроме того, при использовании этого способа не удается достаточно снизить температуру уходящих газов, так как по конструктивным причинам подмешивание холодного воздуха и, соответственно, охлаждение горячего невозможно в последней по ходу газа холодной секции и происходит только после нее, в перепускных коробах.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству в группе изобретений по совокупности признаков является ВЗП, содержащий теплообменные секции, последовательно соединенные между собой по нагреваемой среде перепускными коробами, с установленными в них теплообменниками, калориферы и насос, соединенные трубопроводами с запорно-регулирующей арматурой в контур с промежуточным теплоносителем [3].
Недостаток известного ВЗП заключается в недостаточной степени охлаждения уходящих газов, поскольку теплообменники установлены между последними по ходу воздуха (горячими) секциями ВЗП. Таким образом, происходит рециркуляция тепла от нагретого воздуха из горячей секции к холодному воздуху, проходящему через калориферы, а следовательно, уменьшение температуры нагретого воздуха. Кроме того, возможно перемерзание калорифера при низких зимних температурах атмосферного воздуха.
Техническим результатом группы изобретений является увеличение тепловой мощности рекуперативного многоходового ВЗП за счет снижения температуры уходящих газов при условии отсутствия низкотемпературной коррозии.
Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - способу достигается тем, что в известном способе увеличения тепловой мощности, включающем предварительный подогрев воздуха в калориферах с последующим частичным нагревом и охлаждением до значений, исключающих снижение температуры стенки ниже точки росы, в холодную секцию направляют весь поток предварительно подогретого воздуха, охлаждение осуществляют ступенчато в теплообменниках, которые устанавливают по ходу движения воздуха, начиная с холодной секции, теплоту от теплообменников передают калориферам или другим потребителям через промежуточный теплоноситель, относительно которого ступени теплообменников и калориферов включают параллельно при больших нагрузках и последовательно - при малых, причем сначала загружают первые ступени, затем последующие путем увеличения расхода промежуточного теплоносителя.
Частичное охлаждение воздуха в холодной секции позволит обеспечить лучший съем тепла от уходящих газов за счет увеличения температурного напора холодной секции и всего ВЗП в целом при недопущении низкотемпературной коррозии.
Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - устройству достигается тем, что в ВЗП, содержащем последовательно включенные по греющей среде секции теплообменных поверхностей, установленные в отводящем газоходе топливосжигающей установки и последовательно соединенные между собой по нагреваемой среде перепускными коробами, калориферы, теплообменники и насос, соединенные трубопроводами с запорно-регулирующей арматурой в контур с промежуточным теплоносителем, теплообменники включены в две ступени охлаждения, теплообменник первой ступени установлен в средней части холодной секции, а теплообменник второй ступени - на выходе из нее, калориферы включены в две ступени нагрева, причем теплообменники и первая ступень калорифера имеют общий контур с линиями последовательного и параллельного распределения низкотемпературного теплоносителя, а вторая ступень калорифера соединена и с указанным контуром и с системой теплоснабжения энергоисточника. Установка теплообменников в холодной секции обеспечит более эффективное охлаждение уходящих газов сравнительно с прототипом, поскольку рециркуляция тепла происходит только в ее пределах, и температура нагретого воздуха на выходе из ВЗП практически не меняется. Применение низкотемпературного теплоносителя предотвратит замерзание калорифера.
На чертеже представлено устройство в заявленной группе изобретений.
Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит теплообменники двух ступеней охлаждения 1 и 2, сообщенные с двумя ступенями калорифера 3 и 4, насос 5 для осуществления циркуляции промежуточного теплоносителя и запорно-регулирующую арматуру 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13. Чем больше в секции установлено теплообменников, тем больше температурный напор. Количество теплообменников в каждом конкретном ВЗП необходимо определять из конструктивных особенностей теплообменников и самого ВЗП. Например, если в холодной секции возможен нагрев воздуха на 60°С, а охлаждение в выбранном теплообменнике на 30°С, достаточно установки двух ступеней охлаждения, первой ступени - в средней части холодной секции, а второй - на выходе из нее.
Устройство работает следующим образом.
Холодный воздух подают в воздуховод 14, где воздух предварительно подогревается с помощью низкотемпературного теплоносителя в первой ступени калорифера 3, а затем во второй ступени калорифера 4. Далее воздух проходит входную часть холодной секции 15, где нагревается за счет теплообмена с уходящими газами. При низких темперах атмосферного воздуха и соответственно при больших нагрузках теплообменники 1 и 2 включены параллельно. При этом вентили 6 и 7 открыты, 8 - закрыт. Калорифер 4 при таких условиях включается в один контур с системой теплоснабжения энергоисточника. Для этого открывают задвижки 9, 10, 13 и закрывают задвижки 11, 12. В теплообменнике 1 воздух отдает тепло низкотемпературному теплоносителю, затем снова нагревается в выходной части холодной секции 16 и опять охлаждается в теплообменнике 2, нагревая теплоноситель, идущий на подогрев входящего воздуха в калорифере 3, минуя вторую ступень калорифера. При более высоких температурах атмосферного воздуха и, соответственно, при небольших нагрузках теплообменники 1 и 2 включены последовательно. При этом вентили 6 и 7 закрыты, 8 - открыт. Калорифер 4 при таких условиях работает как вторая ступень нагрева, для этого закрывают задвижки 9, 10, 13 и открывают задвижки 11, 12.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления каждого объекта заявленной группы изобретений с получением указанного технического результата по объекту - способу, заключаются в следующих операциях. В холодную секцию направляют весь поток предварительно подогретого воздуха. После частичного подогрева в ней воздух охлаждают в теплообменнике до значений температур, исключающих низкотемпературную коррозию.
При увеличении нагрузки калориферов (потребителей), например при уменьшении температуры атмосферного воздуха, теплообменники включают параллельно по промежуточному теплоносителю, а при снижении нагрузки - последовательно. Причем регулирование величины нагрузки осуществляют изменением расхода промежуточного теплоносителя. При больших нагрузках потребителей и, соответственно, больших расходах теплоносителя имеется возможность более полно охладить воздух в теплообменниках и, следовательно, уменьшить температуру уходящих газов. При этом передача теплоты от теплообменников к калориферам может быть недостаточной для предварительного подогрева воздуха до значений, исключающих низкотемпературную коррозию, и поэтому калориферы при больших нагрузках включают параллельно. Первую ступень связывают по промежуточному теплоносителю с теплообменниками, а последующие со схемой теплоснабжения энергоисточника. Чем ниже средняя температура воздуха в холодной секции, тем больше разность температур и выше температурный напор, а следовательно, тем больше передача теплоты от газов к воздуху.
При малых нагрузках теплообменники подключают последовательно по промежуточному теплоносителю, что увеличивает его температуру на выходе из них и позволяет отказаться от включения калориферов в схему теплоснабжения энергоисточника, поскольку калориферы при этом включаются также последовательно и воздух в них подогревается только за счет тепла теплообменников.
Таким образом, использование заявленной группы изобретений позволит более эффективно охлаждать уходящие газы, повысить экономичность работы котла и увеличить его тепловую мощность при условии отсутствия низкотемпературной коррозии.
Источники информации
1. Апатовский Л.Е. и др. Подогрев воздуха на тепловых электростанциях / Л.Е.Апатовский, В.Н.Фомина, В.А.Халупович /Под ред. Л.Е.Апатовского - М: Энергоатомиздат, 1986. - 120 с: с ил.
2. А.c. 180284 (СССР). Способ защиты воздухоподогревателя от коррозии / Б.И.Александров, В.М.Биман, А.А.Ларичева и др. Опубл. в Б.И. 21.3.1966, №7.
3. А.с. 992921 (СССР). Воздухоподогреватель / А.Н.Бирюков. Опубл. в Б.И. 30.01.83, №4.