ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ВОЗДУХА ТОПОЧНЫМ ГАЗОМ, СПОСОБ УСТАНОВКИ, А ТАКЖЕ ВОЗДУШНЫЙ ТРУБНЫЙ КОМПОНЕНТ ДЛЯ ПОДОГРЕВАТЕЛЯ ВОЗДУХА ТОПОЧНЫМ ГАЗОМ
AIR HEATER WITH FLUE GAS, INSTALLATION METHOD, AIR PIPE COMPONENT FOR AIR HEATER WITH FLUE GAS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к способу установки воздушных труб подогревателя воздуха топочным газом. Кроме того, настоящее изобретение относится к подогревателю воздуха топочным газом. Настоящее изобретение также относится к компоненту воздушной трубы для подогревателя воздуха топочным газом.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Luftvorwärmer
Для предварительного подогрева воздуха горения, поступающего в топочную камеру большой твердотопливной котельной установки, в основном применяют подогреватели воздуха топочным газом (немецкий термин или сокращенно LUVO), в которых нагревающая среда, т.е. поток топочных газов, протекает снаружи теплообменных труб, а другая среда, подлежащая подогреву, т.е. воздух, протекает внутри теплообменных труб. Теплообменные трубы, которые в настоящем описании также называются «воздушные трубы», обычно размещают в дымоходе горизонтально, и большое число теплообменных труб образует теплообменный блок. Теплообменные блоки на различных уровнях по высоте соединены друг с другом воздуховодами, которые размещены за пределами дымохода. Кроме того, существуют конфигурации, в которых топочный газ протекает внутри теплообменных труб, и в которых теплообменные трубы являются вертикальными.
Известны конфигурации, в которых температура воздушной трубы со стороны впуска воздуха у первоначального конца воздушной трубы весьма низка. Это существенное охлаждающее воздействие на воздух у впускного конца воздушной трубы объясняется тем фактом, что в точке входа коэффициент теплообмена потока в несколько раз выше, чем эта же величина потока, более удаленного в трубе. Более того, воздух, поступающий в воздушную трубу, не успевает по существу прогреться на первоначальном конце воздушной трубы. Сильное охлаждение приводит к возникновению относительно низкой температуры материала со стороны впуска воздуха теплообменного блока подогревателя, несмотря на то что средняя температура топочных газов относительно высока. Таким образом, на поверхности теплообменного блока, и в частности на поверхности воздушных труб может быть достигнута температура, которая соответствует температуре кислотной точки росы топочных газов. Достижение кислотной температуры точки росы в топочных газах в свою очередь вызывает сильную коррозию в холодной теплообменной структуре из-за конденсированной воды и серной кислоты и эрозию в течение короткого времени, в особенности с «трубными» топливами. В частности, соединение между самой холодной воздушной трубой и концевой пластиной, соединенной с ней, может коррозировать, если температура материала окажется слишком низкой. Указанная концевая пластина одновременно является частью стенки дымохода.
На холодном конце (со стороны впуска воздуха первоначального конца воздушной трубы) самых холодных воздушных труб вокруг наружной поверхности воздушных труб устанавливают трубчатую теплоизоляцию различных типов для того, чтобы предотвратить коррозию воздушной трубы. Помимо этого, внутри воздушной трубы помещают различные защитные втулкообразные структуры, например, в том числе термоизоляции.
После того, как коррозия, несмотря на все предосторожности, зашла слишком далеко, известный в технике способ подразумевал исключение воздушных труб из работы путем их блокирования. Однако это не что иное, как временное средство. В основном, однако, ремонт, подразумевал извлечение из дымохода всего содержащего сотни воздушных труб теплообменного блока или так называемого блока LUVO, и замену его новым блоком LUVO. Очевидно, что подобная операция весьма трудоемка, поскольку вес теплообменного устройства может достигать 150 т, а длина одной воздушной трубы может доходить, например, до 6 м. Кроме того, при замене, новые воздушные трубы соединяют обоими концами с двумя концевыми пластинами блока LUVO.
Очевидно, что замена и ремонт блока LUVO целиком приведет к длительному простою котельной установки, и подобную работу нельзя выполнить каким-либо иным путем, с более короткими прерываниями работы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже будет приведено решение, которое при ремонте и замене воздушных труб позволит избежать замены блока LUVO целиком.
Для достижения этой цели предлагается способ установки воздушных труб подогревателя воздуха топочным газом в соответствии с настоящим изобретением, которое характеризуется пп. 1-8 формулы изобретения. Подогреватель воздуха топочным газом в соответствии с настоящим изобретением характеризуется пп. 10 и 13 формулы изобретения. Воздушный трубный компонент для подогревателя воздуха топочным газом в соответствии с настоящим изобретением характеризуется п.14 формулы изобретения.
По одному из вариантов осуществления воздушную трубу, подлежащую замене, отрезают с, по меньшей мере, одного конца на определенную длину таким образом, чтобы между концевой пластиной и остатком воздушной трубы установить новую воздушную трубу. По существу, концевую пластину целиком, или, по меньшей мере, частично можно также заменить новой концевой пластиной.
Преимущество предлагаемого решения состоит в том, что отпадает необходимость замены всего блока LUVO. При условии использования этого решения участок заново поставленных воздушных труб может в целом составить всего 15 тонн от общего веса блока LUVO.
Новые и старые воздушные трубы соединяют друг с другом наиболее целесообразным образом, например путем формирования конца новой воздушной трубы в виде прямого конуса, что, например, может быть достигнуто с использованием металлообрабатывающего станка для концов труб. Конус плотно устанавливается в конце старой воздушной трубы за счет использования конической формы и способа установки, принципы которой частично соответствуют способу установки муфты, конструкция которой будет описана ниже. Гораздо проще и быстрее выполнить замену всего лишь конца или части воздушной трубы, чем заменять воздушную трубу целиком.
Новую трубу в соответствии с конкретным вариантом осуществления соединяют с крепежной муфтой, которая является трубчатой и которую вставляют в новую и старую воздушную трубу. Используя крепежную муфту, создают единую непрерывную воздушную трубу. Согласно одному варианту способа крепления, плотность крепления между крепежной муфтой и старой воздушной трубой основывается на механической плотности, в которой старая воздушная труба не присоединяется к крепежной муфте с помощью сварки. Практически говоря, в этом случае сварка была бы вообще невозможна потому, что воздушные трубы размещены в блоке LUVO, слишком близко одна к другой.
В соответствии с некоторыми примерами осуществления, уплотнение обеспечивается за счет или конической формы крепежной муфты, или за счет одного или более уплотнительных колец крепежной муфты, или за счет того и другого одновременно. Наружная коническая рубашка крепежной муфты герметично прижимается к внутренней поверхности старой воздушной трубы при установке после приложения достаточного усилия. Затем новую воздушную трубу целесообразным способом соединяют с концевой пластиной.
В одном примере осуществления крепежная муфта представляет собой незавершенную трубчатую крепежную заготовку втулки, которую присоединяют к новой воздушной трубе в основном при помощи сварки, таким образом, указанная часть заготовки крепежной муфты остается внутри конца новой воздушной трубы, а часть заготовки крепежной муфты выступает наружу из конца новой воздушной трубы в виде ее продолжения. В основном заготовку крепежной муфты, когда ее соединяют с новой воздушной трубой, обрабатывают, в частности, на токарном станке. Следовательно, простые измерения могут быть выполнены для того, чтобы новая воздушная труба, вставленная крепежная муфта и цилиндрическая или коническая наружная поверхность крепежной муфты будут соосны. Таким способом удается избежать того, что крепежная муфта будет зафиксирована к старой воздушной трубе в наклонном положении, что в свою очередь приведет к возникновению проблем нарушения плотности механического крепления.
Заменяя воздушную трубу, в первоначальный конец воздушной трубы можно вставить воздушную направляющую втулку; указанная воздушная направляющая втулка изготовлена из материала с низкой теплопроводностью, причем она предназначена для уменьшения турбулентности воздушного потока. Указанная воздушная направляющая втулка приспособлена для направления поступающего на горение и подлежащего подогреву воздуха для контакта с внутренней поверхностью воздушной трубы на расстоянии от первоначального конца воздушной трубы. Таким способом охлаждение наружной поверхности первоначального конца воздушной трубы и подогрев воздуха в воздушной трубе происходят на большем расстоянии и более равномерно.
Трубчатые крепежные муфты можно устанавливать даже в новые блоки LUVO, в этом случае крепежная муфта будет использована для присоединения новых воздушных труб друг к другу. Позже это упростит процедуру замены воздушных труб. В случае появления необходимости замены воздушных труб первоначальный конец воздушной трубы совместно с муфтой можно отсоединить от остальной части воздушной трубы, не прибегая к обрезке. Для применения этого способа нужно выправить обрезанное место воздушной трубы, а ее внутреннюю поверхность можно откалибровать на требуемую длину более легко и с меньшим количеством измерений, чем при выполнении обрезания воздушной трубы, например, используя дисковую отрезную машинку.
В соответствии с другим примером осуществления, первоначальный конец воздушной трубы или другие части, которые являются критически уязвимыми с точки зрения коррозии, могут аналогично быть изготовлены с помощью вышеуказанной системы из другого материала по сравнению с материалом, из которого состоит остальная часть трубы. Таким путем можно достичь значительных результатов по повышению общего срока службы указанной трубы или провести испытания материалов.
В другом варианте осуществления материалы, из которых изготовлены крепежная муфта и воздушная труба, подбирают с учетом температурного расширения так, чтобы достаточное уплотнение поддерживалось при разных температурах. Более конкретно, желательно, чтобы материал крепежной муфты обладал более высоким коэффициентом температурного расширения, чем материал воздушной трубы.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже приводится более подробное описание изобретения со ссылкой на прилагаемые основополагающие чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает принципиальную схему системы, которая использует сгорание твердого топлива,
фиг. 2 изображает принципиальную схему варианта осуществления подогревателя воздуха топочным газом,
фиг. 3 изображает продольный разрез одной воздушной трубы и воздушной направляющей втулки в подогревателе воздуха топочным газом,
фиг. 4 изображает расположение и структуру воздушных труб в подогревателе воздуха топочным газом,
фиг. 5 изображает вид сбоку варианта осуществления заготовки крепежной муфты,
фиг. 6 изображает вариант осуществления крепежной муфты, присоединенной к воздушной трубе, и
фиг. 7 изображает вариант осуществления крепежной муфты, присоединенной к воздушной трубе, которая составлена из двух различных частей.
На приведенных чертежах с целью их упрощения показаны только те детали, которые необходимы для понимания сущности изобретения. Конструкции и детали, которые не являются необходимыми для понимания сущности изобретения, но очевидны для специалистов в данной области техники, и в которых имеется возможность применить принципы или устройства, известные специалистам в данной области, не изображены на чертежах.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг. 1 изображает принципиальную схему системы по производству и использованию тепловой энергии, например котельной установки, которая работает за счет сжигания твердого топлива. Система состоит из топочной камеры 1, в которой происходит сгорание топлива, из дымохода 2, в который поступают топочные газы, образовавшиеся в результате горения, подогреватель 3 воздуха топочным газом, с помощью которого воздух горения, используемый в процессе сжигания, подогревается перед поступлением в топочную камеру, и стояк 4. Указанный подогреватель 3 расположен в дымоходе 2. Как видно из чертежа, указанный подогреватель 3 расположен на концевом участке дымохода 2 в направлении F потока топочных газов.
Фиг. 2 более подробно изображает вариант осуществления подогревателя 3. В данном варианте потоки воздуха S, P, подлежащие подогреву, направляют в подогреватель воздуха 3 из расположенных в нижней части зон 5, 6 подачи воздуха. Нагретый воздух выпускают из верхней части подогревателя воздуха 3. В данном варианте осуществления подогреватель 3 содержит два воздушных циркуляционных контура, т.е. первичный воздушный контур Р и вторичный воздушный контур S. Оба воздушных контура Р и S содержат воздушные трубы 7, горизонтально размещенные в дымоходе 2, при этом теплообменные блоки на разных уровнях соединены друг с другом каналами, располагающимися снаружи дымохода 2.
Фиг. 3 изображает первоначальный конец одной воздушной трубы подогревателя 3 воздуха топочным газом в продольном разрезе. Теплообменный блок, размещенный в основном в вертикальном дымоходе 2, содержит 20-30 труб 7, расположенных одна над другой, и приблизительно сотню труб, расположенных вблизи друг с другом по горизонтали. Фиг. 3 изображает первоначальный конец воздушной трубы 7, и в этом варианте в нем установлена воздушная направляющая переходная втулка 8. В настоящем варианте воздушная труба 7 на небольшую длину (приблизительно на 1/3) проходит в теплоизоляционный слой 9, который окружает дымоход 2. Указанную воздушную трубу 7 можно, например, приварить или запрессовать газонепроницаемым способом к концевой пластине 10 или к стенке дымохода 2. В рассматриваемом варианте воздушная направляющая переходная втулка 8 проходит через теплоизоляционный слой 9, а наружная поверхность воздушной направляющей переходной втулки плотно соединена с концом воздушной трубы 7. Для уплотнения можно использовать, например, силикон. Впускной конец 8а воздушной направляющей втулки 8, т.е. впуск воздушного потока в рассматриваемом варианте выполнен в виде воронки. В варианте осуществления, показанном на фиг. 3, существует зазор 11 между воздушной направляющей втулкой 8 и воздушной трубой 7. Конструкция концевого участка воздушной трубы 7 соответствует конструкции, изображенной на фиг. 3, однако воздушная направляющая втулка не является необходимой.
Длина воздушной направляющей переходной втулки 8 в основном более чем 3-8 диаметров воздушной трубы 7. Диаметр воздушной трубы, например, составляет около 50 мм. Выпускной конец 8b воздушной направляющей втулки 8, который расположен внутри воздушной трубы 7, имеет такую форму, чтобы не вызывать значительной турбулентности воздушного потока, который выходит из воздушной направляющей втулки. В рассматриваемом варианте осуществления конец 8b воздушной направляющей втулки имеет такую форму, что часть стенки от поверхности, ограниченной наружной окружностью трубы, сокращается в направлении конца 8b.
Фиг. 4 более подробно изображает несколько воздушных труб 7 в теплообменном блоке подогревателя 3 воздуха топочным газом, в частности их первоначальные концы, которые помещаются между промежуточной опорой 12 в теплообменном устройстве и концевой пластиной 10. Нижняя воздушная труба 7 показана с условным разрезом для того, чтобы более наглядно показать крепежную муфту 13. Расстояние между промежуточной опорой 12 и концевой пластиной 10 составляет, например, 1300 мм, однако оно может изменяться. Первоначальные концы воздушных труб 7 были отделены путем обрезания воздушной трубы 7 и удаления части воздушной трубы 7. Оставшаяся часть воздушной трубы 7 образует в описании часть, которая названа старой воздушной трубой 7b. Центральная часть концевого участка воздушной трубы 7 остается на месте. По существу, старая воздушная труба 7b проходит через промежуточную опору 12. Та часть воздушной трубы 7, которая подлежит замене, представляет собой часть, называемую в данном описании новой воздушной трубой 7а. Первоначальный конец воздушной трубы 7 представляет собой отдельную новую воздушную трубу 7а, которая присоединена к старой воздушной трубе 7b посредством трубчатой крепежной муфты 13. Новая и старая воздушные трубы соединены друг с другом таким образом, что они расположены так, чтобы быть как можно более параллельно и концентрически. Первоначальный конец воздушной трубы 7 соединен с концевой пластиной 10.
Фиг. 5 более подробно изображает пример осуществления заготовки 13 крепежной муфты, первый конец 13а которой обработан на металлообрабатывающем станке, например на токарном станке, таким образом, чтобы его можно было вставить в новую воздушную трубу 7а, как это показано на фиг. 6. Заготовка крепежной муфты 13, например, изготовлена из трубы, и материал, из которого она выполнена - сталь. Указанная заготовка крепежной муфты 13 выполнена в виде трубчатой ротационно-симметричной детали, наружная поверхность которой предпочтительно имеет форму прямого цилиндра в этой части первого конца 13а, который расположен внутри новой воздушной трубы 7а. Противоположный, второй конец 13с крепежной муфты 13, выполнен большим по диаметру, чем первый конец 13а, по этой причине заготовка крепежной муфты содержит достаточно материала для машинной обработки. Следовательно, второй конец 13с содержит материал заготовки, подлежащий обработке и установке, чтобы соответствовать способу крепления. Предпочтительно между концами 13а и 13b обеспечен также буртик 13b, диаметр которого превышает диаметр первого конца 13а, и в который упирается конец новой воздушной трубы 7а. Буртик 13b и новая воздушная труба плотно соединяют сваркой. Предпочтительно, чтобы диаметр буртика 13b был меньше, чем наружный диаметр новой воздушной трубы 7а. Наружный диаметр первого конца 13а по существу соответствует внутреннему диаметру новой воздушной трубы 7а.
Новую воздушную трубу с заготовкой крепежной муфты 13 закрепляют на соответствующем металлообрабатывающем оборудовании, например на токарном станке, и обрабатывают второй конец 13с заготовки крепежной муфты 13, чтобы он стал параллельным и концентрическим с новой воздушной трубой 7а. При указанной обработке диаметр второго конца 13с заготовки крепежной муфты 13 уменьшают и формируют его или в виде прямого цилиндра, диаметр которого в значительной степени соответствует внутреннему диаметру старой воздушной трубы 7b, или в виде прямого конуса 13d, причем наружный диаметр конуса уменьшается в направлении наружного второго конца 13с заготовки 13 крепежной муфты, расположенной внутри старой воздушной трубы 7b, как это изображено на фиг. 7. В основном, после обрезки воздушной трубы 7, в которой старая воздушная труба 7b остается, конец старой воздушной трубы 7b должен быть выпрямлен и откалиброван по внутренней поверхности для обеспечения надежного соединения и уплотнения. При необходимости шов, образовавшийся при обработке воздушной трубы 7, удаляют с внутренней поверхности. Выпрямление и калибровку применяют к участку длиной 15 мм или больше на внутренней поверхности старой воздушной трубы 7. Выпрямление и калибровку можно выполнить способами, известными специалистам в данной области, например, на станках, для концов труб.
Один или более прокладок 13f, которые предпочтительно являются гибкими, устанавливают между крепежной муфтой 13 и воздушной трубой 7. На поверхности конуса 13d или цилиндра, или в непосредственной близости от них обеспечивают одну или более канавок, в которые может быть установлен между крепежной муфтой 13 и воздушной трубой 7 прокладка 13f или уплотнительное кольцо, предназначенные для герметизации зазора между крепежной муфтой 13 и воздушной трубой 7. Наружный диаметр конуса 13d и наклон его образующей подобраны таким образом, чтобы конец старой воздушной трубы 7b плотно и с достаточной силой трения прилегал к крепежной муфте 13, когда крепежную муфту 13, соединенную с новой воздушной трубой 7а, под усилием вдвигают в старую воздушную трубу 7b. Указанное усилие создают способами, известными специалистам, например, ударяя молотком по торцу новой воздушной трубы 7а, который следует для этого защитить от повреждения, прикрыв его оправкой.
Наклон образующей конуса 13d согласно одному из вариантов осуществления составляет всего 1-2 градуса. За конусом или цилиндром в самой наружной части второго конца 13с, например, другой прямой цилиндр 13е может быть обработан, чей наружный диаметр выбран в соответствии с размером воздушной трубы.
Перед соединением старой и новой воздушных труб концевая пластина 10 поставлена на место, и новая воздушная труба 7а была вставлена в отверстие концевой пластины 10. После соединения частей воздушной трубы вместе воздушную трубу 7 прикрепляют к концевой пластине 10, применив для этого, например, запрессовку или сварку таким образом, чтобы между концевой пластиной 10 и воздушной трубой 7 не оставалось каких-либо зазоров, сообщающихся с дымоходом. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения вокруг воздушной трубы 7 помещают также защитную втулку, проходящую через концевую пластину 10 и приваренную к концевой пластине. Для предотвращения утечки топочных газов из дымохода между защитным кожухом, воздушной направляющей переходной втулкой и воздушной трубой устанавливают различные прокладки.
Как уже отмечалось выше, возможно также изготовление указанным выше способом полностью новых теплообменных блоков для подогревателя 3, как указано выше. В этом случае воздушную трубу изготовляют выше описанным способом, используя части воздушной трубы, исключая при этом необходимость резки. Таким образом, будет использоваться компонент, содержащий крепежную втулку и новую воздушную трубу, или заготовку крепежной втулки. Впоследствии соответствующую деталь можно будет использовать при ремонте старой воздушной трубы или при замене старой воздушной трубы на новую.
Способы и изделия, представленные выше в связи с различными вариантами настоящего изобретения, не должны толковаться в качестве примеров, исчерпывающих его применение, на самом деле, представленное решение может быть применено в пределах объема, определяемого прилагаемой формулой изобретения.