1.3. Воздухоподогреватели

По принципу работы воздухоподогреватели делятся на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных передачах теплоты от потока продуктов сгорания к на­греваемому воздуху происходит непрерывно через разделяющие эти потоки металлические стенки поверхно­стей нагрева (труб или пластин). В регенеративных воз­духоподогревателях имеющаяся металлическая набивка (пластины, шары и т. п.) попеременно то нагревается в потоке дымовых газов, то охлаждается в воздушном потоке, отдавая ему полученную аккумулированную теплоту. Рекуперативные воздухоподогреватели под­разделяют по виду применяемого материала на чугунные, стальные и неметаллические, а по конструк­тивному оформлению — на пластинчатые и трубчатые. У чугунных воздухоподогревателей толщина теплопередающей поверхности обычно равна 6 мм, а у стальных 0,5—2,0 мм. Поверхность нагрева чугунного воздухопо­догревателя состоит чаще всего из горизонтальных овальных чугунных труб. Продукты сгорания проходят между трубами, а воздух — внутри труб. Трубы снаб­жены наружными и внутренними ребрами, увеличиваю­щими их поверхность нагрева. В последние годы чугун­ные воздухоподогреватели в котлостроении практически не применяются, так как они громоздки, имеют большую массу, обладают плохой технологичностью (невозмож­ность сварки), хрупкостью. К их преимуществу относятся стойкость против коррозии и жаростойкость, позво­ляющие обеспечить нагрев воздуха до 450^оС.

Рис. 1.3.1. Схема трубчатого двухъярусного воздухоподо­гревателя

1 — вход газов; 2 — выход газов; 3 — вход воздуха; 4— выход воздуха; 5 — нижние секции (кубы) воздухоподо­гревателя; 6 — верхние сек­ции; 7 и 8 — перепускные короба для воздуха; 9 — на­ружный компенсатор; 10 — место установки экономай­зера; 11 — компенсатор на перепускном коробе

По уровню нагрева воздуха все воздухоподогревате­ли делят на низкотемпературные (150—200 °С), среднетемпературные (200 — 350 °С), высокотемпературные (350—450 °С) и радиационные (450—700) °С. Трубчатые воздухоподогреватели являются наибо­лее распространенными в России для котлов малой и средней мощности. Для их изготовления обычно приме­няют стальные трубы из Ст20 диаметром 51x1,5; 40хI,5 или 25х1,5 мм. При меньшем диаметре труб воз­духоподогреватель имеет меньшие наружные размеры. Тонкостенные трубы нельзя вальцевать и их приварива­ют к трубным доскам. Трубчатый воздухоподогреватель состоит из пучка параллельных труб, расположенных в шахматном порядке и присоединенных к трубным дос­кам. Трубы вместе с верхней и нижней трубными доска­ми составляют секцию или «куб». Поверхность нагрева зависит от числа труб в кубе и их длины. Воздухоподо­греватель может состоять из одного или нескольких ку­бов. Снаружи воздухоподогреватель имеет плотные стенки и воздухоперепускные короба (рис. 1.3.1.). В вертикальном воздухоподогревателе газ движется внутри труб, а воздух — в межтрубном пространстве; в горизон­тальном воздухоподогревателе — наоборот. Для созда­ния поперечного обтекания труб воздухом в вертикаль­ном воздухоподогревателе устанавливают промежуточ­ные трубные доски.

Трубы вставляют в отверстия трубных досок, а кон­цы их приваривают. Промежуточные доски прикрепля­ют к отдельным трубам на хомутах. Такое крепление промежуточных досок не обеспечивает полной плотно­сти, поэтому наблюдается частичный переток воздуха из одного хода в другой. Это снижает коэффициент исполь­зования, который составляет: в воздухоподогревателе без промежуточных досок 0,75—0,8, при одной промежуточ­ной доске 0,7—0,75, при двух — 0,65—0,7. Толщину труб­ных досок рассчитывают из условия прочности. Доска тем толще, чем меньше промежуток между трубами; обычно его величина около 9 мм. В среднем толщина верхней и нижней досок находится в пределах 15—25 мм, а промежуточных — 5—10 мм. В собранном виде возду­хоподогреватель представляет собой жесткую конст­рукцию.

В зависимости от количества нагреваемого воздуха, требуемой температуры и величины поверхности трубча­тые воздухоподогреватели имеют различную компонов­ку. Нагрев воздуха до 200—250°С можно достигать в одноходовом воздухоподогревателе, до 350—400 °С — в двухходовом или в двухъярусном многоходовом, выпол­няемом обычно в рассечку с водяным экономайзером (см. рис. 1.3.1.). При нагревании трубы воздухоподогрева­теля удлиняются в большей мере, чем короба, а тем бо­лее колонны каркаса, поэтому крепления трубных досок к каркасу котла и коробам должны быть подвижными, чтобы компенсировать разницу в удлинении. Трубчатый воздухоподогреватель состоит из отдельных секций, ко­торые иногда называют кубами (рис. 1.3.2.). Каждый куб представляет собой законченную конструкцию со свои­ми трубными досками, размеры которых являются крат­ными ширине газохода. Деление воздухоподогревателя на секции позволяет транспортировать их и упрощает монтаж. При сборке секции воздухоподогревателя уста­навливают рядом, чтобы заполнить все сечение газохо­да. Во избежание перетока воздуха в газы через зазоры между трубными досками соседних секций ставят уплотнительные полосы (компенсаторы).

В зависимости от скорости воздуха и величины по­верхности нагрева воздухоподогреватели выполняют од­но- и многоходовыми (рис. 1.3.3.). Число ходов и скорость воздуха связаны: при увеличении числа ходов увеличи­вается скорость воздуха. Применение труб малого диа­метра привело к созданию конструкции так называемо­го малогабаритного воздухоподогревателя. Для сохране­ния прежнего значения скорости газов с уменьшением диаметра труб необходимо увеличить их число, которое определяется отношением живого сечения для прохода газов к сечению трубы:

,

где f — живое сечение всех труб воздухоподогревателя, опре- деляе­мое из условия обеспечения заданной скорости газов, м².

Рис. 1.3.2. Схема компоновки воздухоподогревателей

а — многоходовая однопоточная; б—одноходовая однопоточная; в и э— многоходовые двухпоточные

Рис. 1.3.3. Классификация конструкций воздухоподогревателей

а — обычные трубчатые; б — обращенные трубчатые; в — змеевиковые; г—экранный; д — спиральный

При уменьшении диаметра труб коэффициент тепло­передачи увеличивается пропорционально изменению диаметра в степени 0,2. Поэтому при снижении диаметра поверхность нагрева несколько уменьшается.