Підігрів повітря і розташування економайзера і повітропідігрівач в газовому тракті

Температура насичення середовища у випарних поверхнях нагріву при тиску більше 1 МПа є вищою від наявної температури продуктів згорання, які ідуть з котла, а тому при завершенні в них тепловикористання не можна забезпечити необхідну теплову економічність установки.

Тому в сучасних котлах використання теплоти продуктів згорання завершується в економайзері і повітропідігрівачі. В економайзері підігрівається живильна вода і деколи відбувається її часткове випаровування. В повітропідігрівачі здійснюється підігрів повітря, яке подається в топку для спалювання палива. Підігрів повітря, яке поступає в топку, інтенсифікує радіаційне теплосприйняття екранів і знижує втрати від хімічного і механічного недопалу палива.

Наявність економайзера і повітропідігрівача забезпечує можливість охолодження продуктів згорання до технічно і економічно виправданої межі.

Температура живильної води для енергетичних котлів з тиском пари більше 3,93 МПа згідно ГОСТ приймається рівною 150, 215 і 230 °С залежно від розвитку регенеративного підігріву води, який проводиться з метою підвищення економічності роботи електростанції. Для котлів виробничого призначення температура живильної води після її термічної деаерації складає 104 °С.

Таким чином, для енергетичних котлів температура живильної води вища за температуру продуктів згорання, які ідуть з котла, і за умовами організації теплообміну необхідне використання теплоносія з нижчою початковою температурою, яким і є повітря. Таким чином, теплосприйняття в енергетичних котлах має завершуватися у повітропідігрівачі. Кінцева температура підігріву повітря вибирається залежно від виду палива і способу його спалювання.

Економічно вигідніше, щоб температура підігріву повітря була вища, ніж температура живильної води після економайзера. Збільшення поверхні нагріву повітропідігрівача при підвищеній температурі підігріву повітря компенсується зменшенням дорожчої і відповідальнішої поверхні нагріву економайзера. Окрім цього, збільшення температури підігріву повітря на 100 °С підвищує приблизно на 50 °С температуру горіння палива, що сприяє зменшенню необхідних поверхонь нагріву, розташованих в топці, за рахунок інтенсифікації радіаційного теплообміну. Компоновку економайзера і повітропідігрівача виконують одно- і двоступінчатою.

Температура підігріву повітря при одноступінчатій компоновці лімітована. При протитечійному русі продуктів згорання і повітря температурний напір в повітропідігрівачі безперервно зменшується, починаючи з його холодного кінця, де ця різниця має найбільше значення до на гарячому кінці. Тут , , і - температури холодного повітря, підігрітого повітря, продуктів згорання перед повітропідігрівачем і після нього, °С.

Таким чином, при підвищенні середній розрахунковий температурний напір швидко зменшується і відповідно збільшується необхідна поверхня нагріву повітропідігрівача. Зниження температурного напору визначається тим, що об'єм і теплоємність гріючих продуктів згорання більші, ніж у повітря, яке нагрівається. Максимальна температура підігріву повітря при одноступінчатій компоновці може бути визначена з виразу:

( (5)

де ; - водяний еквівалент повітря; - водяний еквівалент продуктів згорання.

Розв’язок рівняння (5) дає значення максимальної температури підігріву повітря. За умовами ефективності теплообміну температурний напір на гарячому кінці повітропідігрівача має бути не нижче 50-60 °С, і тоді, наприклад, при ω_п/ω_г=0,7 отримуємо = 270°С. Подальше підвищення температури підігріву повітря при одноходовій компоновці нераціональне, оскільки викликає зменшення температурного напору на гарячому кінці повітропідігрівача і відповідно збільшення його поверхні нагріву. При деякому значенні виходить = 0 і подальше підвищення температури повітря неможливе.

При високому підігріві повітря необхідне використання двоступінчатої компоновки економайзера і повітропідігрівача, тобто догрів повітря в області вищої температури продуктів згорання (рис. 3). При цьому за умовами теплообміну в економайзері і техніко-економічними показниками температура підігріву повітря за першим ступенем повітропідігрівача (°С) приймається:

(6)

де - температура води на вході в економайзер, °С.

Рис. 3. Компоновка економайзера і повітропідігрівача:

а - одноступінчата; б – двоступінчата

Температуру підігріву повітря при спалюванні природного газу і мазуту рекомендується приймати 200-300 °С, а при шаровому спалюванні палива 200-250 °С. Цим визначається можливість використання одноходової компоновки економайзера і повітропідігрівача для котлів, які працюють на вказаних паливах. Для котлів, які працюють на вологому пилоподібному твердому паливі, доцільний підігрів повітря до 350-400 °С і для таких установок використовується двоступінчата компоновка. Подальше підвищення температури підігріву повітря обмежується необхідністю використання при >450°С легованих металів або спеціальних матеріалів, або спеціальних складних конструкцій повітропідігрівачів. Температура продуктів згорання на вході в трубчастий повітропідігрівач за умовами окалино утворення трубних дощок не має перевищувати 530 °С.