регенеративный вращающийся воздухоподогреватель

Формула изобретения

Регенеративный вращающийся воздухоподогреватель с противоточным движением уходящих газов и воздуха, содержащий кожух, патрубки для подвода и отвода газов и воздуха, барабан, разделенный на сектора и вращающийся за счет привода на валу, закрепленном в упорном и опорно-упорном подшипниках, внутренний объем секторов заполнен набивкой, между патрубками подвода и отвода газов и воздуха установлены уплотнения, отличающийся тем, что патрубки подвода и отвода газов и воздуха установлены на цилиндрической поверхности кожуха, в качестве набивки в секторах использован насыпной материал, набивка по высоте разбита на участки, которые начинаются и заканчиваются парами коробов, образующих полость и установленных выпуклой поверхностью вниз, в верхнем коробе в центральной части, а в нижнем коробе в периферийной части выполнены отверстия, между патрубками подвода и отвода газов и воздуха по всей высоте цилиндрической поверхности кожуха размещены два дополнительных патрубка, в дополнительные патрубки и в полость, образованную нижними торцевыми поверхностями барабана и кожуха, выполнен ввод уходящих газов с давлением, равным давлению воздуха в воздухоподогревателе, вверху и внизу цилиндрической поверхности кожуха и по периферии патрубков для дополнительного ввода газов установлены периферийные уплотнения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетике, в частности к устройствам для утилизации теплоты уходящих дымовых газов - воздухоподогревателям, предназначено для использования в топливосжигающих установках, работающих на природном газе, например в котлах тепловых электрических станций или котельных при низком значении температуры наружного воздуха, включая ее отрицательные значения, и направлено на повышение эффективности и надежности при эксплуатации регенеративных вращающихся воздухоподогревателей (РВВ).

В технике РВВ известны давно и успешно эксплуатируются в котельных установках. Конструктивно известные РВВ обычно содержат кожух с торцевыми патрубками для подвода и отвода уходящих газов и воздуха, обеспечивая противоточное движение газов и воздуха, вращающийся барабан, установленный на вертикальном валу, закрепленный в подшипниках и разделенный по окружности на сектора, внутреннее пространство которых заполнено набивкой из гофрированных стальных листов, электрический привод барабана и средства для защиты набивки от низкотемпературной коррозии и снижения перетекания воздуха на сторону газов. В качестве средств защиты набивки от низкотемпературной коррозии в технике известно разделение набивки по высоте на «горячую» и «холодную» части с предварительным подогревом всего потока воздуха в калориферах (1), рециркуляция предварительно подогретого в калориферах перед подачей в РВВ потока горячего воздуха в поток холодного воздуха (2). Возможна также комбинация этих средств. В качестве средства снижения перетекания воздуха на сторону газов используются уплотнения (1, 2).

Наиболее близким к заявляемому объекту по техническому существу (прототипом) является известный РВВ с первым набором средств для снижения низкотемпературной коррозии: разделением набивки по высоте на «горячую» и «холодную» части и предварительным подогревом всего потока воздуха в калориферах перед подачей его в набивку РВВ (1). «Горячая» и «холодная» части набивки выполнены с различными конструктивными и противокоррозионными характеристиками материала набивки. Предварительный подогрев потока воздуха осуществляется в калориферах, в которых в качестве греющей среды используется пар или горячая вода. Для снижения перетекания воздуха на сторону уходящих газов в наиболее близком объекте по техническому результату использованы радиальные уплотнения.

К причинам, препятствующим достижению указанных ниже технических результатов при использовании такого известного РВВ, взятого в качестве прототипа заявляемого объекта, следует отнести некоторые из присущих ему недостатков, которые заключаются в следующем. Во-первых, разделение набивки по высоте на «горячую» и «холодную» части не исключает выделение влаги из газов и низкотемпературную коррозию листов набивки, проявляющиеся при колебаниях нагрузки котельной установки, значительном снижении температуры наружного воздуха, а также загрязнении набивки. Во-вторых, конструктивная особенность материала набивки РВВ приводит к необходимости поддержания температуры уходящих газов на высоком уровне. Наконец, наличие радиальных уплотнений не позволяет поддерживать перетекание воздуха на сторону газов на приемлемом уровне, которое в реальных условиях составляет до 20% (2).

Данное изобретение направлено на решение двух основных задач - обеспечение надежной работы РВВ при отсутствии низкотемпературной коррозии в условиях конденсации влаги из уходящих газов в набивке РВВ и повышение эффективности работы РВВ за счет интенсификации теплообмена и снижения перетекания воздуха на сторону уходящих газов.

Технический результат, который должен быть получен при решении этих задач и промышленной реализации заявляемого объекта, - сохранение простоты конструкции известных РВВ, содержащей вращающийся барабан с набивкой, последовательно омываемой уходящими газами и воздухом, при обеспечении повышенной эффективности и надежности таких РВВ, особенно в условиях эксплуатации при низких температурах наружного воздуха, подаваемого в РВВ.

Указанный выше технический результат при осуществлении данного изобретения достигается тем, что в известном регенеративном вращающемся воздухоподогревателе с противоточным движением уходящих газов и воздуха, содержащем кожух, патрубки для подвода и отвода газов и воздуха, барабан, разделенный на сектора и вращающийся за счет привода на валу, закрепленном в упорном и опорно-упорном подшипниках, в котором внутренний объем секторов заполнен набивкой, между патрубками подвода и отвода газов и воздуха установлены уплотнения, патрубки подвода и отвода газов и воздуха установлены на цилиндрической поверхности кожуха, в качестве набивки в секторах использован насыпной материал, набивка по высоте разбита на участки, которые начинаются и заканчиваются парами коробов, образующих полость и установленных выпуклой поверхностью вниз, в верхнем коробе в центральной части, а в нижнем коробе в периферийной части выполнены отверстия, между патрубками подвода и отвода газов и воздуха по всей высоте цилиндрической поверхности кожуха размещены два дополнительных патрубка, в дополнительные патрубки и в полость, образованную нижними торцевыми поверхностями барабана и кожуха, выполнен ввод уходящих газов с давлением, равным давлению воздуха в воздухоподогревателе, вверху и внизу цилиндрической поверхности кожуха и по периферии патрубков для дополнительного ввода газов установлены периферийные уплотнения.

Действительно, использование в качестве набивки РВВ насыпного материала позволяет сохранить простоту конструкции аналогичных известных РВВ в условиях глубокого охлаждения уходящих газов и конденсации влаги в объеме набивки. Капельная влага улавливается в полостях, образованных коробами, и выводится из объема набивки при вращении барабана. Это обеспечивает надежность работы РВВ при подаче в РВВ холодного воздуха и повышает эффективность использования РВВ, поскольку позволяет интенсифицировать теплоотдачу от газов к набивке и от набивки к воздуху, охладить уходящие газы до более низких значений температур и тем самым сократить потери с уходящими газами. Дополнительный подвод газов через патрубки, установленные между патрубками подвода и отвода уходящих газов и воздуха с давлением, равным давлению воздуха, позволяет резко сократить перетекание воздуха в уходящие газы, поскольку при нахождении сектора набивки в области между патрубками подвода воздуха и дополнительных газов за счет равенства давлений дополнительных газов и воздуха перетекание воздуха на газовую сторону будет минимальным, а при нахождение сектора набивки в области между патрубками ввода уходящих и дополнительных газов дополнительные газы будут перетекать в основной объем уходящих газов. Такое существенное снижение перетекания воздуха на сторону уходящих газов также приведет к значительному повышению эффективности работы РВВ. Подвод дополнительных газов в полость, образованную нижними торцевыми поверхностями барабана и кожуха, позволяет защитить воду, находящуюся в этой полости, от замерзания.

Проведенный заявителем анализ уровня техники по доступным источникам информации, включающий поиск и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого объекта, не выявил аналогов заявляемого РВВ, характеризующихся всей совокупностью присущих ему существенных (или тождественных им) признаков. Выявленный ближайший аналог заявляемого объекта позволил выделить совокупность существенных по отношению к указанному заявителем техническому результату отличительных признаков, изложенных в формуле изобретения.

Сущность изобретения поясняет приводимый ниже конкретный пример его осуществления, что не исключает другие варианты промышленной реализации заявляемого объекта в пределах формулы изобретения и чертеж, на котором схематично представлен заявляемый РВВ.

Представленный на чертеже РВВ в соответствии с данным изобретением содержит кожух 1, внутри которого находится барабан 2, вал которого закреплен в опорно-упорном 4 и упорном подшипниках 3, барабан разделен на сектора, внутренний объем секторов заполнен насыпной набивкой 5, для вращения барабана на кожухе установлен привод 6, а на барабане зубчатое колесо 11. Для подвода и отвода уходящих газов и воздуха и создания противоточного движения теплообменивающихся сред на цилиндрической поверхности кожуха установлены патрубки 7 и 8. Между патрубками подвода и отвода уходящих газов и воздуха по всей высоте цилиндрической поверхности кожуха размещены два патрубка дополнительного ввода газов 9. Для уменьшения перетекания воздуха на сторону газов вверху и внизу барабана и кожуха установлены периферийные уплотнения 12, на внутренней цилиндрической поверхности кожуха по периферии патрубков для дополнительного ввода газов также установлены периферийные уплотнения 13. Участки, на которые по высоте разбита набивка в секторах, начинаются и заканчиваются коробами 10, короба скомпонованы в пары таким образом, что образуют полость и направлены выпуклой поверхностью вниз, при этом в центральной области верхнего короба и периферийной области нижнего короба выполнены отверстия. Влага, выделяющаяся из газов в набивке барабана, улавливается в полостях коробов, отводится по нижнему коробу к периферии барабана, сливается вниз по сливному стояку 14 и отводится в канал 15. Для защиты от замерзания воды, расположенной в канале 15, в полость, образованную нижними торцевыми поверхностями кожуха и барабана, выполнен дополнительный ввод газов с давлением, равным давлению воздуха, подаваемого в РВВ.

Указанные особенности конструктивного выполнения заявляемого РВВ и определяют особенность его работы, которая заключается в следующем. Уходящие от котла газы через патрубок 8 подаются перпендикулярно цилиндрической поверхности кожуха, изменяют свое направление на 90° и в процессе движения сверху вниз нагревают набивку секторов барабана, а затем вновь изменяют направление на 90° и через патрубок 8 выводятся из РВВ. Нагретая набивка, размещенная в секторах РВВ, за счет вращения ротора попадает в область противоточного по отношению к газам движения атмосферного воздуха снизу вверх, который через патрубки 7 подается и отводится аналогично газам. Проходя через набивку, воздух нагревается. Поскольку атмосферный воздух имеет низкую температуру, то при соприкосновении газов с холодной набивкой в процессе охлаждения газов их температура снижается до температуры точки росы и происходит выделение влаги из газов в объеме набивки. В условиях выделения влаги происходит значительное увеличение коэффициента теплоотдачи от газов к набивке. Влага, выделившаяся из газов, подхватывается потоками газов и воздуха и попадает в короба. В коробах за счет фильтрации газов и воздуха через отверстия в коробах и изменения направления потоков газов и воздуха капельная влага выделяется и по каналу, образованному нижним коробом 10, за счет наклонного расположения короба поступает в сливной стояк 14 и далее сливается в канал 15. Использование насыпной набивки позволяет повысить надежность РВВ, поскольку низкотемпературная коррозия исключается выбором материала набивки. Выделение влаги из газов приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи, интенсификации теплообмена и повышает эффективность работы РВВ. Наличие уплотнений 12 препятствует перетеканию воздуха, имеющего более высокое давление относительно газов, на сторону газов. Установка уплотнений 13 по периферии патрубков дополнительного ввода газов приводит к тому, что при размещении сектора набивки в области патрубков перетекание воздуха на сторону газов имеет минимальное значение, поскольку газы имеют давление, равное давлению воздуха, а перетекание дополнительного потока газов в основной поток газов не вызывает присосов воздуха и не приводит к увеличению потерь с уходящими газами. Это вызывает дополнительное повышение эффективности РВВ. Ввод дополнительных газов в полость, образованную нижними торцевыми поверхностями барабана и кожуха, обеспечивает фильтрацию газов через эту полость и нагревает воду, размещенную в канале 15, защищая ее от замерзания.

Следовательно, заявляемый РВВ обеспечивает решение основных задач - надежную защиту набивки РВВ от низкотемпературной коррозии за счет использования насыпной набивки и повышение эффективности работы РВВ за счет интенсификации теплообмена с выделением влаги из уходящих газов и уменьшения присосов воздуха в уходящие газы.

Источники информации

1. Липов Ю.М., Третьяков Ю.М. Котельные установки и парогенераторы. - Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2004, 592 с.

2. Кроль Л.Б., Розенгауз И.Н. Конвективные элементы мощных котельных агрегатов. М.: «Энергия», 1976, 248 с.