способ работы регенеративного теплообменника и регенеративный теплообменник с повышенным кпд

Формула изобретения

1. Способ работы регенеративного теплообменника (1), содержащего ротор (2), через который протекают по меньшей мере один первый нагреваемый газовый объемный поток (10) и по меньшей мере один второй охлаждаемый газовый объемный поток (11); причем набегающий первый газовый объемный поток (10а) входит в ротор (2) через первую торцевую сторону (5а) ротора (2), а выходит из него через вторую торцевую сторону (5b) в виде уходящего первого газового объемного потока; при этом первый (10) и/или второй (11) газовый объемный поток изолирован/изолированы на роторе (2) с помощью по меньшей мере одного уплотнения ротора, а по меньшей мере один возникающий на уплотнении ротора объемный поток утечки улавливают и подают в газовый объемный поток (10), отличающийся тем, что объемный поток утечки улавливают на первой торцевой стороне (5а) ротора (2) и подают в набегающий первый газовый объемный поток (10а) и/или объемный поток утечки улавливают на второй торцевой стороне ротора (2) и подают в уходящий первый газовый объемный поток (10b).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один уловленный на первой торцевой стороне (5а) ротора (2) объемный поток утечки вводят в набегающий первый газовый объемный поток (10а) перед ротором (2) и/или по меньшей мере один уловленный на второй торцевой стороне (5b) ротора (2) объемный поток утечки вводят в уходящий первый газовый объемный поток (10b) после ротора (2).

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что введение по меньшей мере одного уловленного объемного потока утечки в первый газовый объемный поток (10) осуществляют рядом с ротором (2), предпочтительно непосредственно вблизи ротора (2).

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что на первой торцевой стороне (5а) ротора (2) и на второй торцевой стороне (5b) ротора (2) улавливают по меньшей мере по одному объемному потоку утечки, которые затем отдельными путями подают соответственно в набегающий первый газовый объемный поток (10а) и уходящий первый газовый объемный поток (10b).

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что на каждом пути имеется по меньшей мере одно воздуходувное устройство (16а, 16b) для создания потока.

6. Способ по любому из пп.1-3, 5, отличающийся тем, что по меньшей мере один объемный поток (12а, 12b) утечки улавливают на первой торцевой стороне (5а) и/или на второй торцевой стороне (5b) ротора (2) в зоне радиального уплотнения (8а, 8b), причем улавливание осуществляют предпочтительно путем отсоса.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что по меньшей мере один объемный поток (12а, 12b) утечки улавливают на первой торцевой стороне (5а) и/или на второй торцевой стороне (5b) ротора (2) в зоне радиального уплотнения (8а, 8b), причем улавливание осуществляют предпочтительно путем отсоса.

8. Способ по любому из пп.1-3, 5, 7, отличающийся тем, что по меньшей мере один объемный поток утечки улавливают на первой торцевой стороне (5а) и/или на второй торцевой стороне (5b) ротора (2) в зоне уплотнения (9а, 9b) по периметру, причем улавливание осуществляют предпочтительно путем отсоса.

9. Способ по п.4, отличающийся тем, что по меньшей мере один объемный поток утечки улавливают на первой торцевой стороне (5а) и/или на второй торцевой стороне (5b) ротора (2) в зоне уплотнения (9а, 9b) по периметру, причем улавливание осуществляют предпочтительно путем отсоса.

10. Способ по п.6, отличающийся тем, что по меньшей мере один объемный поток утечки улавливают на первой торцевой стороне (5а) и/или на второй торцевой стороне (5b) ротора (2) в зоне уплотнения (9а, 9b) по периметру, причем улавливание осуществляют предпочтительно путем отсоса.

11. Способ по любому из пп.1-3, 5, 7, 9, 10, отличающийся тем, что по меньшей мере один первый газовый объемный поток (10) и по меньшей мере один второй газовый объемный поток (11) протекают через ротор (2) в противоположных направлениях.

12. Способ по п.4, отличающийся тем, что по меньшей мере один первый газовый объемный поток (10) и по меньшей мере один второй газовый объемный поток (11) протекают через ротор (2) в противоположных направлениях.

13. Способ по п.6, отличающийся тем, что по меньшей мере один первый газовый объемный поток (10) и по меньшей мере один второй газовый объемный поток (11) протекают через ротор (2) в противоположных направлениях.

14. Способ по п.8, отличающийся тем, что по меньшей мере один первый газовый объемный поток (10) и по меньшей мере один второй газовый объемный поток (11) протекают через ротор (2) в противоположных направлениях.

15. Способ по любому из пп.1-3, 5, 7, 9, 10, 12-14, отличающийся тем, что имеются по меньшей мере два первых газовых объемных потока, причем подачу всех уловленных объемных потоков утечки осуществляют только в один из этих двух первых газовых объемных потоков.

16. Способ по п.4, отличающийся тем, что имеются по меньшей мере два первых газовых объемных потока, причем подачу всех уловленных объемных потоков утечки осуществляют только в один из этих двух первых газовых объемных потоков.

17. Способ по п.6, отличающийся тем, что имеются по меньшей мере два первых газовых объемных потока, причем подачу всех уловленных объемных потоков утечки осуществляют только в один из этих двух первых газовых объемных потоков.

18. Способ по п.8, отличающийся тем, что имеются по меньшей мере два первых газовых объемных потока, причем подачу всех уловленных объемных потоков утечки осуществляют только в один из этих двух первых газовых объемных потоков.

19. Способ по п.11, отличающийся тем, что имеются по меньшей мере два первых газовых объемных потока, причем подачу всех уловленных объемных потоков утечки осуществляют только в один из этих двух первых газовых объемных потоков.

20. Регенеративный теплообменник (1), содержащий ротор (2), через который имеют возможность протекания по меньшей мере два газовых объемных потока (10, 11), причем ротор (2) имеет первую торцевую сторону (5а) для входа набегающего первого нагреваемого газового объемного потока (10) и вторую торцевую сторону (5b) для выхода уходящего первого газового объемного потока (10); по меньшей мере одно уплотнение ротора, в частности радиальное уплотнение (8а, 8b) и/или уплотнение (9а, 9b) по периметру, для изоляции первого (10) и/или второго (11) газового объемного потока на роторе (2); по меньшей мере одно устройство улавливания по меньшей мере одного объемного потока утечки на уплотнении ротора и по меньшей мере одно устройство подачи уловленного объемного потока утечки в первый газовый объемный поток (10), отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одно устройство улавливания на первой торцевой стороне (5а), имеющее по меньшей мере одно соединенное с ним устройство подачи объемного потока утечки, уловленного на первой торцевой стороне (5а), в набегающий первый газовый объемный поток (10а), и/или по меньшей мере одно устройство улавливания на второй торцевой стороне (5b), имеющее по меньшей мере одно соединенное с ним устройство подачи объемного потока утечки, уловленного на второй торцевой стороне (5b), в уходящий первый газовый объемный поток (10b).

21. Регенеративный теплообменник по п.20, отличающийся тем, что устройство подачи образовано системой трубопроводов (17а, 18а; 17b, 18b) для подачи уловленного объемного потока утечки в первый газовый объемный поток.

22. Регенеративный теплообменник по п.21, отличающийся тем, что в системе трубопроводов (17а, 18а; 17b, 18b) расположено по меньшей мере одно воздуходувное устройство (16а, 16b).

23. Регенеративный теплообменник по п.22, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один соединительный трубопровод (17а, 17b), ведущий от воздуходувного устройства (16а, 16b) к по меньшей мере одному уплотнению ротора, в частности к одному радиальному уплотнению (8а, 8b) и/или одному уплотнению (9а, 9b) по периметру.

24. Регенеративный теплообменник по любому из пп.20-23, отличающийся тем, что по меньшей мере одно радиальное уплотнение (8а, 8b) и/или по меньшей мере одно уплотнение (9а, 9b) по периметру выполнено раздельным и/или имеет несколько отверстий.

25. Регенеративный теплообменник по любому из пп.20-23, отличающийся тем, что на первой торцевой стороне (5а) ротора (2), в частности в зоне радиального уплотнения (8а) и/или уплотнения (9а) по периметру, имеется по меньшей мере одно устройство отсоса объемного потока (12а) утечки, имеющее соединенное с ним устройство подачи отсосанного объемного потока утечки в набегающий первый газовый объемный поток (10а), а на второй торцевой стороне (5b) ротора (2), в частности в зоне радиального уплотнения (8b) и/или уплотнения (9b) по периметру, имеется по меньшей мере одно устройство отсоса объемного потока (12b) утечки, имеющее соединенное с ним устройство подачи отсосанного объемного потока утечки в уходящий первый газовый объемный поток (10b), причем устройства подачи выполнены раздельными друг от друга и содержат по меньшей мере по одному воздуходувному устройству (16а, 16b).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу работы регенеративного теплообменника, в частности к способу подогрева воздуха на электростанциях согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Также изобретение относится к регенеративному теплообменнику согласно ограничительной части другого независимого пункта формулы изобретения.

Регенеративные теплообменники (также именуемые далее как теплообменники) служат для передачи тепла от по меньшей мере одного газового объемного потока к по меньшей мере одному другому газовому объемному потоку. Для этого теплообменник может содержать вращающуюся (и/или поворотную) теплоаккумулирующую часть (именуемую далее ротором), которая может двигаться относительно неподвижных патрубков, поочередно нагреваясь по меньшей мере одним газовым объемным потоком и охлаждаясь по меньшей мере одним другим газовым объемным потоком, в результате чего происходит передача тепловой энергии от по меньшей мере одного газового объемного потока к по меньшей мере одному другому газовому объемному потоку.

Ротор регенеративного теплообменника, как правило, представляет собой барабан в виде по существу кругового цилиндра, причем возможны незначительные отклонения от этой формы. Ротор имеет центральную ось вращения. Газовые объемные потоки протекают через ротор по существу параллельно оси его вращения, причем чаще всего во встречном направлении (противоточная схема). Для получения достаточной теплоаккумулирующей части и для повышения механической прочности ротор разделен на несколько ячеек или камер, которые также служат в качестве проточных каналов для газовых объемных потоков. В этих камерах, как правило, расположены теплоаккумулирующие части, например так называемые пакеты теплопередающих пластин.

Во время работы через отдельные камеры ротора протекает теплый или горячий газовый объемный поток, например дымовой газ от процесса сгорания. Вследствие протекания теплого или горячего газового объемного потока теплоаккумулирующие части камер, через которые он протекает, нагреваются. При этом тепло у протекающего газового объемного потока будет отбираться, так что на выходе из ротора он будет иметь меньшую температуру, чем на входе. Вследствие вращения ротора нагретые камеры достигают участка, в котором через ротор протекает более холодный или холодный газовый объемный поток, например свежий воздух, который нагревается от теплоаккумулирующих частей этих камер, причем теплоаккумулирующие части при этом охлаждаются. Таким образом, для передачи тепла используется способность ротора аккумулировать тепло, чтобы нагревать первый газовый объемный поток и охлаждать второй газовый объемный поток.

В качестве альтернативы ротор может быть неподвижным, а патрубки могут двигаться относительно него.

При использовании свежего воздуха в качестве нагреваемого газового объемного потока теплообменник может применяться для так называемого подогрева воздуха. С помощью подогрева воздуха можно повысить кпд электростанции и снизить выброс вредных веществ.

Для уменьшения массовых или объемных потерь в газовых объемных потоках необходимо использование на роторе сложных уплотнений, что уже длительное время является предметом многочисленных усовершенствований. Система уплотнений ротора обычно содержит по меньшей мере одно уплотнение по периметру и по меньшей мере одно радиальное уплотнение. Уплотнение по периметру расположено по внешнему периметру ротора и предотвращает утечку наружу протекающих через ротор газовых объемных потоков. Уплотнение по периметру может содержать осевое уплотнение и/или торцевое уплотнение на внешнем периметре ротора. Радиальное уплотнение должно препятствовать так называемому короткому замыканию потоков или предотвращать образование короткозамкнутого объемного потока между отдельными газовыми объемными потоками на торцевой стороне ротора. Вследствие движения ротора относительно уплотнений и в результате изменяющегося теплового расширения между уплотнениями и ротором неизбежно возникают зазоры или остаточные зазоры, через которые возникают потоки утечки, в частности между газовыми объемными потоками (так называемое короткое замыкание потоков), причем обычно утечки происходят от газового объемного потока с более высоким давлением к газовому объемному потоку с меньшим давлением. Наряду с объемными потерями это приводит к энергетическим потерям и, следовательно, к неудовлетворительному кпд.

Для повышения кпд регенеративных теплообменников известны, среди прочего, способы отсоса и устройства отсоса.

В документе US 2665120 описан ротор регенеративного теплообменника, помещенный в оболочку, при этом объемные потоки утечки отсасывают с помощью воздуходувного устройства (вентилятора) и подают или возвращают в нагреваемый газовый объемный поток. Возврат осуществляется по потоку либо перед ротором, либо после ротора. Если возврат осуществляется после ротора, т.е. в уже нагретый ротором газовый объемный поток, то осуществляют предварительный нагрев отсосанных объемных потоков утечки с помощью теплообменника сложной конструкции, чтобы избежать охлаждения газового объемного потока после ротора.

В документе DE 3437945 A1 описано отсасывание объемных потоков утечки на «горячей стороне» (подробно описано ниже) ротора и их возврат в нагреваемый газовый объемный поток перед ротором.

В документе ЕР 0588185 А1 описан корпус ротора, содержащий одну верхнюю и одну нижнюю секции, из которых могут отсасываться объемные потоки утечки с помощью воздуходувного устройства совместно или раздельно. Возврат отсосанных объемных потоков утечки в один из газовых объемных потоков здесь не описан.

Известные способы и устройства для отсоса на практике не приводят к повышению кпд передачи тепловой энергии. Частично наблюдалось даже ухудшение кпд.

Задачей изобретения является повышение кпд регенеративного теплообменника.

Указанная задача решена в способе по пункту 1 формулы изобретения и в регенеративном теплообменнике согласно другому независимому пункту формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения охарактеризованы соответственно в зависимых пунктах формулы изобретения.

В способе работы регенеративного теплообменника согласно изобретению через предпочтительно установленный с возможностью вращения ротор протекает по меньшей мере один первый нагреваемый газовый объемный поток, в частности свежий воздух, который при этом нагревается от теплоаккумулирующих частей ротора. В частности, это применяют с целью подогрева свежего воздуха для электростанции. Кроме того, через ротор протекает по меньшей мере один второй охлаждаемый газовый объемный поток, например дымовой газ или газообразный продукт сгорания или отработавший газ, который отдает свое тепло теплоаккумулирующим частям ротора и в результате этого охлаждается.

Ротор имеет первую торцевую сторону или торцевую поверхность, через которую набегающий первый нагреваемый газовый объемный поток входит в ротор. Напротив первой торцевой стороны ротор имеет вторую торцевую сторону или торцевую поверхность, через которую первый нагреваемый газовый объемный поток выходит из ротора. Обычно первую торцевую сторону называют «холодной стороной», а вторую торцевую сторону - «горячей стороной».

Первый и второй газовые объемные потоки изолированы на роторе с помощью по меньшей мере одного уплотнения ротора, чтобы ограничить потери объема и, в частности, короткие замыкания потоков. Уплотнение ротора представляет собой, в частности, уплотнение по периметру, которое уплотняет газовый объемный поток по внешнему периметру ротора, и/или радиальное уплотнение, которое изолирует газовые объемные потоки относительно друг друга и препятствует коротким замыканиям потоков или возникновению короткозамкнутых объемных потоков.

Так как в зоне уплотнения ротора возникают объемные потоки утечки, в соответствии с изобретением на первой торцевой стороне или в зоне этой торцевой стороны ротора по меньшей мере один объемный поток утечки улавливается или захватывается и подается в набегающий первый газовый объемный поток, и/или на второй торцевой стороне или в зоне этой торцевой стороны ротора по меньшей мере один объемный поток утечки улавливается или захватывается и подается в уходящий первый газовый объемный поток.

Объемный поток утечки является, в частности, короткозамкнутым объемным потоком, перетекающим из первого газового объемного потока во второй газовый объемный поток и возникающий в зоне радиального уплотнения на первой торцевой стороне ротора или на второй торцевой стороне ротора. В этом случае имеется в виду возврат захваченного объемного потока утечки в первый нагреваемый газовый объемный поток.

Улавливание или захват объемного потока утечки, возникающего в зоне уплотнения ротора, чаще всего не может осуществляться в полном объеме, так что улавливание или захват объемного потока утечки в рамках изобретения относится только к существенной части объемного потока утечки, который может быть уловлен или захвачен в соответствующих технических условиях. Под улавливанием и захватом в рамках изобретения следует понимать все меры, которые пригодны для захвата объемного потока утечки.

Способ согласно изобретению отличается от известных, во-первых, тем, что объемный поток утечки улавливается соответственно только в зоне одной из торцевых сторон или обеих торцевых сторон ротора. В результате можно определить уровень температуры объемного потока утечки. Кроме того, способ согласно изобретению отличается от известных тем, что соответствующая подача или возврат осуществляются в зависимости от уровня температуры объемного потока утечки в набегающий и еще холодный первый газовый объемный поток или в уходящий уже нагретый первый газовый объемный поток (то есть постоянно на одной и той же стороне ротора). Благодаря этому достигаются энергетические преимущества, которые повышают кпд, что подробнее описано ниже.

В регенеративном теплообменнике, который применяется на электростанции, например, для передачи тепла от горячего объемного потока дымовых газов (из процесса сгорания) к объемному потоку свежего воздуха, в зоне радиального уплотнения, как правило, имеется объемный поток утечки (короткозамкнутый объемный поток), перетекающий из объемного потока свежего воздуха в объемный поток дымовых газов. Такие объемные потоки утечки учитываются при расчете рабочих параметров и конструкции регенеративного теплообменника, так как объемный поток утечки, поступающий из объемного потока свежего воздуха в объемный поток дымовых газов, приводит к дополнительному охлаждению объемного потока дымовых газов приблизительно на 3-7°K (так называемая «скорректированная» температура дымового или отходящего газа). Таким образом, может быть достигнута температура ниже точки росы одного из кислотных компонентов в охлаждаемом дымовом газе, что приведет к повреждению (в частности, к коррозии) других компонентов установки (например, пылеулавливающего и фильтрующего устройства) в трубе для дымовых газов. Таким образом, необходимо, чтобы температура объемного потока дымовых газов на выходе из ротора или на выходе из регенеративного теплообменника была выше критической температуры точки росы кислоты, несмотря на дополнительное охлаждение объемным потоком утечки, выходящим из объемного потока свежего воздуха. Исходя из этого при расчете регенеративного теплообменника и его рабочих параметров необходимо учитывать дополнительное охлаждение объемного потока дымовых газов объемным потоком утечки, выходящим из объемного потока свежего воздуха. С другой стороны, это дополнительное охлаждение объемного потока дымовых газов в энергетическом отношении не участвует в передаче тепла от объемного потока дымовых газов к объемному потоку свежего воздуха. Таким образом, необходима более низкая «нескорректированная» температура дымовых газов.

Благодаря раздельному улавливанию теплого или горячего объемного потока утечки и его подаче или возврату в уходящий и уже нагретый объемный поток свежего воздуха и/или прохладного или холодного объемного потока утечки и его подаче или возврату в набегающий и (еще) прохладный объемный поток свежего воздуха можно в значительной степени избежать негативного эффекта дополнительного охлаждения. Другими словами, «нескорректированная» температура дымовых газов может быть снижена до уровня прежней «скорректированной» температуры дымовых газов. В результате при прежних газовых объемных потоках и их входной температуре может быть повышена теплопередача от объемного потока дымовых газов к объемному потоку свежего воздуха без достижения температуры ниже критической точки росы кислоты в объемном потоке дымовых газов. Повышение теплопередачи возможно, например, с помощью расчета конструкции теплоаккумулирующих частей.

Вследствие определенного возврата одновременно исключается нежелательное охлаждение объемного потока дымовых газов перед ротором, а также нежелательное охлаждение объемного потока дымовых газов после ротора, что дополнительно повышает кпд регенеративного теплообменника.

В результате повышается температура выходящего (т.е. температура после ротора или после регенеративного теплообменника) объемного потока свежего воздуха и, таким образом, увеличивается количество тепла в воздухе, используемом для процесса горения в электростанции. Это дополнительное количество тепла снижает потребление топлива. При мощности котла в 700-800 МВт можно без снижения мощности добиться экономии на эксплуатационных расходах в размере 150000-400000 евро в год, причем возможно дальнейшее увеличение экономии в последующие годы в связи с ростом цен на топливо. Еще одним и существенным преимуществом является снижение выброса вредных газов, в частности CO₂.

Предпочтительно по меньшей мере один объемный поток утечки в соответствии с изобретением улавливается на первой торцевой стороне ротора и затем подается и вводится в набегающий первый газовый объемный поток, и по меньшей мере один объемный поток утечки улавливается на второй торцевой стороне ротора и затем подается и вводится в уходящий первый газовый объемный поток. Благодаря этому двухстороннему улавливанию (по отношению к торцевым сторонам ротора) и раздельной подаче или возврату объемных потоков утечки в значительной мере повышается кпд регенеративного теплообменника. Однако возможно и целесообразно осуществлять улавливание и подачу или возврат только на одной торцевой стороне ротора.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления способа объемный поток утечки, захваченный на первой торцевой стороне ротора, подают или возвращают в первый газовый объемный поток не непосредственно, а перед ротором. В качестве альтернативы или дополнительно объемный поток утечки, захваченный на второй торцевой стороне ротора, может быть возвращен в первый газовый объемный поток не непосредственно, а после ротора. Таким образом, захват или улавливание объемного потока утечки и его подача или возврат в первый газовый объемный поток конструктивно разделены.

В частности, подача или возврат захваченного объемного потока утечки в первый газовый объемный поток осуществляется предпочтительно вблизи ротора. Таким образом, пути потоков конструктивно могут быть короткими. Температура поданного или возвращенного объемного потока утечки оказывает при этом лишь незначительное влияние.

Предпочтительно по меньшей мере один объемный поток утечки, захваченный или уловленный на первой торцевой стороне ротора, и по меньшей мере один объемный поток утечки, захваченный или уловленный на второй торцевой стороне ротора, возвращаются раздельными путями соответственно против течения в набегающий первый газовый объемный поток и по течению в уходящий первый газовый объемный поток. Путь или путь возврата обеспечивается любым устройством, пригодным для транспортировки и пропускания газового объемного потока. Путь или путь возврата является, в частности, системой трубопроводов из труб и участков труб или тому подобного.

При этом предпочтительно, чтобы на каждом пути применялось по меньшей мере одно воздуходувное устройство. Посредством воздуходувного устройства может создаваться разрежение, способствующее захвату или улавливанию объемного потока утечки на торцевой стороне ротора путем отсоса. Одновременно посредством воздуходувного устройства может создаваться повышенное давление, с помощью которого отсосанный объемный поток утечки подается и вводится или возвращается по пути или пути возврата в первый газовый объемный поток. Воздуходувным устройством, в частности, является вентилятор, предпочтительно расположенный в системе трубопроводов.

Кроме того, предпочтительно захватывать или улавливать по меньшей мере один объемный поток утечки на первой торцевой стороне и/или второй торцевой стороне ротора в зоне радиального уплотнения, предпочтительно путем отсоса. Эта мера направлена против особо вредного короткозамкнутого объемного потока, в частности, поступающего из первого газового объемного потока во второй газовый объемный поток.

Также, в качестве альтернативы или дополнительно, предпочтительно, чтобы по меньшей мере один объемный поток утечки захватывался или улавливался на первой торцевой стороне и/или второй торцевой стороне ротора в зоне уплотнения по периметру предпочтительно путем отсоса. Это также ведет к повышению кпд.

В соответствии с наиболее предпочтительным вариантом осуществления способа по меньшей мере один первый нагреваемый газовый объемный поток и по меньшей мере один второй охлаждаемый газовый объемный поток протекают через ротор встречно, т.е. противотоком. При этом оба газовых объемных потока на первой торцевой («холодной») стороне имеют более низкий уровень температуры, чем на второй торцевой («горячей») стороне. Таким образом, легко определить, какой уровень температуры имеет захваченный или уловленный объемный поток утечки. Объемный поток утечки, захваченный на горячей торцевой стороне ротора, подается или возвращается в уходящий первый газовый объемный поток, а объемный поток утечки, захваченный на холодной торцевой стороне ротора, подается или возвращается в набегающий первый газовый объемный поток. В качестве альтернативы через ротор могут протекать по меньшей мере два газовых объемных потока в одном направлении.

В предпочтительном варианте осуществления способа имеются по меньшей мере два первых газовых объемных потока, причем подача по меньшей мере одного захваченного объемного потока утечки, а предпочтительно - всех захваченных объемных потоков утечки, осуществляется только в один из этих двух первых газовых объемных потоков. Это будет описано подробнее со ссылками на чертежи. В качестве альтернативы возможен и отдельный возврат в два или несколько первых газовых объемных потока.

Регенеративный теплообменник в соответствии с изобретением содержит ротор, через который протекают по меньшей мере два газовых объемных потока, причем ротор имеет первую торцевую сторону, через которую набегающий нагреваемый газовый объемный поток входит в ротор, и вторую торцевую сторону, расположенную напротив первой торцевой стороны, через которую уходящий первый нагреваемый газовый объемный поток выходит из ротора. Кроме того, имеется по меньшей мере одно уплотнение ротора, такое как радиальное уплотнение и/или уплотнение по периметру для изоляции первого и второго газовых объемных потоков. Кроме того, регенеративный теплообменник в соответствии с изобретением содержит устройство захвата или устройство улавливания объемного потока утечки, возникающего в зоне уплотнения ротора, а также по меньшей мере одно устройство подачи, соединенное с устройством захвата или устройством улавливания, или устройство возврата захваченного или уловленного объемного потока утечки в первый газовый объемный поток.

В соответствии с изобретением на первой торцевой стороне ротора имеется по меньшей мере одно устройство захвата, имеющее по меньшей мере одно соединенное с ним устройство подачи объемного потока утечки, захваченного на первой торцевой стороне, в набегающий первый газовый объемный поток, и/или на второй торцевой стороне имеется по меньшей мере одно устройство захвата, имеющее по меньшей мере одно соединенное с ним устройство подачи объемного потока утечки, захваченного на второй торцевой стороне, в уходящий первый газовый объемный поток.

Предпочтительно регенеративный теплообменник согласно изобретению предназначен для реализации вышеописанного способа согласно изобретению. В связи с этим вышеописанные признаки способа и их преимущества могут быть, соответственно, перенесены на регенеративный теплообменник согласно изобретению.

Устройством улавливания является любое устройство, пригодное для захвата или улавливания объемного потока утечки. Устройство улавливания может быть системой из отдельных компонентов. Предпочтительно устройство улавливания представляет собой устройство отсоса.

Устройство подачи служит для подачи или возврата захваченного или уловленного устройством улавливания объемного потока утечки в первый газовый объемный поток. Устройство подачи предпочтительно образовано системой трубопроводов, через которую захваченный или уловленный на уплотнении ротора объемный поток утечки подается в первый газовый объемный поток. Если объемный поток утечки выходит из первого газового объемного потока, то устройство подачи в этом случае является устройством возврата.

Предпочтительно система трубопроводов содержит по меньшей мере одно устройство подачи и по меньшей мере одно воздуходувное устройство, создающее поток в этой системе трубопроводов.

Воздуходувное устройство выполнено с возможностью создания разрежения в соединительном трубопроводе, расположенном между воздуходувным устройством и уплотнением ротора. Это разрежение способствует отсосу объемного потока утечки на уплотнении ротора. В частности, уплотнение ротора может представлять собой по меньшей мере одно радиальное уплотнение и/или по меньшей мере одно уплотнение по периметру, которое соединено по потоку с воздуходувным устройством с помощью соединительного трубопровода. По меньшей мере одно радиальное уплотнение и/или по меньшей мере одно уплотнение по периметру выполнено предпочтительно раздельным и/или имеет несколько отверстий, так что возникающий на этом уплотнении ротора объемный поток утечки может легче отсасываться с помощью разрежения.

Это же воздуходувное устройство также создает в соединительном трубопроводе, который расположен между воздуходувным устройством и первым газовым объемным потоком, повышенное давление, с помощью которого отсосанный на уплотнении ротора объемный поток утечки подается или возвращается в первый газовый объемный поток и может вводиться в него.

Предпочтительно на первой торцевой стороне ротора, в частности в зоне радиального уплотнения и/или уплотнения по периметру, имеется по меньшей мере одно устройство отсоса объемного потока утечки, имеющее соединенное с ним устройство подачи отсосанного объемного потока утечки в набегающий первый газовый объемный поток. Также на второй торцевой стороне ротора, в частности в зоне радиального уплотнения и/или уплотнения по периметру, имеется по меньшей мере одно устройство отсоса объемного потока утечки, имеющее соединенное с ним устройство подачи отсосанного объемного потока утечки в уходящий первый газовый объемный поток. Устройства подачи выполнены отдельно друг от друга и содержат по меньшей мере по одному воздуходувному устройству. Это соответствует предпочтительному и особо выгодному варианту осуществления изобретения.

Изобретение также может применяться в теплообменнике со стационарными теплоаккумулирующими частями.

Другие особенности и преимущества изобретения будут понятны из нижеследующего описания вариантов его осуществления со ссылками на чертежи.

На фиг.1 схематично показан предпочтительный вариант осуществления изобретения;

на фиг.2 - альтернативный вариант осуществления изобретения.

На фиг.1 показан регенеративный теплообменник 1, используемый на электростанции. Он содержит ротор 2 в виде кругового цилиндра, установленный горизонтально с возможностью вращения вокруг вертикальной оси 3. Внутри ротора 2 расположены теплоаккумуляторы 4 (например, пакеты теплопередающих пластин, описанные выше). Ротор имеет первую нижнюю торцевую сторону 5а, вторую верхнюю торцевую сторону 5b и боковую (периферийную) стенку 7. На торцевых сторонах 5а и 5b расположены радиальные уплотнения 8а и 8b (не описаны подробно), а также уплотнения 9а и 9b по периметру.

Как показано на чертеже, с левой стороны через ротор 2 снизу вверх протекает первый газовый объемный поток 10, в данном случае поток свежего воздуха. Объемный поток 10 свежего воздуха засасывается воздуходувным устройством 14 и подается в ротор 2. Объемный поток 10 свежего воздуха входит в ротор 2 через нижнюю торцевую сторону 5а, а выходит из него через верхнюю торцевую сторону 5b, причем при протекании через ротор 2 поток свежего воздуха нагревается от теплоаккумуляторов 4, которые при этом охлаждаются (как описано выше). Набегающий на ротор 2 объемный поток свежего воздуха обозначен 10а, а уходящий объемный поток свежего воздуха - 10b.

С правой стороны через ротор 2 сверху вниз протекает второй газовый объемный поток 11, в данном случае поток дымовых газов после процесса сгорания. Объемный поток 11 дымовых газов входит в ротор 2 через верхнюю торцевую сторону 5b, а выходит из него через нижнюю торцевую сторону 5а, причем при протекании через ротор 2 поток дымовых газов охлаждается от холодных теплоаккумуляторов 4, которые при этом нагреваются и затем нагревают объемный поток 10 свежего воздуха (как описано выше).

После ротора 2 охлажденный объемный поток дымовых газов поступает в установки очистки дымовых газов и/или фильтрующие устройства 20.

Благодаря противоточной схеме температуры обоих газовых объемных потоков 10 и 11 на верхней второй торцевой стороне 5b ротора 2 выше, чем на нижней первой торцевой стороне 5а. Поэтому верхнюю торцевую сторону 5b можно назвать «горячей стороной», а нижнюю торцевую сторону 5а- «холодной стороной».

Чтобы изолировать оба газовых объемных потока 10 и 11, на роторе 2 имеются радиальные уплотнения 8а и 8b, а также уплотнения 9а и 9b по периметру. Уплотнения 9а и 9b по периметру изолируют газовые объемные потоки 10 и 11 по наружному краю или по внешнему периметру ротора 2, а радиальные уплотнения 8а и 8b препятствуют смешиванию газовых объемных потоков 10 и 11 в результате коротких замыканий потоков или препятствуют возникновению короткозамкнутых объемных потоков. Вследствие изменяющихся термических и механических нагрузок между уплотнениями 8а, 8b, 9а и 9b и ротором 2 постоянно имеются зазоры или остаточные зазоры, в которых возникают объемные потоки утечки. В частности, в зоне радиальных уплотнений 8а и 8b возникновению объемных потоков утечки также способствует разность давлений в газовых объемных потоках 10 и 11, причем объемный поток свежего воздуха 10, нагнетаемый воздуходувным устройством 14, чаще всего имеет более высокое давление, чем объемный поток дымовых газов 11. Это приводит к возникновению объемных потоков 12а и 12b утечки свежего воздуха, и свежий воздух с более низким уровнем температуры переходит или перетекает в объемный поток дымовых газов 11, что ведет к нежелательному и вредному эффекту охлаждения объемного потока дымовых газов 11 (как подробно описано выше).

В связи с этим необходимо улавливать объемные потоки утечки 12а и 12b в зоне радиальных уплотнений 8а и 8b и подавать или вводить объемные потоки утечки, выходящие из «горячей» торцевой стороны 5b ротора 2, в уходящий объемный поток свежего воздуха 10b, а объемные потоки утечки, выходящие из «холодной» торцевой стороны 5а ротора 2, - в набегающий газовый объемный поток 10а. Благодаря такому раздельному возврату объемных потоков утечки, выходящих из «горячей» торцевой стороны, в уже нагретый уходящий объемный поток свежего воздуха 10b, а объемных потоков утечки, выходящих из «холодной» стороны, - в еще прохладный набегающий объемный поток свежего воздуха 10а, можно избежать вышеописанного нежелательного и вредного эффекта охлаждения объемного потока дымовых газов 11, что может способствовать повышению кпд теплообменника и, следовательно, электростанции (как подробно описано выше). Кроме того, в охлаждаемом дымовом газе может быть предотвращена или, по меньшей мере, снижена конденсация его компонентов.

Улавливание объемных потоков утечки или объемных потоков 12а и 12b утечки свежего воздуха осуществляется путем отсоса на радиальных уплотнениях 8а и 8b. Для облегчения отсоса радиальные уплотнения 8а и 8b могут быть выполнены раздельными и/или могут иметь множество отверстий (не показаны), благодаря чему в зазоре или остаточном зазоре может быть создано разрежение между радиальным уплотнением 8а и 8b и ротором 2, в результате чего могут быть уловлены объемные потоки утечки. Разрежение создается соответственно воздуходувными устройствами 16а и 16b, например, в виде вентилятора или тому подобного. Между воздуходувными устройствами 16а и 16b и радиальными уплотнениями 8а и 8b расположено по одному соединительному трубопроводу 17а и 17b, по которым отводятся уловленные или отсосанные объемные потоки 12а и 12b утечки. Каждое воздуходувное устройство 16а и 16b соединено соответственно с набегающим объемным потоком свежего воздуха 10а и с уходящим объемным потоком 10b свежего воздуха соединительными трубопроводами 18а и 18b. Эти соединительные трубопроводы 18а или 18b служат для подачи или возврата уловленных и отведенных объемных потоков 12а и 12b утечки в объемный поток свежего воздуха 10. Воздуходувные устройства 16а и 16b выполнены с возможностью создания в соединительных трубопроводах 17а и 17b разрежения, а в соединительных трубопроводах 18а и 18b - повышенного давления.

Соединительные трубопроводы 17а и 18а образуют вместе с воздуходувным устройством 16а систему трубопроводов для подачи или возврата объемного потока 12а утечки, уловленного или отсосанного на первой торцевой («холодной») стороне 5а ротора 2, в набегающий объемный поток свежего воздуха 10а. Независимо от этого соединительные трубопроводы 17b и 18b образуют вместе с воздуходувным устройством 16b еще одну отдельную систему трубопроводов для подачи или возврата объемного потока 12b утечки, уловленного или отсосанного на второй торцевой («горячей») стороне 5b ротора 2, в уходящий объемный поток свежего воздуха 10b. Поперечные сечения трубопроводов и производительность воздуходувного устройства имеют соответствующие характеристики. Соединительные трубопроводы также могут быть разделены на участки или состоять из нескольких соединительных трубопроводов, расположенных параллельно. Также может быть несколько воздуходувных устройств, расположенных параллельно или последовательно.

В качестве альтернативы отсос и подача или возврат могут осуществляться только на одной из торцевых сторон 5а и 5b ротора 2 (не показано), что при меньших конструкционных затратах может заметно повысить кпд. В качестве альтернативы или дополнительно объемные потоки утечки могут улавливаться на уплотнениях 9а и 9b по периметру, а затем подаваться и вводиться соответственно в набегающий объемный поток 10а свежего воздуха или в уходящий объемный поток 10b свежего воздуха. Для уплотнения 9а это показано на фиг.1 с левой стороны ротора 2 пунктирной линией. Для отсоса и подачи или возврата (в этом случае в набегающий объемный поток свежего воздуха 10а) может использоваться еще одно воздуходувное устройство или для отсоса объемного потока 12а утечки на нижней торцевой стороне 5а может быть также использовано воздуходувное устройство 16а. Чтобы упростить отсос и на уплотнениях 9а и 9b по периметру, радиальные уплотнения 8а и 8b могут быть выполнены раздельными и/или могут иметь множество отверстий. Путем отсоса объемного потока утечки на по меньшей мере одном из уплотнений 9а и 9b по периметру можно еще больше улучшить кпд регенеративного теплообменника 1. В соответствии с изобретением подача или возврат объемного потока утечки, захваченного на уплотнении 9а по периметру на нижней торцевой («холодной») стороне 5а, осуществляется в набегающий прохладный объемный поток свежего воздуха 10а, а подача или возврат объемного потока утечки, захваченного на уплотнении 9b по периметру на верхней торцевой («горячей») стороне 5b, - в уходящий нагретый объемный поток свежего воздуха 10b.

На фиг.2 показан альтернативный вариант осуществления изобретения. Ниже подробно описаны только его отличия от варианта осуществления изобретения, изображенного на фиг.1, поэтому к альтернативному варианту осуществления изобретения также относятся вышеописанные объяснения.

Существенное отличие от варианта осуществления изобретения по фиг.1 состоит в том, что через ротор 2 на его левой стороне протекают два отдельных газовых объемных потока 100 и 101 в одном и том же направлении, которые при протекании через ротор нагреваются. Газовый объемный поток 100 может быть, например, объемным потоком вторичного воздуха, а газовый объемный поток 101 может быть, например, объемным потоком первичного воздуха. Эти газовые объемные потоки 100 и 101 применяются на электростанции для различных целей. В отличие от изображения, на котором оба газовых объемных потока 100 и 101 протекают через ротор 2 рядом друг с другом, они могут протекать через ротор в различных местах относительно поперечного сечения ротора. Раздельная подача или возврат уловленных или отсосанных на радиальных уплотнениях 8а и 8b объемных потоков утечки осуществляется здесь с обеих сторон ротора 2 в соответствии с вышеизложенным соответственно в один и тот же газовый объемный поток 100 (объемный поток вторичного воздуха). В качестве альтернативы, уловленные объемные потоки утечки могут подаваться в другой газовый объемный поток 101 (объемный поток первичного воздуха).

Кроме того, в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.2, отсос объемного потока утечки может осуществляться только на одной торцевой стороне 5а или 5b ротора 2. Также отсос объемного потока утечки может осуществляться на уплотнении 9а и/или 9b по периметру, как описано выше.

Список позиций

1 Регенеративный теплообменник

2 Ротор

3 Ось вращения

4 Теплоаккумулятор

5а Первая торцевая сторона (нижняя сторона)

5b Вторая торцевая сторона (верхняя сторона)

7 Боковая стенка

8а Радиальное(ые) уплотнение(я) на первой торцевой стороне

8b Радиальное(ые) уплотнение(я) на второй торцевой стороне

9а Уплотнение(я) по периметру на первой торцевой стороне

9b Уплотнение(я) по периметру на второй торцевой стороне

10 Объемный поток свежего воздуха (первый газовый объемный поток)

10а Набегающий объемный поток свежего воздуха

10b Уходящий объемный поток свежего воздуха

11 Объемный поток дымовых газов (второй газовый объемный поток)

12а Объемный поток утечки на первой торцевой стороне

12b Объемный поток утечки на второй торцевой стороне

14 Воздуходувное устройство для объемного потока свежего воздуха

16а Воздуходувное устройство на первой торцевой стороне

16b Воздуходувное устройство на второй торцевой стороне

17а Соединительный трубопровод, ведущий к радиальному уплотнению на первой торцевой стороне

17b Соединительный трубопровод, ведущий к радиальному уплотнению на второй торцевой стороне

18а Соединительный трубопровод, ведущий в объемный поток свежего воздуха

18b Соединительный трубопровод, ведущий в объемный поток свежего воздуха

20 Фильтрующие устройства

100 Газовый объемный поток (вторичный воздух)

101 Газовый объемный поток (первичный воздух)

140, 141 Воздуходувное устройство для газовых объемных потоков 100 и 101