Luftförvärmare
En luftförvärmare är vilken anordning som helst som är utformad för att värma luft före en annan process (till exempel förbränning i en panna med det primära syftet att öka processens termiska effektivitet . De kan användas ensamma eller för att ersätta ett återvinningsvärmesystem eller för att ersätta en ångspiral.
Speciellt beskriver denna artikel förvärmare för förbränningsluft som används i stora pannor som finns i termiska kraftverk som producerar elektrisk kraft från t.ex. fossila bränslen , biomassa eller avfall . Till exempel, eftersom luftförvärmaren Ljungström har tillskrivits globala bränslebesparingar uppskattningsvis till 4 960 000 000 ton olja , "har få uppfinningar varit lika framgångsrika för att spara bränsle som Ljungströms luftförvärmare", markerad som det 44:e internationella historiska Mechanical Engineering Landmark av den amerikanska Föreningen för maskiningenjörer .
Syftet med luftförvärmaren är att återvinna värmen från pannans rökgas vilket ökar pannans termiska verkningsgrad genom att minska den nyttiga värmen som går förlorad i rökgasen. Som en följd av detta transporteras rökgaserna även till rökgasskorstenen (eller skorstenen ) vid en lägre temperatur, vilket möjliggör en förenklad design av transportsystemet och rökgasskorsten. Det tillåter också kontroll över temperaturen på gaser som lämnar skorstenen (till exempel för att uppfylla utsläppsbestämmelser). Den är installerad mellan economizer och skorsten.
Typer
Det finns två typer av luftförvärmare för användning i ånggeneratorer i termiska kraftverk : Den ena är en rörformig typ inbyggd i pannans rökgaskanaler och den andra är en regenerativ luftförvärmare. Dessa kan vara anordnade så att gasen strömmar horisontellt eller vertikalt över rotationsaxeln.
En annan typ av luftförvärmare är regeneratorn som används vid tillverkning av järn eller glas.
Rörformig typ
Konstruktionsfunktioner
Rörformade förvärmare består av raka rörknippen som går genom pannans utloppskanal och öppnar sig i vardera änden utanför kanalen. Inuti kanalen passerar de heta ugnsgaserna runt förvärmarrören och överför värme från avgaserna till luften inuti förvärmaren. Den omgivande luften tvingas av en fläkt genom kanal i ena änden av förvärmarrören och i andra änden kommer den uppvärmda luften från rörens insida ut i en annan uppsättning kanaliseringar, som leder den till pannugnen för förbränning.
Problem
De rörformade förvärmarkanalerna för kall och varm luft kräver mer utrymme och strukturella stöd än en roterande förvärmare. Vidare, på grund av dammbelastade abrasiva rökgaser, slits rören utanför kanalen snabbare ut på den sida som är vänd mot gasströmmen. Många framsteg har gjorts för att eliminera detta problem, såsom användningen av keramik och härdat stål.
Många nya ånggeneratorer med cirkulerande fluidiserad bädd (CFB) och bubblande fluidiserad bädd (BFB) innehåller för närvarande rörformiga luftvärmare som erbjuder en fördel med avseende på de rörliga delarna av en roterande typ.
Daggpunktskorrosion
Daggpunktskorrosion uppstår av en mängd olika anledningar. Typen av bränsle som används, dess svavelhalt och fukthalt är bidragande faktorer. Den absolut viktigaste faktorn för daggpunktskorrosion är emellertid rörens metalltemperatur. Om metalltemperaturen i rören sjunker under syramättnadstemperaturen, vanligtvis mellan 190 °F (88 °C) och 230 °F (110 °C), men ibland vid temperaturer så höga som 260 °F (127 °C) , då blir risken för daggpunktskorrosionsskador stor.
Regenerativa luftförvärmare
Det finns två typer av regenerativa luftförvärmare: de regenerativa luftförvärmarna med roterande plattor (RAPH) och de regenerativa luftförvärmarna med stationära plattor (Rothemuhle).
Roterande platt regenerativ luftförvärmare
Den roterande plattkonstruktionen (RAPH) består av ett centralt roterande plattelement installerat i ett hölje som är uppdelat i två ( bi-sektortyp ), tre ( trisektortyp ) eller fyra ( quad-sektortyp ) sektorer som innehåller tätningar runt elementet. Tätningarna tillåter elementet att rotera genom alla sektorer, men håller gasläckage mellan sektorer till ett minimum samtidigt som de tillhandahåller separata gasluft- och rökgasvägar genom varje sektor.
Tresektortyper är de vanligaste i moderna kraftgenereringsanläggningar. I tresektorutformningen är den största sektorn (vanligen sträcker sig över ungefär hälften av höljets tvärsnitt) ansluten till pannans hetgasutlopp. Den heta avgasen strömmar över det centrala elementet, överför en del av dess värme till elementet, och leds sedan bort för vidare behandling i dammuppsamlare och annan utrustning innan den stöts ut ur rökgasstacken . Den andra, mindre sektorn, matas med omgivande luft av en fläkt , som passerar över det uppvärmda elementet när det roterar in i sektorn, och värms upp innan det transporteras till pannugnen för förbränning. Den tredje sektorn är den minsta och den värmer luft som leds in i pulverisatorerna och används för att transportera kol-luftblandningen till kolpannbrännare. Således ger den totala luften som värms upp i RAPH: värmeluft för att avlägsna fukten från det pulveriserade koldammet, bärarluft för att transportera det pulveriserade kolet till pannans brännare och primärluften för förbränning.
Rotorn i sig är mediet för värmeöverföring i detta system och är vanligtvis sammansatt av någon form av stål och/eller keramisk struktur . Den roterar ganska långsamt (runt 1-2 rpm ) för att tillåta optimal värmeöverföring först från de heta avgaserna till elementet, sedan när det roterar, från elementet till den kallare luften i de andra sektorerna.
Konstruktionsfunktioner
I denna konstruktion stöds hela luftförvärmarens hölje på själva pannans bärande struktur med nödvändiga expansionsfogar i kanalen.
Den vertikala rotorn stöds av axiallager i den nedre änden och har en oljebadssmörjning, kyld av vatten som cirkulerar i spolar inne i oljebadet. Detta arrangemang är till för att kyla den nedre änden av axeln, eftersom denna ände av den vertikala rotorn är på den heta änden av kanalen. Den övre änden av rotorn har ett enkelt rullager för att hålla axeln i vertikalt läge.
Rotorn är uppbyggd på den vertikala axeln med radiella stöd och burar för att hålla korgarna på plats. Radiella och periferiska tätningsplattor finns också för att undvika läckage av gaser eller luft mellan sektorerna eller mellan kanalen och höljet under rotation.
För on-line rengöring av avlagringar från korgarna tillhandahålls ångstrålar så att det utblåsta dammet och askan samlas upp i den nedre askbehållaren på luftförvärmaren. Denna dammbehållare är ansluten för tömning tillsammans med dammuppsamlarnas huvuddammbehållare.
Rotorn vrids av en luftdriven motor och växel, och måste startas innan pannan startas och även hållas i rotation en tid efter att pannan stoppats, för att undvika ojämn expansion och sammandragning som leder till skevhet eller sprickbildning i pannan. rotorn. Stationsluften är i allmänhet helt torr (torr luft krävs för instrumenteringen), så luften som används för att driva rotorn injiceras med olja för att smörja luftmotorn.
Säkerhetsskyddade inspektionsfönster finns för att se förvärmarens interna funktion under alla driftsförhållanden.
Korgarna finns i de sektorhus som finns på rotorn och är förnybara. Korgarnas livslängd beror på askans nötningsförmåga och korrosivitet hos pannans utloppsgaser.
Problem
Pannans rökgas innehåller många dammpartiklar (på grund av hög askhalt) som inte bidrar till förbränning, såsom kiseldioxid, som orsakar nötande nötning av korgarna, och kan även innehålla frätande gaser beroende på bränslets sammansättning. Till exempel indiskt kol i allmänhet i höga halter av aska och kiseldioxid i rökgasen. Slitaget på korgarna är därför generellt sett mer än andra, renare brinnande bränslen.
I denna RAPH måste de dammbelastade, korrosiva panngaserna passera mellan elementen i luftförvärmarkorgar. Elementen är uppbyggda av korrugerade sicksackplåtar som pressats in i en stålkorg som ger tillräckligt med ringformigt utrymme däremellan för att gasen ska kunna passera igenom. Dessa plattor är korrugerade för att ge mer yta för värmen som ska absorberas och även för att ge den styvheten för att stapla dem i korgarna. Därför krävs ofta byten och nya korgar hålls alltid redo. I de tidiga dagarna användes Cor-ten- stål för elementen. Idag på grund av tekniska framsteg kan många tillverkare använda sina egna patent. Vissa tillverkare tillhandahåller olika material för användning av elementen för att förlänga korgarnas livslängd.
I vissa fall kan oförbrända avlagringar uppstå på luftförvärmarelementen som gör att det tar eld under normal drift av pannan, vilket ger upphov till explosioner inuti luftförvärmaren. Ibland kan milda explosioner upptäckas i kontrollrummet genom variationer i förbränningsluftens in- och utloppstemperaturer.
Stationär platt regenerativ luftförvärmare
Värmeplattelementen i denna typ av regenerativ luftförvärmare är också installerade i ett hölje, men värmeplåtselementen är stationära snarare än roterande. Istället roteras luftkanalerna i förvärmaren för att alternativt exponera sektioner av värmeplattans element för den uppåtströmmande kalla luften.
Såsom framgår av den intilliggande ritningen finns det roterande luftinloppskanaler vid botten av de stationära plattorna liknande de roterande utloppsluftkanalerna överst på de stationära plattorna.
Regenerativa luftförvärmare med stationära plattor är också kända som Rothemuhle-förvärmare, tillverkade i över 25 år av Balke-Dürr GmbH i Ratingen , Tyskland .
Regenerator
En regenerator består av ett tegelschack: tegelstenar läggs med mellanrum motsvarande en tegelstens bredd mellan dem, så att luft kan strömma relativt lätt genom schackverket. Tanken är att när heta avgaser strömmar genom schackverket avger de värme till tegelstenarna. Luftflödet vänds då, så att de heta tegelstenarna värmer upp den inkommande förbränningsluften och bränslet. För en glassmältugn sitter en regenerator på vardera sidan av ugnen och bildar ofta en integrerad helhet. För en masugn sitter regeneratorerna (vanligen kallade Cowper-kaminer ) separat från ugnen. En ugn behöver inte mindre än två spisar, men kan ha tre. En av kaminerna är 'på gas', tar emot heta gaser från ugnens topp och värmer schackverket inuti, medan den andra är 'på blästring', tar emot kall luft från fläktarna, värmer upp den och skickar den till masugnen.