Вращающийся регенеративный воздухоподогреватель

 

Используется в котлостроении, в топливопотребляющих установках с вращающимися регенеративными воздухоподогревателями. Сущность изобретения: воздухоподогреватель содержит кожух 1 с крышками 2 и 3, размещенный в нем ротор 4 с теплообменной набивкой, аксиальные, периферийные и основные радиальные уплотнения 10, 11, 12, и 13 соответственно, два дополнительных радиальных уплотнения 16 и 17, две пары патрубков ввода уплотнительного газа с клапанами 21 и 22, шиберы 23, 24, 25 и 26 дополнительных отсеков 18 с узлами регулирования 27, торцовые уплотнения 28 и 29 радиальных уплотнений с узлами регулирования 27. Крышка 2 содержит патрубки подвода газа, уплотнительного газа и отвода газа, уплотнительного газа и ввода воздуха 57, 58 и 59 соответственно. В уплотнениях 16 и крышке 2 имеются отверстия 51 и 52. Патрубок 49 и отверстия 51 и 52 соединены коробами 53 и 54 с патрубком 50, причем патрубок 49 соединен с патрубком 50 и атмосферой через газоплотные клапаны 55 и 56 соответственно. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к топливопотребляющим установкам с вращающимися регенеративными воздухоподогревателями, и может быть использовано, например, в котлостроении.

Известен вращающийся регенеративный воздухоподогреватель, содержащий кожух с размещенным в нем ротором, имеющим теплообменную набивку, а на его торцах - концевой слой набивки, примыкающие к ротору периферийные, аксиальные и основные радиальные, разделяющие его на газовый и воздушные отсеки уплотнения, два дополнительных радиальных уплотнения, размещенных в воздушном отсеке, образующие с основным дополнительные отсеки, причем поверхности радиальных уплотнений, обращенные к торцам ротора, снабжены продольными пазами, шибер, установленный на периферии дополнительного отсека и размещенный на входе ротора в газовый отсек с его горячей стороны, трубопроводы для подвода и отвода воздуха и газа, трубопроводы дополнительных отсеков в холодной стороне, а также средства очистки набивки ротора.

Недостатком такого воздухоподогревателя является низкая надежность из-за неудовлетворительного деформационного режима, связанного с омыванием внешней стороны цилиндрической обечайки ротора по ее высоте холодным воздухом со стороны воздушного отсека и горячим газом со стороны газового отсека, невысокой температуры металла узлов и элементов со стороны подвода воздуха и отвода газа, способствующей коррозионному процессу при сжигании сернистых топлив, разной степени коррозионного износа при изменении направления вращения ротора.

Недостатком воздухоподогревателя также является низкая эффективность теплообмена из-за уменьшения активной поверхности в результате установки дополнительных радиальных уплотнений, недостаточной утилизации тепла газа, связанной с нерациональным использованием поверхности теплообмена, повышенных перетечек воздуха в газовый отсек в радиальных уплотнениях и через их периферийную часть, уменьшения расхода воздуха и газа через элементы пакетов набивки в воздушном и газовом отсеках в результате их перетекания через периферийные уплотнения по образующей внешней стороны цилиндрической обечайки ротора под воздействием перепада давлений в указанных отсеках, ухудшения очистки элементов пакетов набивки при изменении направления вращения ротора.

Задача изобретения - повышение надежности за счет улучшения деформационного режима и снижения коррозионного износа при любом направлении вращения ротора, повышение эффективности теплообмена за счет увеличения активной поверхности теплообмена и расхода в ней сред путем уменьшения их байпасирования, а также снижения перетечек воздуха в газовый отсек благодаря созданию единого уплотнительного потока газов в дополнительных отсеках и в полости между кожухом и ротором напротив воздушного отсека.

Сущность изобретения заключается в том, что в воздухоподогревателе, содержащем кожух с размещенным в нем ротором, имеющим теплообменную набивку, а на его торцах - концевой слой набивки, примыкающие к ротору периферийные, аксиальные и основные радиальные, разделяющие его на газовый и воздушный отсеки, уплотнения, два дополнительных радиальных уплотнения, размещенных в воздушном отсеке, образующие с основными дополнительные отсеки, причем поверхности радиальных уплотнений, обращенных к торцам ротора, снабжены продольными пазами, шибер, установленный на периферии дополнительного отсека и размещенный на входе ротора в газовый отсек с его горячей стороны, патрубки для подвода и отвода воздуха и газа, патрубки дополнительных отсеков в холодной стороне, а также средства очистки набивки ротора, кожух дополнительно со стороны воздушного отсека снабжен расположенными симметрично отсека не менее чем двумя парами патрубков ввода уплотнительного газа с клапанами, каждая из которых установлена в одной горизонтальной плоскости с горячей и холодной стороны ротора, а каждый патрубок направлен в зону аксиальных уплотнений вдоль внутренней поверхности кожуха, крышка кожуха в горячей стороне снабжена патрубками дополнительных отсеков, в той же стороне в дополнительных радиальных уплотнениях выполнены отверстия, напротив них - отверстия в крышке кожуха, а последние вместе с патрубками дополнительных отсеков соединены коробами с патрубком отвода горячего воздуха, причем патрубки дополнительных отсеков соединены также с патрубком и атмосферой через газоплотные клапаны, периферийные части всех радиальных уплотнений снабжены торцовыми уплотнениями с узлами регулирования.

Кроме того, каждый из патрубков ввода уплотнительного газа выполнен треугольного сечения и установлен на кожухе так, что вершины треугольников направлены друг к другу, а их расширяющиеся части - в сторону периферийных уплотнений.

На периферии дополнительных отсеков на входе ротора в газовый отсек с его холодной стороны и на входе в воздушный отсек с его горячей и холодной стороны установлены шиберы, причем все шиберы снабжены узлами регулирования.

Элементы концевого слоя набивки, установленные на торцах ротора, выполнены с равным или большим гидравлическим сопротивлением, чем в основной набивке, а продольные пазы на радиальных уплотнениях выполнены параллельно элементам теплообменной набивки пакета, снабженного в верхней его части опорными заплечиками.

На фиг. 1 представлен вращающийся регенеративный воздухоподогреватель, вид сверху; на фиг. 2 - то же, сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид 1 на фиг. 2; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5 - пакет элементов набивки; на фиг. 6 - вид В на фиг. 1; на фиг. 7 - сечение Г-Г на фиг. 2; на фиг. 8 - сечение Д-Д- на фиг. 7; на фиг. 9 - схема работы воздухоподогревателя (противоточный режим).

Вращающийся регенеративный воздухоподогреватель содержит кожух 1 с верхней и нижней крышками 2 и 3 соответственно, размещенный в нем ротор 4 с осью 5, центральные уплотнения 6, теплообменную набивку из горячего, промежуточного и холодного слоев 7, 8 и 9 соответственно, примыкающие к ротору 4 аксиальные, периферийные и основные радиальные уплотнения 10, 11, 12 и 13 соответственно. Основные радиальные верхние и нижние уплотнения 12 и 13 соответственно разделяют ротор 4 на газовый и воздушный отсеки 14 и 15 соответственно. В воздушном отсеке 15 размещены два дополнительных радиальных верхних и нижних уплотнения 16 и 17 соответственно, образующие с основными радиальными уплотнениями 12 и 13 дополнительные уплотнительные отсеки 18.

Кожух 1 со стороны воздушного отсека 15 снабжен расположенными симметрично ему с горячей и холодной стороны ротора 4 двумя парами патрубков 19 и 20 соответственно, ввода уплотнительного газа, каждая из которых установлена в одной горизонтальной плоскости с клапанами 21 и 22 соответственно, а каждый патрубок пары 19 и 20 направлен в зону аксиальных уплотнений 10 вдоль внутренней поверхности кожуха 1, выполнен треугольного сечения и установлен на кожухе так, что вершины треугольников направлены друг к другу, а их расширяющиеся части (основания) - в сторону периферийных уплотнений 11.

На периферии дополнительных отсеков 18 со стороны воздушного отсека 15 установлены верхний и нижний шиберы 23 и 24 соответственно, а со стороны газового отсека 14 (по ходу вращения ротора) установлены верхний и нижний шиберы 25 и 26 соответственно, с узлами регулирования 27 на всех шиберах.

На периферии основных радиальных уплотнений 12, 13 и дополнительных уплотнений 16, 17 установлены верхние и нижние торцовые уплотнения 28 и 29 соответственно, уплотнительный элемент у которых выполнен в виде угольника, установленного подвижно в пазах и соединен жестко ступенчатой шпилькой 30 с механизмом регулирования. Торцовые уплотнениях 28, 29 установлены в пазах 31 радиальных уплотнений 12, 13 и дополнительных уплотнений 16, 17.

Шиберы 23 и 25, 24 и 26 выполнены также в виде угольника, установленного подвижно в пазах 32 соответственно в верхней крышке 2 и нижней крышке 3 кожуха 1.

Узлы регулирования торцовых уплотнений 28, 29 и шиберов 23, 24, 25, 26 содержат упорные шайбы 33, шайбы 34, стопорные гайки 35 и кронштейны 36 с вертикальными прорезями 37 и прорезями 38 в кожухе 1 для торцовых уплотнений 28, 29, через которые проходит шпилька 30.

Поверхности радиальных уплотнений 12, 13, 16 и 17, обращенные к торцам ротора 4, выполнены с продольными пазами 39. Элементы 40 набивки с верхними и нижним концевыми слоями 41 и 42 набивки, установленные на торцах ротора 4, выполнены с равным или большим гидравлическим сопротивлением, чем в основной набивке, а продольные пазы 39 на уплотнениях 12, 13, 16 и 17 выполнены параллельно элементам 40 теплообменной набивки в пакете 43.

Элементы 40 в пакете 43 скреплены стержнями 44, причем каждый пакет снабжен заплечиками 45, расположенными в верхней его части, и опирается у холодного и горячего слоев 7 и 9 пакетов на опоры 46 в роторе 4, а у промежуточного слоя 8 - на подпружиненные опоры 47.

Верхняя крышка 2 снабжена патрубками подвода горячего дымового газа, подвода уплотнительного дымового газа и отвода горячего воздуха 48, 49, 50 соответственно, причем в дополнительных радиальных уплотнениях 16 со стороны подвода дымового газа и отвода воздуха выполнены отверстия 51, напротив них - отверстия 52 в крышке 2, а последние и патрубок 49 дополнительных отсеков 18 соединены соответственно перепускными коробами 53 и 54 с патрубком 50 отвода горячего воздуха, причем патрубок 49 соединен с патрубком 50 и с атмосферой через газоплотные клапаны 55, 56 соответственно.

Нижняя крышка 3 кожуха 1 снабжена патрубками отвода охлажденного дымового газа, отвода уплотнительного дымового газа и ввода холодного воздуха 57, 58 и 59 соответственно.

В холодной стороне ротора 4, в патрубках 58 установлены аппараты 60 и 61 очистки пакетов 43 слоев набивки 7, 8 и 9, например, вибратор.

В патрубке 59 ввода холодного воздуха выполнен лаз 62 для производства ремонтно-монтажных работ.

Вращающийся регенеративный воздухоподогреватель может работать в режимах как на противоточной, так и на прямоточной подаче воздуха и уплотнительного газа (фиг. 9).

Работает воздухоподогреватель на противоточной подаче указанных сред следующим образом.

До начала работы (в обоих режимах) клапаны 21 и 22, шиберы 23, 24, 25 и 26 и газоплотные клапаны 55 и 56 закрыты.

В диапазоне нагрузок топливопотребляющей установки, например, котла, от минимальной до максимальной клапан 21, шибер 24 и газоплотный клапан 56 открываются. Горячий газ подводится по патрубкам 48 и 49 в газовый отсек 14 и дополнительные отсеки 18 соответственно, где отдает тепло элементам 40 пакетов слоев набивки 7, 8 и 9 и нагревает их.

Нагретые пакеты перемещаются ротором 4 в воздушный отсек 1, где они отдают тепло воздуху, подводимому противотоком через патрубок 59. Охлажденный газ отводится через патрубки 57 и 58, а нагретый воздух - через патрубок 50.

Горячий уплотнительный газ по патрубку 49 поступает в дополнительные отсеки 18 и по патрубкам 19 в полость между кожухом 1 и ротором 4 с горячей стороны воздушного отсека 15. Часть воздуха из патрубка 59 перетекает под дополнительными радиальными уплотнениями 17, из-за разности давлений между холодной и горячей стороной в воздушном отсеке 15 и наличию отверстий 51 и 52 в дополнительных радиальных уплотнениях 16 и крышке 2, проходит в пакеты 43 слоев набивки 7, 8 и 9 и через отверстия 51 и 52, короб 53 в патрубок 50. Таким же образом в патрубок 50 проходит часть воздуха, переносимого ротором 4 в дополнительный отсек 18 пакетами 43 слоев 7, 8 и 9 набивки из воздушного отсека 15.

Уплотнительный газ, проходя от горячей стороны дополнительных отсеков 18 к холодной стороне, из-за разности давлений перетекает в газовый отсек 14 и в патрубок 57 под основными радиальными уплотнениями 12 и 13 соответственно, в патрубок 50 - под дополнительными радиальными уплотнениями 16, а также через отверстия 51 и 52 и короб 53, а в холодной стороне через шибер 24 - в полость между кожухом 1 и ротором 4 и вместе с уплотнительным газом, поступающим в ту же полость через патрубки 19, создает единый уплотнительный поток, препятствующий перетоку воздуха через центральные, радиальные, аксиальные и периферийные уплотнения 6, 12 и 13, 16 и 17, 10, 11 соответственно, неплотности и щели, байпасированию воздуха и газа пакетов 43 слоев набивки 7, 8 и 9 в воздушном, газовом и дополнительных отсеках 15, 14 и 18 соответственно, а в дополнительном отсеке 18 перед газовым отсеком 14 из элементов 40 пакетов набивки 43 вытесняют оставшуюся часть воздуха, переносимого из воздушного отсека 15.

Уплотнительный газ, проходя полость между кожухом 1 и ротором 4 со стороны воздушного отсека 15, перетекает под аксиальными уплотнениями 10 в полость между кожухом 1 и ротором 4 со стороны газового отсека 14, и далее, через периферийные уплотнения 11, в газовый отсек 14 и в патрубок 57.

Работает воздухоподогреватель в прямоточном режиме подачи указанных сред следующим образом.

Открываются шибер 23 в горячей стороне дополнительного отсека 18 со стороны входа в воздушный отсек 15, клапан 22 и газоплотный клапан 55. При этом шибер 24, клапан 21 и газоплотный клапан 56 - закрыты.

Горячий газ подводится через патрубок 48 в газовый отсек 14, где отдает тепло элементам 40 пакетов 43 слоев 7, 8 и 9 набивки и нагревает их.

Нагретые пакеты 43 слоев 7, 8 и 9 перемещаются ротором 4 в дополнительные отсеки 18 и воздушный отсек 15, где они отдают тепло уплотнительному газу и воздуху, поступающим прямотоком по отношению друг к другу через патрубки 58 и 59 соответственно.

Охлажденный газ отводится через патрубок 57, а нагретый воздух и уплотнительный газ - в патрубок 50, причем последний поступает вместе с перетекшим под дополнительными радиальными уплотнениями 16 и 17 и переносимым в дополнительный отсек 18 воздухом из воздушного отсека 15, через отверстия 51 и 52 в дополнительных радиальных уплотнениях 16 и 17 и крышке 2, патрубок 49 и короба 53 и 54.

Проходя от холодных к горячим сторонам дополнительных отсеков 18, холодный уплотнительный газ перетекает под радиальными уплотнениями 13 в короб 57, а нагретый - под радиальными уплотнениями 12 в газовый отсек 14 и через открытый шибер 23 - в полость между кожухом 1 и ротором 4 в горячей стороне воздушного отсека 15. В эту же полость по патрубкам 20 уплотнительный газ поступает в холодную сторону воздушного отсека 15.

Уплотнительный газ в дополнительных отсеках 18 и в полости между кожухом 1 и ротором 4 создают единый уплотнительный поток, препятствующий перетоку воздуха через все виды уплотнений, неплотности и щели, в газовый отсек 14 и байпасированию воздуха и газа элементов 40 пакетов 43 слоев 7, 8 и 9 набивки в газовом, воздушном и дополнительных отсеках 14, 15 и 18 соответственно. Переток уплотнительного газа из упомянутой выше полости в газовый отсек 14 и в патрубок 57 происходит так же, как и в противоточном режиме работы.

В пусковых режимах, а также в установках, работающих на сжигании сернистых топлив, шиберы 23, 24 25 и 26 закрываются, клапаны 21 и 22 открываются, газоплотные клапаны 55 и 56 открываются в соответствии с направлением потока уплотнительного газа и воздуха, а в холодную сторону воздухоподогревателя подается горячий уплотнительный газ при прямотоке и в полость между кожухом 1 и ротором 4 - при противотоке.

В случае изменения направления вращения ротора 4 шиберы 23 и 24 закрываются, а шиберы 25 и 26 открываются. Порядок работы, эффективность теплообмена и надежность остаются теми же, как и в описанных режимах, а при сжигании зольных топлив для очистки элементов 40 пакетов 43 набивки переключают аппарат очистки 60 на аппарат 61.

Концевые слои 41 и 42 элементов 40 пакетов 43 слоев набивки 7, 9 и расположенные в плоскостях торцов ротора 4 и радиальные уплотнения 12, 13, 16 и 17 с продольными пазами 39 и параллельными им элементами 40 образуют каналы повышенного гидравлического сопротивления. Это позволяет совместно с уплотнительным потоком газа обеспечить бесперетечные (по воздуху) режимы работы и минимальные перетечки уплотнительного газа даже при повышенных зазорах между радиальными уплотнениями 12, 13, 16 и 17 и элементами 40 концевых слоев 41 и 42 пакетов 43 набивки, а совместно с установленными дополнительно на периферийной части радиальных уплотнений - торцовыми уплотнениями 28 и 29 с узлами регулирования 27, уменьшающими переток сред (воздух, уплотнительный газ) в полость между кожухом 1 и ротором 4 и далее в газовый отсек 14 и в патрубок 57 через периферийные уплотнения 11, снизить давление газа в патрубках 49, 58 дополнительных отсеков 18 и тем самым сократить энергетические затраты на транспортировку уплотнительного газа.

Наличие опорных заплечиков 45 на пакетах 43 слоев 7 и 9 набивки и опор 46 в роторе 4, стержней 44 элементов 40 в слоях пакетов 7, 8 и 9 набивки вместе с подпружиненной опорой 47 промежуточного слоя 8 набивки позволяют обеспечить установку концевых слоев 41 и 42 элементов 40 пакетов 43 слоев 7 и 9 набивки в плоскости торцов ротора 4.

Подача уплотнительного газа в холодную сторону воздухоподогревателя повышает температуру металла элементов и узлов в этой стороне, улучшает деформационный режим, замедляет коррозионный износ этих элементов.

Таким образом, повышается надежность и эффективность теплообмена за счет улучшения деформационного режима, снижения коррозионного износа узлов и элементов в холодной стороне при сжигании сернистых топлив, в том числе и в случае изменения направления вращения ротора, увеличения активной поверхности теплообмена и дополнительной утилизации тепла газа в дополнительных отсеках, снижения перетечек сред (воздух, газ) в газовый отсек и байпасирования этих сред элементов пакетов набивки в воздушном и газовом отсеках с одновременным улучшением работы уплотнений, сокращения затрат на транспортировку сред через отсеки воздухоподогревателя.

Источники информации Авторское свидетельство СССР N 1076707, кл. F 23 L 15/02, F 28 D 19/00, 1982.

Формула изобретения

1. Вращающийся регенеративный воздухоподогреватель, содержащий кожух с размещенным в нем ротором, имеющим теплообменную набивку, а на его торцах-концевой слой набивки, примыкающие к ротору периферийные, аксиальные и основные радиальные разделяющие его на газовый и воздушный отсеки, уплотнения, два дополнительных радиальных уплотнения, размещенные в воздушном отсеке, образующие с основными дополнительные отсеки, причем поверхности радиальных уплотнений, обращенные к торцам ротора, снабжены продольными пазами, шибер, установленный на периферии дополнительного отсека и размещенный на входе ротора в газовый отсек с его горячей стороны, патрубки подвода и отвода воздуха и газа, патрубки дополнительных отсеков в холодной стороне, а также средства очистки набивки ротора, отличающийся тем, что кожух со стороны воздушного отсека снабжен расположенными симметрично ему не менее чем двумя парами патрубков ввода уплотнительного газа с клапанами, каждая из которых установлена в одной горизонтальной плоскости с горячей и холодной стороны ротора, а каждый патрубок направлен в зону аксиальных уплотнений вдоль внутренней поверхности кожуха, крышка кожуха в горячей стороне снабжена патрубками дополнительных отсеков, в той же стороне с дополнительных радиальных уплотнениях выполнены отверстия, напротив них-отверстия в крышке кожуха, а последние вместе с патрубками дополнительных отсеков соединены коробами с патрубком отвода горячего воздуха, причем патрубки дополнительных отсеков соединены также с патрубком и атмосферой через газоплотные клапаны, периферийные части всех радиальных уплотнений снабжены торцовыми уплотнениями с узлами регулирования.

2. Воздухоподогреватель по п. 1, отличающийся тем, что каждый из патрубков ввода уплотнительного газа выполнен треугольного сечения и установлен на кожухе так, что вершины треугольников направлены друг к другу, а их расширяющиеся части - в сторону периферийных уплотнений.

3. Воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что на периферии дополнительных отсеков на входе ротора в газовый отсек, с его холодной стороны, и на входе в воздушный отсек с его горячей и холодной стороны, установлены шиберы, причем все шиберы снабжены узлами регулирования.

4. Воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что элементы концевого слоя набивки, установленные на торцах ротора, выполнены с равным или большим гидравлическим сопротивлением, чем в основной набивке, а продольные пазы на радиальных уплотнениях выполнены параллельно элементам теплообменной набивки пакета, снабженного в верхней его части опорными заплечиками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9