Воздухоподогреватель — это теплообменный аппарат, основное назначение которого заключается в нагреве воздуха. Устройство находит широкое применение в различных отраслях: его устанавливают в котельных установках тепловых электростанций и на промышленных предприятиях, а также используют в системах воздушного отопления, приточной вентиляции и кондиционирования воздуха.
В теплоэнергетике воздухоподогреватели играют ключевую роль в повышении эффективности работы котельных агрегатов. Они нагревают воздух, который затем подается в топку и в углеразмольные устройства, используя для этого тепло уходящих дымовых газов. Это позволяет экономить топливо и повышать общий КПД установки.
Классификация и принципы работы
По принципу действия все воздухоподогреватели делятся на два основных типа: рекуперативные и регенеративные.
Рекуперативные воздухоподогреватели работают по принципу непрерывного теплообмена через разделительную стенку. Чаще всего это стальные трубчатые конструкции, где тепло от горячих газов передается воздуху через стенки металлических трубок диаметром 30–40 мм. В типовой конструкции трубки расположены вертикально. Внутри них движутся продукты сгорания, а воздух омывает их снаружи, двигаясь поперечным потоком. Для организации движения воздуха используются перепускные короба и промежуточные перегородки. Скорость газов в трубках обычно составляет 9–13 м/с, а скорость воздуха между трубками примерно в два раза ниже, что позволяет добиться сбалансированных условий теплоотдачи с обеих сторон стенки.
Важным условием эксплуатации является поддержание температуры стенок труб выше точки росы во избежание коррозии и налипания золы. Для этого применяют предварительный подогрев воздуха в паровых калориферах или используют рециркуляцию части уже нагретого воздуха.
Регенеративные воздухоподогреватели используют иной принцип: тепло передается через металлическую насадку (набивку), которая циклически нагревается потоком газов, а затем отдает накопленное тепло воздуху. Типичный представитель — роторный воздухоподогреватель. Он представляет собой медленно вращающийся барабан (ротор) с набивкой из гофрированных стальных листов, помещенный в неподвижный корпус. Корпус разделен на газовую и воздушную секции. При вращении ротора (3–5 об/мин) набивка поочередно проходит через потоки горячих газов и холодного воздуха, непрерывно нагревая последний. Движение сред организовано противоточным способом.
Главное преимущество регенеративных аппаратов — высокая компактность (до 250 м² поверхности нагрева на 1 м³ объема набивки), что делает их популярными на мощных энергоблоках. Однако им свойственен существенный недостаток — перетекание воздуха (до 10%) в газовый тракт, что приводит к перегрузке дутьевых вентиляторов и дымососов, а также увеличивает потери тепла с уходящими газами.
Проектирование любого воздухоподогревателя — сложная инженерная задача, которая начинается с детального теплового расчета по специальным формулам, учитывающим множество параметров работы системы.