Какво е предназначението на плочата за подгряване на въздуха?

Резюме

Един плоча за подгряване на въздуха е жизненоважен компонент в системите за подгряване на въздух, който възстановява отпадната топлина от димните газове и я предава на входящия въздух за горене, преди той да влезе в котел, пещ, пещ или промишлена горелка.

Чрез повишаване на температурата на въздуха за горене с остатъчната топлина от отработените газове, плочите за подгряване на въздуха могат значително да подобрят топлинната ефективност, да намалят разхода на гориво, да стабилизират горенето и да намалят общите емисии.

Според литературата по котелно инженерство и промишлено оползотворяване на топлина, правилно проектираните системи за предварителен подгряване на въздуха могат да подобрят ефективността на горенето с няколко процентни пункта, което води до значителни икономии на енергия при мащабни топлинни операции. Геометрията, подборът на материали и конфигурацията на плочите на въздушния подгревател влияят пряко върху ефективността на топлообмена, пада на налягането, устойчивостта на замърсяване и експлоатационния живот.

Използвана литература/източници:

• Steam: Генериране и използване на парата - Babcock & Wilcox
• Индустриални котли за възстановяване на топлина Ръководства за инженерство
• Референции за термично проектиране на регенеративни и рекуперативни въздушни подгреватели

Какво е предназначението на плочата за подгряване на въздуха?

Основната функция на плочата за предварителен подгряване на въздуха е да пренася отпадната топлина от горещите изгорели или димни газове към входящия въздух за горене, който след това влиза в горивната камера. По този начин се подобрява ефективността на горенето, намалява се разходът на гориво и се подобряват топлинните характеристики на котли, пещи и промишлени отоплителни системи.

С прости думи:

Плочата за предварителен подгряване на въздуха помага на промишлените отоплителни системи да рециклират топлината, която иначе би била изгубена за предварително подгряване на въздуха за горене.

Тъй като въздухът за горене навлиза в горелката при по-висока температура, горивото се нуждае от по-малко енергия, за да достигне желаната температура на пламъка, което води до по-ефективно изгаряне.

Какво представлява плочата за подгряване на въздуха?

Плочата за подгряване на въздуха е топлообменник, монтиран в комплект за подгряване на въздуха. Тя образува основната топлообменна повърхност, която позволява топлинен обмен между:

• горещи димни/отпадъчни газове, напускащи горивната система; и
• студения входящ въздух за горене, влизащ в системата на горелката.

Плочата може да бъде плоска, гофрирана, профилирана или специално релефна, в зависимост от конструкцията на въздушния подгревател.

Плочите за подгряване на въздуха се използват широко в:

• котли за битови нужди
• електроцентрали
• циментови пещи
• стоманени пещи
• инсинератори за отпадъци
• маслени нагреватели
• промишлени горелки

Защо плочите за предварителен подгряване на въздуха са важни в индустриалните системи?

Без оползотворяване на топлината отработените газове често напускат топлинните системи със значителна остатъчна енергия. Ако се позволи на тази топлина да излезе навън, се губи гориво и се намалява ефективността на системата.

Плочите за подгряване на въздуха решават този проблем, като възстановяват част от тази топлинна енергия.

Основни функционални предимства:

• Оползотворяване на отпадна топлина
• Подобряване на ефективността на горенето
• Намаляване на използването на гориво
• По-ниски оперативни разходи
• Намаляване на загубите на димни газове
• Подобряване на стабилността на горелката
• Намаляване на емисиите
• Повишаване на общата ефективност на котела/пещта

Как работи плочата за подгряване на въздуха?

Плочата за подгряване на въздуха действа като топлоносител.

Принцип на работа:

Стъпка 1: Горещите димни газове влизат в секцията за рекуперация на топлина.

След изгарянето високотемпературните димни газове излизат от горивната камера и влизат в подгревателя на въздуха.

Стъпка 2: Предаване на топлина към повърхността на плочата

Когато димните газове влизат в контакт с повърхността на плочата за подгряване на въздуха, топлинната енергия се предава на металната плоча.

Стъпка 3: Входящият въздух преминава през противоположната страна.

Студеният въздух за горене преминава над или през противоположната страна на конструкцията на плочата.

Стъпка 4: Плочата предава топлина на въздуха.

Нагрятата плоча пренася топлинна енергия във входящия въздушен поток.

Стъпка 5: Предварително загрят въздух захранва горивната камера.

В горелките/котлите влиза по-топъл въздух за горене, което подобрява запалването и ефективността на горенето.

Функционална роля на плочата за предварителен подгряване на въздуха в топлинните системи

Основни цели на плочата за подгряване на въздуха

1. Подобряване на ефективността на горенето

Предварителното подгряване на въздуха за горене позволява той да гори по-пълноценно и постоянно.

Ползите включват:

• По-бързо запалване
• По-добра стабилност на пламъка
• Подобрено смесване на гориво с въздух
• По-пълно изгаряне на горивото

2. Намаляване на разхода на гориво

Тъй като входящият въздух вече е топъл, е необходимо по-малко гориво, за да се достигне желаната температура на горене.

• Необходимо е по-малко гориво за достигане на целевата температура на горене
• Повишаване на ефективността на котела/пещта
• Дори скромното повишаване на ефективността може да доведе до значителни икономии в големи инсталации.

3. По-ниски топлинни загуби на отработените газове

Плочите за предварителен подгряване на въздуха намаляват температурата на комина/димохода, като извличат използваемата топлина.

4. Намаляване на емисиите

По-доброто изгаряне може да намали следните фактори:

• Емисии на CO
• Неизгорели въглеводороди
• Отпадъци от гориво

5. Увеличаване на капацитета на системата

Някои системи могат да постигнат повишена топлинна мощност с предварително загрят въздух за горене.

Видове плочи за предварителен подгряване на въздуха

Плочите на въздухоподгревателя са основни компоненти за пренос на топлина в регенеративните и рекуперативните въздухоподгреватели. Различните профили и структури на плочите са проектирани така, че да оптимизират ефективността на топлообмена, пада на налягането и устойчивостта на замърсяване в зависимост от работните условия.¹

1. Плоски плочи

• Най-прост структурен дизайн с гладка геометрия на повърхността
• Подходящи за приложения с ниско ниво на замърсяване и нисък спад на налягането
• По-лесно производство и поддръжка

2. Гофрирани плочи

• Вълнообразни или гофрирани модели на повърхността
• Увеличаване на турбулентността за подобряване на ефективността на топлопреноса
• Обикновено се използва във високоефективни системи за възстановяване на топлина

3. Плочи тип "кошница

• Монтирани в модулни кошници за регенеративни въздушни подгреватели
• Позволяват удобна подмяна и поддръжка
• Широко използвани в котли за комунални услуги и топлоелектрически централи

4. Профилирани/формовани плочи за пренос на топлина

• Проектирани с оптимизирани релефни или оформени модели
• Проектиран за повишена топлинна ефективност и намалени загуби на налягане
• Използва се при взискателни индустриални приложения за възстановяване на топлина

Обичайни дизайни на плочи за подгряване на въздуха

Избор на материал за плочи за подгряване на въздух

От съществено значение е да се избере подходящият материал на плочата, за да се гарантира топлинна ефективност, устойчивост на корозия и дълъг експлоатационен живот.

Ключови фактори за избор:

1. Работна температура

По-високите температури изискват топлоустойчиви сплави или подобрени класове стомана.

2. Корозивна среда

Серните съединения, киселинните кондензати и съставът на димните газове оказват влияние върху избора на материал.

3. Условия за износване и ерозия

За газовите потоци, натоварени с прах, може да са необходими устойчиви на износване материали.

4. Баланс между разходите и производителността

Материалът трябва да отговаря на изискванията за експлоатационни характеристики, като същевременно остава икономически изгоден.

Общи материали

1. Въглеродна стомана

• Икономичен и широко използван
• Подходящ за приложения със стандартна температура и ниска степен на корозия

Предимства:

• Ниски разходи
• Добра формообразуваемост
• Лесна изработка

2. Кортен/устойчива на атмосферни влияния стомана

• Подобрена устойчивост на корозия в сравнение със стандартната въглеродна стомана
• Често срещани в среди с умерени димни газове

3. Неръждаема стомана

• Отлична устойчивост на корозия и окисляване
• Подходящ за тежки условия на работа или за работа при висока влажност

Общи класове:

SS304, SS316 и SS310 за по-високи температури

4. Стомана с емайлово покритие

Основа от въглеродна стомана с емайлово покритие, устойчиво на корозия. Широко използван в кошниците за студени краища на регенеративни въздушни подгреватели.

Предимства:

Отлична устойчивост на корозия в точката на киселинна роса.

5. Легирана стомана/топлоустойчива стомана

Използват се в среди с екстремни температури. Предлага отлични термични и механични характеристики.

Ключови конструктивни фактори, влияещи върху производителността на плочата за подгряване на въздуха

Работата на плочите за подгряване на въздуха има пряко въздействие върху ефективността на оползотворяване на топлината, работата на котела и цялостното потребление на енергия в системата. Ефективността, с която плочите работят в реални условия, се определя от няколко променливи на конструкцията.

1. Геометрия на профила на плочата

Дълбочината на гофриране, стъпката и релефният модел влияят върху турбулентността на въздушния поток.

Оптимизираната геометрия подобрява ефективността на топлопреноса, като същевременно контролира спада на налягането.

2. Избор на материал

Топлопроводимостта на материала влияе върху ефективността на топлопреноса

Устойчивостта на корозия и износване определят дългосрочната издръжливост

3. Дебелина на плочата

По-тънките плочи подобряват термотрансфера, а по-дебелите - механичната здравина и експлоатационния живот. Намирането на правилния баланс между ефективност и издръжливост е от решаващо значение.

4. Площ на повърхността за пренос на топлина

По-голямата ефективна повърхност увеличава капацитета на топлообмен, но трябва да се оптимизира, за да се избегне прекомерното съпротивление на въздушния поток.

5. Разпределение на газовия поток

Неравномерният поток може да доведе до локално прегряване или ниска производителност.

Правилната конструкция на коша и канала подобрява равномерността на разпределението.

6. Работна среда

Трябва да се вземе предвид работната среда, включително:

• Температурен диапазон
• Състав на димните газове
• Концентрация на прах/пепел
• Условия на влажност и киселинна точка на оросяване Работна среда
• Температурен диапазон
• Състав на димните газове
• Концентрация на прах/пепел
• Условия за влажност и киселинна точка на оросяване

Често срещани проблеми, засягащи плочите за подгряване на въздуха

С течение на времето характеристиките на плочите за подгряване на въздуха могат да се влошат поради тежките условия на работа.

1. Корозия

Причиняват се от киселинни кондензати, серни съединения и влага.

Често срещано в студените крайни секции

2. Замърсяване с пепел и прах

Отлаганията намаляват ефективността на топлообмена и увеличават спада на налягането и съпротивлението на въздушния поток.

3. Ерозия и абразия

Високоскоростният газ, натоварен с частици, изтрива повърхностите на плочите, което води до изтъняване и структурни повреди.

4. Деформация на плочата

Топлинният стрес или механичното натоварване могат да деформират плочите, като намалят ефективността на уплътнението и ефективността на въздушния поток.

5. Изтичане на въздух

Повредените уплътнения или деформацията на плочата увеличават степента на течове, като намаляват топлинната ефективност и производителността на котела.

6. Блокиране/включване

Силното замърсяване може да блокира частично или напълно газовите канали, което води до големи загуби на производителност и дисбаланс на налягането.

Често срещани режими на повреда на плочата на въздушния подгревател

Най-добри практики за поддръжка

Правилната поддръжка може значително да удължи експлоатационния живот на плочите за подгряване на въздуха и да запази ефективността на системата.

1. Извършване на редовни проверки 

Наблюдение за корозия, износване, деформация и замърсяване и идентифициране на ранни признаци на влошаване на експлоатационните характеристики.

2. Извършване на рутинно почистване

Периодично отстранявайте отлаганията от пепел, сажди и прах.

Използвайте вентилатори за сажди, измиване с вода или механично почистване, ако е необходимо.

3. Наблюдение на степента на течове

Проследяване на тенденциите в износването на уплътненията и течовете

Ремонтирайте или заменете уплътненията своевременно

4. Проактивна подмяна на повредени плочи

Не чакайте пълен провал. Подменяйте силно корозиралите, деформирани или ерозирали плочи по време на планирани прекъсвания.

5. Оптимизиране на условията на работа

По възможност поддържайте температурата на димните газове над точката на оросяване на киселината.

Намаляване на прекомерното натоварване с прах нагоре по течението.

6. Поддържане на подробна сервизна документация

Проследяване на данните от проверките, интервалите на почистване и историята на замяната за подпомагане на планирането на прогнозна поддръжка.

Често задавани въпроси за плочата на въздушния подгревател

В1: Какво прави плочата за подгряване на въздуха?

Той прехвърля отпадната топлина от отработените газове към входящия въздух за горене.

В2: Защо е важно предварителното загряване на въздуха за горене?

Той подобрява ефективността на горенето и намалява разхода на гориво.

В3: Къде се използват плочите за подгряване на въздуха?

В котли, пещи, пещи, електроцентрали и промишлени отоплителни системи.

В4: Какви материали се използват за плочите за подгряване на въздуха?

Обикновено въглеродна стомана, легирана стомана, неръждаема стомана или стомана с емайлово покритие.

В5: Как се повреждат плочите за подгряване на въздуха?

Често срещаните причини са корозия, замърсяване, ерозия и топлинна умора.

В6: Може ли подмяната на износените плочи на въздушния подгревател да подобри ефективността?

Да - повредените или замърсени плочи могат значително да намалят ефективността на оползотворяване на топлината.

Заключение

Предназначението на плочата за подгряване на въздуха е да оползотворява отпадната топлина от отработените газове и да предава тази енергия на входящия въздух за горене. По този начин се подобрява ефективността на горенето, намалява се разходът на гориво, намаляват се емисиите и се подобрява цялостната работа на топлинната система. Като един от най-важните компоненти за оползотворяване на топлината в котли и промишлени отоплителни системи, плочата за предварителен подгряване на въздуха оказва пряко влияние върху оперативната ефективност и икономиката на предприятието.

За промишлените оператори изборът на правилен дизайн, материал и стратегия за поддръжка на плочата е от съществено значение за постигане на максимална производителност и експлоатационен живот на въздушния подгревател.