Достижения в области дизайна, производительности и надежности регенеративного воздухонагревателя

Аннотация

Стивен К. Шторм, Джон Джуффре, Андреа Цукчелли. Достижения в области дизайна, производительности и надежности регенеративного воздухонагревателя.

Вступление

Регенеративный воздухонагреватель, служащий теплоуловителем для котельной системы, обычно обеспечивает более 10% эффективности тепловой установки на типичном парогенераторе. Учитывая это, при оценке производительности воздухонагревателя следует принимать во внимание все технологические переменные.

Наряду с усовершенствованием оборудования для борьбы с загрязнением воздуха и технологии удаления сажи, энергетическая отрасль США стала более “гибкой в использовании топлива”, но столкнулась с большими проблемами надежности. Топливные смеси со сложными минеральными компонентами золы, деактивированные катализаторы SCR, промывка NH3 и/или инъекции сорбента для контроля SO3 могут ускорить решение распространенных проблем, которые часто вызывают загрязнение, закупорку и/или коррозию воздухонагревателя.

Регенеративные воздухонагреватели служат теплообменником, который обеспечивает надлежащий предварительный нагрев воздуха для горения, обеспечивая более эффективное сгорание. При наличии неоптимальной производительности под угрозой оказывается не только эффективность установки, но и ее доступность и/или производительность оборудования для контроля загрязнения воздуха. Проблемы с воздухонагревателем могут привести к снижению мощности агрегата. В результате это приведет к снижению мощности вентилятора, неверной температуре сгорания и / или неприемлемому количеству газа, поступающего в дымовую трубу. Более высокие, чем желательные, температуры газа на выходе из воздухонагревателя могут снизить эффективность сбора электрофильтров и негативно сказаться на надежности рукавных камер. Учитывая это, целью данной статьи является обзор последних достижений в области оценки процессов, а также завершаемых исследований и разработок, которые помогут повысить эффективность воздухонагревателя и общей установки, одновременно уменьшая вынужденные отключения, связанные с воздухонагревателем.

Темы, затронутые в этом документе, включают:

1) Соображения по эксплуатации и техническому обслуживанию

2) Соображения по механическим компонентам

3) Материал элемента и соображения по покрытию

Соображения по эксплуатации и техническому обслуживанию

Как утечка воздухонагревателя, так и утечка восходящего воздуха из котельной может существенно повлиять на тепловые характеристики регенеративного воздухонагревателя. Утечка воздухонагревателя происходит на горячем и холодном концах регенеративного воздуха. Однако часто предполагается, что большая часть утечек происходит на холодном конце, где коррозия более вероятна из-за низких температур воздуха и газа, что приводит к увеличению зазоров между уплотнительными поверхностями. Однако также важно понимать, что эта утечка воздуха перед воздухонагревателем может снизить температуру поступающих дымовых газов, одновременно увеличивая объем газа, проходящего через воздухонагреватель при сбалансированной тяге.

Также важно понимать основную важность воздухонагревателя. Просто для примера, ниже приведен типичный агрегат и доступная поверхность теплопередачи относительно небольшой площади по сравнению с общим размером котла. Однако объем поверхности нагрева, содержащейся в регенеративном воздухонагревателе, часто в два-три раза больше фактической площади нагрева поверхности.

Большинство регенеративных воздухонагревателей изначально были рассчитаны на утечку 6-10% воздуха в атмосферу и обеспечивали более 10% общей тепловой эффективности установки.

При расчете КПД котла потери сухого газа представляют собой наибольший разовый тепловой

ущерб. По сути, это процент, основанный на выделении тепла в атмосферу, который котел не может использовать. Однако это также включает в себя несколько более мелких соображений. Любое повышение температуры газа на выходе по сравнению с температурой воздуха на входе способствует этой потере.

Измерение потерь сухого газа (с использованием утечки воздухонагревателя и скорректированной температурой газа)

Общая форма уравнения для расчета потерь сухого газа такова:

Потери сухого газа = фунт сухого дымового газа на фунт сжигаемого топлива х 0,24 х (ТG х ТA) х топливо HHV

Где

0,24 = типичная удельная теплоемкость воздуха и дымовых газов

TG = температура выходящего дымового газа*

TA = температура приточного воздуха

Топливо HHV = (более высокая теплотворная способность) содержание Btu в топливе

Эта температура скорректирована для представления температуры дымовых газов на выходе, если не было утечки воздуха через воздухонагреватель (PTC-4). Белов: «Мы сделаем еще один шаг вперед, чтобы учесть любую утечку воздуха, которая может произойти между выходом из печи и входом воздухоподогревателя».

Процент утечки через воздухонагреватель или воздуховод можно рассчитать следующим образом:

Как только утечка через воздухонагреватель рассчитана, температуру на выходе можно скорректировать*, чтобы указать, какой была бы температура, если бы утечки не было.

Откорректированный нагреватель воздуха * температуру газа на выходе =

Процент утечки через воздухонагреватель или воздуховод можно рассчитать следующим образом:

Использовать это для корректировки температуры на выходе воздухоподогревателя (уже скорректирована на утечку APH):

Температура газа на выходе подогревателя воздуха с поправкой на общую утечку =

(TGas Intel Connected – TGas Measured) + TAPHGas исправленный выход

Где:

TAPHGas исправленный выход = Температура газа APH на выходе с поправкой только на Утечка APH

После вычисления предыдущих значений следует рассчитать общее падение энтальпии для газа и повышение энтальпии для воздуха, чтобы определить эффективность теплопередачи. Разделив повышение энтальпии воздуха на падение энтальпии газа, вы получите общую эффективность теплопередачи для воздухонагревателя.

Следует отметить, что наиболее часто используемым показателем “эффективности” воздухонагревателя является расчет КПД на стороне газа. КПД на стороне газа — это измерение эффективности, которое использует только изменения температуры воздуха и газа в воздухонагревателе и не учитывает ни удельную теплоту жидкостей, ни массовый расход (т.е. энтальпию). Чтобы точно определить, насколько хорошо работает воздухонагреватель, необходимо использовать расчет эффективности теплопередачи, который включает баланс энтальпии.

Кроме того, все традиционные методы расчета влияния утечки на тепловые характеристики устройства исходят из предположения, что вся утечка происходит на холодном конце воздухонагревателя, и температурные поправки традиционно рассчитываются с использованием этого предположения. В действительности значительная часть измеренной утечки на самом деле будет происходить на горячем конце воздухонагревателя. Поскольку нет практического способа измерить разницу между утечкой горячего и холодного воздухонагревателя, рассчитанная эффективность воздухонагревателя, независимо от используемого метода, всегда будет содержат небольшую степень ошибки.

Воздухонагреватель в плохом состоянии обычно приводит к утечке воздуха, превышающей 15-20%. Учитывая это, для определения температуры газа на выходе “без утечек” требуется коррекция температуры газа на выходе. Как отмечалось ранее, нагреватель воздуха отвечает за большую часть тепловой эффективности устройства. На типичном устройстве каждые 30° КПД F составляет ~1% (см. рисунок 2).

Конструктивные особенности регенеративного воздухонагревателя, соотношение воздуха и газа, колебания давления воздуха и газа оказывают существенное влияние на производительность регенеративного воздухонагревателя. Учитывая это, необходимо отметить, что механическое состояние воздухонагревателя и сведение к минимуму утечки воздуха в газ жизненно важны для здоровья и общей производительности установки. Любой дымовой газ, разбавленный утечкой воздуха на холодном конце воздухонагревателя, приведет к снижению общей температуры газа на выходе, а также к изменению температуры ниже по потоку от выхода воздухонагревателя. Кроме того, следует понимать, что высокая утечка воздуха приводит к снижению температуры газа на выходе, а в сочетании с S03, вероятно, произойдет ускоренная коррозия.

Существует множество рабочих параметров котла, которые могут влиять на образование SO3. Этими переменными являются содержание серы в топливе, зольность и состав, площадь поверхности конвективного прохода, распределение температуры газа и поверхности трубы, уровень избыточного воздуха, механизм розжига и тонкость угля. SO3 соединяется с влагой дымовых газов с образованием парофазной серной кислоты при температурах ниже примерно 600 °F. Следовательно, любая серная кислота в дымовых газах может привести к проблемам с работой электростанции. Эти проблемы могут включать засорение воздухонагревателя котла, коррозию в воздухонагреватель и нижележащие воздуховоды / оборудование. Чтобы предотвратить конденсацию SO3 (и, таким образом, ограничить образование серной кислоты), температура выходящего газа, поступающего из воздухонагревателей, должна поддерживаться выше точки росы серной кислоты. Более высокие требуемые температуры выходящего газа напрямую приводят к потере эффективности системы, что приводит к значительному снижению расхода тепла. Однако, чем больше образуется SO3, тем выше точка росы. Температура точки росы серной кислоты зависит от концентрации SO3 и водяного пара в дымовых газах. Концентрация любого из этих веществ повышает температуру точки росы кислоты.

Контроль утечек в сочетании с контролем серной кислоты (H2SO4) особенно важен при обращении с дымовыми газами, которые являются побочным продуктом топлива с высоким содержанием серы. Это нужно учитывать, когда SO2 окисляется в SO3, SO3 легко соединяется с водяным паром с образованием H2SO4 (серной кислоты). Окисление SO2 будет происходить при контакте с поверхностями теплопередачи – металл в котле действует как катализатор.

В то время как значительная часть SO3 будет конденсироваться на частицах золы и собираться вместе с летучей золой, неконденсированный SO3 может иметь значительные побочные эффекты. Избыток SO3, выходящий из трубы, может привести к заметному “синему шлейфу”, который состоит в основном из серной кислоты, сконденсировавшейся в крошечные капли. Те же самые капли могут также конденсироваться на холодном конце воздухонагревателя или в нижележащих воздуховодах, вызывая коррозию и закупорку. Кроме того, избыток SO3 может соединяться с аммиачным шликером из системы SCR с образованием бисульфата аммония (ABS), который имеет печально известную репутацию из-за засорения теплопередающего элемента воздухонагревателя. По существу, избыток аммиака соединяется с избытком SO3 и водяным паром, который начинает конденсироваться на поверхностях элементов воздухонагревателя при температурах ниже примерно 450°F (230°C).

NH 3 +SO 3 +H 2 O >NH 4 HSO 4

Эта закупорка ABS также влияет на распределение воздуха и дымовых газов, а также приводит к перепадам давления воздуха и утечке газа (в результате повышенного перепада давления в воздухонагревателе).

Чтобы удалить избыток SO3, смешайте щелочные сорбенты в виде сухого порошка или водной суспензии (т.е. гашеная известь, известняк, оксид магния, бисульфат натрия и Трона), иногда вводят перед или после регенеративных воздухонагревателей. Хотя эти химические вещества довольно эффективны в поглощении избытка SO3 и уменьшении сизого дыма и коррозии, влияние этих сорбентов на воздухонагреватель и его работу все еще оценивается. В качестве гипотетического примера, если впрыск сорбента после воздухонагревателя потребовал бы повышенного выхода газа, в этом случае для обеспечения повышенной температуры потребуется снижение КПД котла, связанное со снижением эффективности воздухонагревателя. Однако также может оказаться возможным достичь требуемой повышенной температуры без снижения тепловой мощности, просто уменьшив утечку воздухонагревателя – тем самым уменьшая расход разрежающего воздуха, который охлаждает газы после воздухонагревателя.

Учитывая эти проблемы, в сочетании с заменой топлива или модернизацией и переоборудованием устаревших агрегатов, тщательная оценка производительности коммунального котла и регенеративного воздухонагревателя имеет решающее значение. Это особенно верно, если принять во внимание надежность и производительность регенеративного воздухонагревателя.

Современные достижения требуют повышенного внимания к эксплуатационным характеристикам, а также к механическим конструктивным соображениям, прежде чем приступать к ремонту нагревательного элемента или герметизации регенеративного воздухонагревателя. Кроме того, абсолютно необходимо, чтобы надлежащие материалы, используемые в спецификации, соответствовали технологическим и эксплуатационным требованиям. В качестве предварительного условия для любого продвижения в области технологий регенеративного воздухонагревателя необходимо оценить фундаментальные и текущие показатели производительности.

Некоторые из операционных переменных, которые необходимо учитывать, заключаются в следующем:

1. Тепловая эффективность
2. Анализ топлива (S, N, H2О)
3. Анализ минеральной золы
4. Оборудование для контроля загрязнения воздуха (APC)
5. Производительность SNCR или SCR (NH3 Скольжение)
6. Инъекции сорбента (перед и после воздухонагревателя)
7. Технические характеристики оборудования APC после воздухонагревателя=
8. Производительность SNCR или SCR (NH3 Скольжение)
9. Инъекции сорбента (перед и после воздухонагревателя)
10. Технические характеристики оборудования APC после воздухонагревателя
11. SO3
12. Распределение дымовых газов
13. Градиенты скорости и температуры
14. Объем дымовых газов

В дополнение к предыдущему, некоторые специфические параметры воздухонагревателя, которые также необходимо учитывать, заключаются в следующем:

Табл. 1 Критерии и оценки возможных структур робота

Горячий конец	Промежуточный, холодный конец
1. Температура поступающего газа 2. Утечка воздуха вверх по потоку 3. Перепад давления на горячем конце (воздух/газ) 4. Объем и скорость поступающего дымового газа 5. Температура газа на входе 6. Ветровая коробка к дифференциалу печи 7. Конструкция элемента, калибр, вес,глубина 8. Кислород поступающего дымового газа (%)	1. Средняя рабочая температура холодного конца 2. Желаемая температура на выходе дымовых газов (С поправкой на утечку) 3. Перепад давления на холодном конце (воздух/газ) 4. Температура воздуха на входе 5. Конструкция элемента, калибр, вес, глубина 6. Выходящий кислород из дымовых газов

Независимо от того, имеете ли вы в виду производительность горелки, котла, воздухонагревателя и/или оборудования APC, на эффективность работы всех этих компонентов влияют их входные данные. Такие переменные, как температура газа на выходе из воздухонагревателя и градиенты скорости, утечка / массовый расход, тонкость угля, размер и распределение частиц сорбента, концентрация избыточного воздуха, молярное отношение кальция к SO3, содержание золы и удельное сопротивление золы, могут оказывать значительное влияние на оборудование для контроля загрязнения воздуха.

Учитывая предыдущее, при оценке основных траекторий потока регенеративного воздухонагревателя (рис. 3) важно учитывать всестороннюю взаимосвязь всех ранее отмеченных переменных.

Чтобы правильно оценить производительность воздухонагревателя, необходимо знать температуру внутри и снаружи воздухонагревателя с обеих сторон, а также концентрацию кислорода до и после газовой стороны воздухонагревателя.

По возможности необходимо измерить скоростные напоры, чтобы определить, есть ли какие-либо значительные расслоения потока в каналах. Если это так, то температуру и содержание кислорода следует нормализовать на основе взвешенного расхода. Кроме того, для обеспечения надлежащего теплового баланса необходимо также измерить потоки воздуха и газа до и после воздухонагревателя. Это может быть вычислено как функция статического измерения давления, температуры и скоростного напора на каждом из впускных и выпускных каналов воздухонагревателя.

Механические соображения

Существует множество различных вариантов, когда дело доходит до выбора конструкции теплообменного элемента для воздухонагревателя. Каждая конфигурация имеет свои собственные уникальные характеристики перепада давления и теплопередачи.

Как правило, конфигурации с наименьшим перепадом давления на дюйм глубины также имеют меньшую скорость теплопередачи на дюйм и требуют большей глубины элемента для обеспечения равных тепловых характеристик.

В то время как конечным результатом некоторых конфигураций элементов может быть общее снижение перепада давления при достижении одинаковой теплопередачи, не все воздухонагреватели могут обеспечить дополнительную глубину элемента, которая может потребоваться без значительных модификаций ротора. Учитывая это, при оценке типов нагревательных элементов необходимо учитывать все переменные.

Просто в качестве примера, следующий график (рисунок № 4) иллюстрирует различные варианты конфигураций элементов. Сравнение теоретической температуры газа с использованием минимального и максимального изменения глубин.

Сравнение производительности элементов

Утечка воздуха и производительность

Главное преимущество регенеративного воздухонагревателя заключается в том, что это, вероятно, наименее дорогое устройство для рекуперации тепла, которое способно достаточно хорошо работать в суровых условиях потока отходящих дымовых газов от котла, работающего на ископаемом топливе. Основным недостатком регенеративного воздухонагревателя являются нежелательные утечки, которые присущи конструкции устройства. Герметизировать нагреватели такого типа чрезвычайно сложно из-за большой разницы температур между их горячим и холодным концами (около 400°F), в сочетании с большим диаметром роторов. Эти противоположные температурные градиенты работают вместе, создавая значительную разницу в радиальном тепловом расширении между горячей и холодной сторонами ротора воздухонагревателя после запуска агрегата.

Из-за этого присущего теплового искажения нередко внешние края большого воздухонагревателя при рабочей температуре испытывают значительное "провисание" (или "поворот вниз"). Деформация, вызванная этим термическим отключением (которое может достигать 4 дюймов на некоторых роторах), изменяет зазоры между уплотнениями и уплотнительными поверхностями по мере того, как ротор нагревается до рабочей температуры, и является наиболее значительной причиной утечки воздухонагревателя. Это явление необходимо учитывать при установке уплотнений в холодном состоянии.

Значительная дополнительная утечка воздухонагревателя может произойти по периметру воздухонагревателя через байпасные/кольцевые уплотнения. Следующая трехмерная диаграмма (рис. 5) является хорошим представлением различных путей утечки через воздухонагреватель. На этой схеме утечка через кольцевые уплотнения (также могут называться периферийными уплотнениями или байпасными уплотнениями) изображена внизу.

Кольцевые уплотнения расположены по всей окружности ротора воздухонагревателя, как на горячем, так и на холодном конце воздухонагревателя. На стороне дымовых газов воздухонагревателя вся утечка через кольцевые уплотнения на входной стороне приведет к короткому замыканию вокруг воздухонагревателя (минуя теплопередающий элемент) и выходу через нижележащие кольцевые уплотнения. Эта утечка приводит к потере передачи энтальпии в пучок элементов и увеличивает температуру (и, следовательно, фактический объем) газа, поступающего в вентиляторы ID. На воздушной стороне нагревателя объем утечки через первый комплект кольцевых уплотнений попадет в кольцевое пространство по периметру ротора, где утечка разделится в двух направлениях. Объем в каждом направлении зависит от перепада давлений между точками выхода. Часть потока будет продолжаться по прямому пути и выходить через второй набор кольцевых уплотнений. Оставшаяся часть потока будет направлена по периметру ротора и выйдет в поток выхлопных газов (через осевые уплотнения), и этот объем, в свою очередь, выйдет из воздухонагревателя через газовую сторону - кольцевые уплотнения холодного конца.

Утечка радиального уплотнения выражается в процентах и в основном представляет собой процент потока газа ниже по потоку от воздухонагревателя, который является результатом массы входного воздуха, который просачивается через уплотнения воздухонагревателя в поток газа на выходе. Опыт авторов таков, что в некоторых воздухонагревателях были измерены показатели радиальной утечки более 40%. Кроме того, уровень утечки от 15% до 20% часто считается “нормальным” состоянием, особенно в старых воздухонагревателях, которые со временем подверглись физическим деформациям, износу и эрозии. Утечка при этом создает значительную дополнительную нагрузку на вентиляторы котла для перемещения газа и воздуха, которые не служат никакой полезной целью. Нагрузка на вентиляторы часто усугубляется тем фактом, что на многих заводах изменения в топливе и условиях эксплуатации на протяжении многих лет привели к тому, что вентиляторы с принудительной тягой работают почти на полную мощность. Поскольку вентиляторы становятся намного менее эффективными, когда они работают почти на полную мощность, увеличение объема вентилятора на 1% может фактически привести к увеличению требуемой мощности вентилятора на целых 3% (см. рисунок 6). Таким образом, в этих случаях даже небольшое уменьшение радиальной утечки уплотнения может принести очень большие выгоды, учитывая, что вентиляторные двигатели являются одним из крупнейших потребителей электроэнергии на всей установке.

Потребляемая мощность в зависимости от объемного расхода

Экономичным и простым методом уменьшения утечки из воздухонагревателя является замена уплотнений воздухонагревателя оригинального типа на новые высокоэффективные полноконтактные радиальные уплотнения и прогрессивно чередующиеся кольцевые / байпасные уплотнения, также предназначенные для обеспечения гибкости при контакте, такие как показанные здесь (поставляются Paragon Air Heater Technologies). Полноконтактные уплотнения продемонстрировали способность снижать утечку из воздухонагревателя на 50% или более по сравнению с уровнем “как есть” во многих воздухонагревателях, когда они заменили уплотнения оригинального типа оборудования. Пример высокой характеристики полноконтактного радиального уплотнения (DuraPlus ™ ) показан на рисунке 7.

По сравнению с уплотнением оригинальной конструкции, которое на самом деле представляет собой жесткую “бесконтактную” воздушную заслонку, полноконтактное уплотнение сконструировано таким образом, чтобы постоянно поддерживать непрерывный, но гибкий контакт с уплотнительной пластиной, эффективно устраняя основной путь утечки радиального уплотнения. Эти уплотнения обеспечивают дополнительные преимущества по снижению утечек, поскольку они способны поддерживать полный контакт даже при наличии неровностей и перекосов на уплотнительных поверхностях (секторных пластинах), как это обычно встречается в старых воздухонагревателях. Эти “пробелы в искажениях” могут вносить значительный вклад в высокие показатели утечки, характерные для большинства старых воздухонагревателей.

Высокоэффективные кольцевые уплотнения (DuraFlex ™ ), показанные на рисунке 8, имеют прогрессивно переплетенную конструкцию, которая обеспечивает гибкость и устойчивость к разрыву,что позволяет уплотнениям работать в контакте с уплотнительной поверхностью по периметру без повреждений, тем самым сводя к минимуму зазоры и отверстия для утечки по сравнению с уплотнениями оригинального типа.

Повышенная надежность и характеристики нагревательных элементов

Для дальнейшего продвижения инновационных достижений в производительности воздухонагревателей слои холодных концевых элементов регенеративного воздухонагревателя могут быть покрыты современной эмалью, в состав которой входят добавки с наночастицами, придающие уникальные свойства. Эта нанотехнология является результатом совместного 8-летнего проекта Болонского университета и SMALTIFLEX S.p.A., Модена, Италия, партнера Paragon Air Heater Technologies.

Технические материалы, включая покрытия и, в частности, эмалевые покрытия, часто имеют ограниченный срок службы из-за неизбежной деградации и неожиданных повреждений в результате стресса и деформации. Чтобы преодолеть эти проблемы, исследования в области самовосстанавливающихся материалов, определяемых как "материал, повреждение которого автоматизирует реакцию заживления", в настоящее время являются активной областью исследований. Это исследование продиктовано возможностью того, что в будущем материалы, возможно, не придется заменять, что приведет к экономии затрат и эффективности во многих областях применения. Стекловидные эмалевые покрытия являются одним из материалов, которые извлекают выгоду из этих исследований и используются для высокопроизводительных приложений.

Стекловидное эмалевое покрытие - это особый класс стеклокерамических материалов, используемых в качестве покрытия для металлической подложки. Стекловидные эмалевые покрытия характеризуются высокой коррозионной стойкостью (которая может быть в 10 раз выше, чем у обычной нержавеющей стали) и высоким значением поверхностной твердости (от 600 HV до 800 HV), тем не менее они хрупки по своей природе, и явления откола могут повлиять на их эксплуатационные характеристики.

Концепция разработки самовосстанавливающегося эмалевого покрытия была продиктована необходимостью повышения механических характеристик при воздействии внешних нагрузок, которые могут быть статическими или динамическими (усталость или удар). Предлагаются различные стратегии для достижения эффекта самовосстановления в случае механически нагруженных компонентов, изготовленных из металлов, керамики, полимеров, цементов и, в еще большей степени, композитных материалов. В случае полимерных материалов были рассмотрены и разработаны две основные стратегии: одна рассматривает возможность индуцирования механизма самовосстановления в полимерной матрице когда полимерная цепь разрывается, вторая стратегия, вдохновленная способностью ткани к самовосстановлению, основана на введении заживляющего агента в полимерную матрицу. В частности, в последнем случае заживляющие агенты могут быть введены в полимерную матрицу внутри микрокапсул. Заживляющее средство высвобождается, когда трещины способны открыть такие капсулы. После этого взаимодействие между агентом и частицами катализатора вводится в матрицу и может привести к локальным эффектам полимеризации, подходящим для соединения поверхностей трещин и сдерживания распространения трещин [6]. Аналогичный подход был применен при введении полых стеклянных волокон в композит с полимерной матрицей: вещество, хранящееся внутри полых волокон, вытекает там, где волокна разрываются, что позволяет как обнаруживать повреждения, так и восстанавливать их на месте [7,8]. На основе этих принципов было разработано несколько материалов и покрытий, тем не менее ни один из них не является стекловидным материалом и, в частности, ни одно из них не является стекловидным покрытием для металлической подложки. Для разработки самовосстанавливающегося стекловидного материала было учтено и решено несколько проблем. Среди этих проблем наиболее актуальной является внутренняя хрупкость стекловидного матрикса. Более того, учитывая конкретный случай покрытия стекловидной эмалью, вторым аспектом, который необходимо учитывать, является адгезия покрытия к подложке. Эти проблемы были преодолены с помощью правильного сочетания различных манипуляций с материалами на наноуровне. В частности, совместное исследовательское сотрудничество SMALTIFLEX с Болонским университетом определило средства для модификации эмалевых покрытий путем добавления двух наночастиц оксидов металлов и одно субмикрометрическое восстанавливающее средство для материала эмали.

Рисунок 9 иллюстрирует пример кривой напряжение-деформация, сравнивающей стандартную и самовосстанавливающуюся эмалированную сталь, обычно используемую для нагревательных элементов. Из этой диаграммы видно, что самовосстанавливающаяся эмаль обладает превосходными механическими характеристиками в отношении напряжения и деформации. В частности, исследование показывает, что напряжение самовосстанавливающейся эмали в 2,4 раза больше, чем у стандартной, и что напряжение самовосстанавливающейся эмали в 2,7 раза больше, чем у стандартной.

Второе усовершенствование, которое было изучено и разработано для повышения функциональности эмали для нагревательных элементов, - это эффект отсутствия прилипания, который может снизить риск закупорки. Эмаль без прилипания характеризуется уменьшенным углом контакта между каплей жидкости и поверхностью эмали. В таблице и на рисунке 10 ниже приведены основные результаты, полученные в результате измерений угла контакта. Из таких результатов видно, что эмаль без прилипания обладает пониженной смачиваемостью по сравнению со стандартной эмалью.

На рисунке 11 показан пример профиля элементов NF6, который был покрыт соответственно антипригарной эмалью и стандартной эмалью. Лабораторным тестированием было доказано, что антипригарная эмаль менее подвержена закупорке по сравнению со стандартной.

Ожидается, что это нововведение приведет к дальнейшему улучшению работы, уменьшению простоев элементов для промывки водой, снижению долгосрочного перепада давления в регенеративных воздухонагревателях и увеличению срока службы элементов. Ниже приведена фотография недавней поставки элементов / корзин, покрытых стекловидной эмалью, перед установкой у одного из клиентов Paragon Airheater в HECO, Кахе Пойнт (США).

Выводы

С точки зрения тепловой эффективности электростанции воздухонагреватель является критически важным элементом оборудования. Даже небольшое ухудшение характеристик воздухонагревателя может привести к потере эффективности в результате напрасной траты топлива и ненужных выбросов CO2, не говоря уже об ограничениях нагрузки из-за потерь вентилятора, связанных с утечкой воздухонагревателя. Как и в случае любого улучшения, ключевым моментом является понимание, оценка, оптимизация и последовательное совершенствование процесса на основе извлеченных уроков и постоянного внимания к деталям при работе над поддержанием производительности в долгосрочной перспективе.

Этот процесс и компоненты, упомянутые в этой статье, были доказаны и валидированы с помощью предыдущих тематических исследований по технологии продукта и опубликованы. Поэтому целью данного документа было представить краткое изложение и обзор современных достижений в области регенеративных воздухонагревателей с точки зрения дизайна, производительности и надежности.

Список использованной литературы

[1] “Последние усовершенствования регенеративного воздухонагревателя в ХЕКО Кахе Пойнт, Оаху”; Раздел 6D: Инновации в технологиях и практиках технического обслуживания; Конференция по электроэнергетике 2011; 10-12 мая 2011 г. Роузмонт, Иллинойс

[2] “Модернизация уплотнений воздухоподогревателя повышает эффективность установки”, журнал Power, октябрь 2010. Стивен К. Шторм, к.э.н. Джон Гаффр, П.Э.

[3] “Опыт оценки и оптимизации производительности регенеративного воздухонагревателя” Стивен К. Шторм, к.э.н. и Джон Гаффр, п.Э.; POWER-GEN Europe 2010, 8-10 июня 2010 RAI, Амстердам, Голландия

[4] “Опыт оценки и оптимизации производительности регенеративного воздухонагревателя” Стивен К. Шторм (Stephen Storm, Inc.) и Джон Гаффр (Paragon Airheater Technologies); POWER-GEN Europe 2010, 8 - 10 июня 2010 RAI, Амстердам, Голландия

[5] “Влияние сорбентов SO3 на производительность электрофильтра (ESP)”, Статья № 75 Подготовлено: Ральф Ф. Альтман, доктор философии, Научно-исследовательский институт электроэнергетики, 9008 Потомак Драйв, Чаттануга, Теннесси 37421, Джон (Джек) П. Бионда, Инженер по очистке воздуха, 1601 Parkway View Драйв, Питтсбург, Пенсильвания 15205, Дуглас Д. Роудс, Инженерия чистого воздуха, 500 Уэст Вуд Улица Палатин, Иллинойс 60067.

[6] С.Р. Уайт и др., Автономное заживление полимерных композитов, Nature 409 (2001) 794-797.

[7] J.W.C. Pang и I.P. Bond, „Кровоточащие композиты" – обнаружение повреждений и самовосстановление с использованием биомиметического подхода, Композиты: Часть А 36 (2005) 183-188.

[8] J.W.C. Pang и I.P. Bond, полимерный композит, армированный полыми волокнами, обеспечивающий самовосстановление и улучшенную видимость повреждений, Composites Science and Technology 65 (2005) 1791-1799.