Стальные и чугунные экономайзеры

Обновлено: 11.05.2024

За единицу паровой котельной установки принято считать установленное оборудование:

габаритов котельной установки;

- система воздуховодов первичного и вторичного воздуха;

- система подачи воздуха по зонам котла;

- система газоходов котла.

Рассмотрим одно из основных составляющих котельной установки - водяной экономайзер.

Экономайзер - агрегат котельной установки для подогрева питательной воды перед её поступлением в котёл за счёт тепла уходящих газов из топки. Чаще всего водяные экономайзеры выполняют из труб, согнутых в вертикальные змеевики и скомпонованных в пакеты. Для удобства эксплуатации и ремонта поверхность экономайзера разделяют на пакеты высотой до 1 м, делая между ними разрывы 65-80 см. Расположение труб экономайзера, как правило шахматное; коридорное расположение по условиям теплообмена нецелесообразно. На электростанциях питательную воду до поступления в котел подогревают в регенеративном цикле за счёт отбора пара из турбины до 215-270° C, что уменьшает величину поверхности экономайзера.

Для управления работой и обеспечения нормальных условий эксплуатации котлы, пароперегреватели и экономайзеры должны быть снабжены арматурой, контрольно-измерительными приборами и приборами безопасности, доступными для наблюдения и обслуживания.

Содержание

Виды экономайзеров

Водяные экономайзеры – устройства, предназначенные для подогрева воды или воздуха в котельной установке с помощью тепла уходящих продуктов сгорания топлива, которые для лучшего теплообмена двигаются сверху вниз, а вода – снизу вверх. Экономайзер повышает КПД котельной установки. Область применения экономайзеров – нагрев питательной воды паровых котлов и воды систем теплоснабжения. Экономайзеры котла выполняют либо из гладких, либо из ребристых чугунных труб; на более высокие температуру и давление – из стальных гладких труб.

Различают поверхностные и контактные экономайзеры. Поверхностные экономайзеры в свою очередь бывают – питательные (нагрев воды для питания котлов) и теплофикационные (нагрев воды для систем отопления).

По материалу конструкции различают чугунные и стальные экономайзеры. К основным характеристикам оборудования также относятся: схема присоединения и степень нагрева воды – экономайзеры «кипящего» и «не кипящего» типа; размещение относительно котлов – групповое и индивидуальное.

Контактные водяные экономайзеры используются для нагрева воды систем бытового и технологического горячего водоснабжения. Использование тепла, полученного в контактных экономайзерах (для бытового горячего водоснабжения) допускается при наличии промежуточных теплообменников. Устанавливаются контактные экономайзеры непосредственно за котлами или после поверхностных экономайзеров.

Чугунные экономайзеры используются для нагрева питательной воды паровых котлов и воды систем теплоснабжения с рабочим давлением до 2,4 МПа. Собираются они из чугунных ребристых труб длиной 2-3 метра, соединенных между собой чугунными коленами. К месту монтажа чугунные экономайзеры поставляют россыпью или блоками. Несколько горизонтальных рядов труб (до восьми) образуют группу, группы компонуют в колонны, разделенные металлическими перегородками. Группы собирают в каркасе с глухими стенками с теплоизоляционной обшивкой. Торцы экономайзеров закрывают съемными металлическими щитами. Экономайзеры оборудуются стационарными обдувочными устройствами, встроенными в блоки. Количество горизонтальных рядов, которые обдуваются одним устройством, не должно превышать четырех.

Преимуществом чугунных экономайзеров является их повышенное сопротивление к химическому и механическому разрушению. Использование чугуна значительно увеличивает срок службы оборудования по сравнению со стальными экономайзерами. Чугунные экономайзеры бывают только «не кипящего» типа. При этом температура воды на входе в экономайзере должна быть на 5-10°С выше температуры точки росы уходящих газов, а на выходе из экономайзера – на 40°С ниже температуры насыщенного пара, при соответствующем давлении в котле.

Стальные экономайзеры применяются для котлов с избыточным давлением пара выше 23 кгс/см², представляют собой несколько секций змеевиков, изготовленных из труб определенной длины и радиуса гиба. Змеевики стальных экономайзеров типовых конструкций изготавливают длиной 1820 мм. Отдельные пакеты змеевиков не должны иметь более 25 рядов и высоту более 1,5 м. Между пакетами должны быть предусмотрены разрывы для размещения обдувочных устройств.

Стальные экономайзеры бывают «не кипящего» и «кипящего» типа. В экономайзерах «кипящего» типа допускается вскипание и частичное испарение (до 25 %) питательной воды. Эти экономайзеры не отделяются от барабана котла отключающим устройством. При сжигании природного газа температура воды на входе в стальной экономайзер должна быть не ниже 65°С.

Контактные экономайзеры позволяют снизить затраты топлива на 10% и хорошо компонуются с котлами ДКВР и другими котлами.

По подсчетам специалистов, применение теплообменников уходящих газов (экономайзеров) позволяет экономить до 9% энергетического топлива, позволяет снижать эмиссии загрязняющих веществ в атмосферу.

Могут быть предусмотрены самые различные технико-технологические варианты проектирования экономайзера котла. Возможно разнообразие вариантов исполнения экономайзера (встроенный, расположенный рядом, отдельно стоящий). Встроенные экономайзеры котла поставляются в стандартной комплектации с обвязкой и сопутствующей арматурой.

Современные экономайзеры устанавливаются как на паровые, так и на водогрейные котлы многих фирм-производителей котельного оборудования.

Устройство и принцип работы

Поверхность нагрева экономайзера состоит из труб с дополнительным продольным оребрением. Трубы, соединенные между собой по воде дугами, объединяются в отдельные пакеты. Пакеты труб устанавливаются в каркасе с промежутками в 650 мм и соединяются между собой калачами.

В канавках фланцев ребристых труб прокладывается шнуровой асбест для предотвращения перетоков газа. Боковые стенки каркаса имеют внутреннюю и наружную металлические обшивки с теплоизоляцией из совелитовых плит или другого теплоизоляционного материала, равноценного по своим характеристикам совелитовым плитам. Торцевые стороны экономайзера закрыты щитами с крышками, установленными на прокладках с помощью болтов. Сплошные сварные швы листов обшивки и крышки с прокладками

обеспечивают газовую плотность экономайзера. Привод воды к экономайзеру осуществляется через коллекторы.

Подготовка к работе.

Блочный экономайзер поставляется собранным в отдельные транспортабельные блоки.

Монтаж экономайзера сводится к установке его на фундамент, соединению отдельных блоков между собой по воде калачами, сварке каркасов и приварке импульсных камер к патрубкам, изготовлению и установке подводящего газового короба с взрывными предохранительными клапанами, подключению его к питательным трубопроводам котла. Монтаж системы импульсной очистки - в соответствии с проектом котельной и паспортом.

Сварные работы по монтажу экономайзера и элементов системы ГИО должны выполняться согласно подразделу 5.3 "Правил устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов" (в дальнейшем "Правил"). Стыковые сварные швы, соединяющие между собой камеры импульсные с патрубками, пламенепроводами, демпфером и смесителем, при монтаже подвергаются внешнему осмотру, контролю неразрушающими методами и механическим испытаниям в соответствии с "Правилами". Исправление их дефектов должно соответствовать статье 5.12 "Правил".

При соединении блоков экономайзера калачами могут возникнуть несовпадения отверстий фланцев труб и калачей под болты или шпильки. Для устранения этого необходимо приподнять верхнюю или нижнюю секции труб с установкой под них прокладки соответствующей толщины.

При монтаже верхних и нижних коллекторов с двумя и тремя подводами может возникнуть непараллельность фланцев, коллекторов и выходных колен. Для устранения этой непараллельности необходимо использовать стальные конусные прокладки (с установкой с каждой стороны) и паронитовые прокладки.

При подготовке экономайзера к работе, в случае необходимости разъединения болтовых соединений труб с дугами, для предотвращения выпадения болтов при последующей сборке, необходимо закрепить болты М20Х85 стопорными кольцами. При использовании шпилек для соединения труб с дугами и калачами, стопорные кольца не используются.

Для обеспечения газоплотности между экономайзером и фундаментом должен прокладываться листовой или шнуровой асбест. В качестве упора, предотвращающего выбивание асбеста при работе ГИО, необходимо по контуру экономайзера приварить прерывистым швом стальную полосу.

Крепление экономайзера к фундаменту выполняется приваркой нижней рамы экономайзера к закладным элементам, установленным со стороны камер газоимпульсной очистки.

Верхний газовый короб приваривается к экономайзеру сплошным швом. У двухколонковых экономайзеров перегородки экономайзера и газового короба должны быть сварены между собой.

После окончания монтажа экономайзер должен быть подвергнут гидравлическому испытанию пробным давлением в соответствии с "Правилами". Все обнаруженные неплотности должны быть устранены. Верхний газовый короб, импульсные камеры, пламенепроводы и демпфер должны быть изолированы теплоизоляцией в соответствии с проектом котельной.

Чугунный экономайзер.

Недостатками чугунных экономайзеров является громоздкость, особенно при больших площадях нагрева, низкая теплопередача и большая чувствительность к гидравлическим ударам, что не позволяет нагреть в них воду до кипения. Наличие нестандартного газохода экономайзера увеличивает металлоемкость конструкции и затраты на его изготовление и монтаж, увеличивает присосы воздуха и потери тепла в окружающую среду; быстрое загрязнение чугунных ребристых труб золой и сажей снижают технико-экономические показатели чугунных экономайзеров.

Типы экономайзеров

Чугунные водяные экономайзеры выполняют только «не кипящими». Температура воды на выходе из чугунного экономайзера должна быть меньше температуры насыщения на 20 °С, так как закипание воды в чугунном экономайзере недопустимо. В стальном экономайзере допустимо закипание воды. Температура воды на входе всех экономайзеров должна быть выше температуры точки «росы» топочных газов на 5…10 °С для избежания низкотемпературной коррозии.

Экономайзеры «не кипящего» типа собирают из чугунных, ребристых труб с квадратными фланцами, торцевые стороны этих фланцев имеют канавки с четырех сторон, в которые укладывается шнуровой асбест для уплотнения. Отдельные чугунные, ребристые трубы (длиной 1,5; 2; 2,5; 3 м) соединяют между собой калачами. В целях проведения очистки от внешних отложений, особенно от тех, которые образуются между ребрами, чугунные трубы в свою компоновку включают блоки, причем так, чтобы число горизонтальных рядов было не более 8 (4 + 4), между которыми устанавливается обдувочный аппарат. При растопке котла, пока котельная установка не имеет достаточной паровой производительности, нагретая в чугунном экономайзере вода сливается в деаэратор или бак с питательной водой по «сгонной» линии. Жидкость, которая располагается в экономайзере котельной установки, должна перемещаться только снизу вверх, делая это со скоростью 0,3 м/с, так как при нагревании воды выделяется воздух, который потом в верхней части экономайзера удаляется воздушником.

Дымовые газы в экономайзере могут двигаться в любом направлении со скоростью 6…10 м/с. Чугунные экономайзеры могут иметь обводной газоход для топочных газов. Если будет зафиксировано чрезмерный рост уровня температуры воды, которая выходит их экономайзера, находящегося в не кипящем состоянии, то следует перевести газы, частично или же полностью, на обводной боров, а также открыть сгонную линию и усилить питание.

В блочных чугунных экономайзерах котлов между ребристыми трубами установлена вертикальная металлическая перегородка, делящая экономайзер на две равные части. Боковые стены имеют кладку из красного кирпича или двухслойную металлическую обшивку, внутри которой располагается изоляционный материал (шлаковата, асбестовермекулит и др.), а торцевые стены экономайзеров после калачей закрываются съемными металлическими крышками с прокладками из асбеста. В верхней части каждой секции размещаются взрывные предохранительные клапаны.

На экономайзере «не кипящего» типа устанавливается арматура: на входе –обратный клапан, обводная линия с вентилем, вентиль запорный, регулятор питания, манометр, термометр, предохранительный клапан; на выходе –вентиль для выпуска воздуха (вантуз), манометр, предохранительный клапан, термометр, сгонная линия, запорный вентиль. Кроме того, на нижнем коллекторе должны быть проведена установка трубопроводов, необходимых для спуска воды (сливной вентиль), а в удобных местах следует разместить устройства для отбора проб воды и измерения температур и давления, а на верхнем коллекторе котельной установки – вентиль для удаления воздуха.

Экономайзеры кипящего типа выполняются из стальных труб диаметром 28…42 мм и устанавливаются горизонтально в шахматном порядке на каркасе. Они способны перенести высокие давления, в них может произойти частичное закипание воды (до 15 %), но они имеют большую предрасположенность к образованию коррозии и не отключаются от котла (т.е. остановка экономайзера влечет остановку котла).

На входе экономайзера «кипящего» типа устанавливается такая же арматура, как можно наблюдать на приборах «не кипящего» типа. Исключение здесь составляют обводная и сгонная линии и вантуз. На выходе же арматура не устанавливается. Делается это для обеспечения свободного прохода пароводяной смеси в барабан котла. Питательные экономайзеры предназначены для пропуска питательной воды, а теплофикационные –сетевой воды. Через теплофикационный экономайзер воду пропускают параллельными потоками, ввиду большего расхода воды, чем в питательном экономайзере.

Порядок работы и техническое обслуживание.

Эксплуатация экономайзера должна производиться в соответствии с инструкцией, разработанной на основании требований "Правил", типовой инструкцией для персонала котельных и настоящей инструкцией, утвержденной руководством предприятия-изготовителя. Инструкция по эксплуатации экономайзера может быть включена в общую инструкцию по эксплуатации котлов.

Обслуживание экономайзера производится оператором, обслуживающим котел. Поверхность нагрева экономайзера необходимо периодически очищать, включая в работу систему газоимпульсной очистки. Рекомендуется включать ГИО один раз в смену на 10 срабатываний с паузой длительностью 4-5 с. Максимальное время одного срабатывания - 0,002 с.

Периодичность циклов очистки может уточняться и устанавливаться по явным изменениям температуры уходящих за экономайзером газов и его газового сопротивления.

Экономайзер. Назначение, устройство, схемы включения. Требования Правил

Водяные экономайзеры предназначены для подогрева питательной воды уходящими продуктами сгорания, которые для лучшего теплообмена двигаются сверху вниз, а вода – снизу вверх.

Экономайзеры разделяются на поверхностные и контактные .

Поверхностны еэкономайзеры различают по следующим признакам:

- назначение – питательные (нагрев воды для питания котлов) и теплофикационные (нагрев воды для систем отопления):

- материал конструкции — чугунные и стальные;

- схема присоединения и степень нагрева воды — «кипящего» и «некипящего» типа;

- размещение относительно котлов — групповые и индивидуальные.

В данное время изготовляют только водяные чугунные экономайзеры ВТИ (см.рис. 48). Их собирают из чугунных ребристых труб длиной 2 и 3 м, соединенных между собой чугунными калачами (коленами). К месту монтажа чугунные экономайзеры поставляют россыпью или блоками. Несколько горизонтальных рядов труб (до восьми) образовывают группу, группы компонуют в одну или две колонны, разделенные металлической перегородкой. Группы собирают в каркасе с глухими стенками из теплоизоляционных плит, обшитых металлическими листами. Торцы экономайзеров закрывают съемными металлическими щитами. Экономайзеры оборудуются стационарными обдувочными устройствами, встроенными в блоки. Количество горизонтальных рядов, которые обдуваются одним устройством, не должно превышать четырех.

Преимуществом чугунных экономайзеров является их повышенное сопротивление к химическому и механическому разрушению. Эти экономайзеры бывают только «некипящего» типа. При этом температура воды на входе в экономайзер должна быть на 5-1О°С выше температуры точки росы уходящих газов (53-56°С для природного газа), а на выходе из экономайзера — на 40°С ниже температуры насыщенного пара, которая отвечает давлению в котле, - при групповом и на 20°С при индивидуальном экономайзере. Чтобы предотвратить вскипание воды, температура уходящих газов за котлом не должна превышать 400°С.

Рис. 48. Чугунный ребристый экономайзер:

а - общий вид, б - ребристая труба;

1 - питательный клапан;

2 - запорная задвижка;

3 - обратный клапан;

4 - предохрани тельный клапан;

5 - вход питательной воды;

б - соединительные калачи;

7 - обдувочное устройство;

8 - ребристые трубы;

9 - горячая вода к барабану котла;

Рис.48 (а). Детали чугунного экономайзера системы ВТИ:

а - ребристая труба: б - соединение труб: 1 - труба экономайзера; 2 - калач.

Из чугунных экономайзеров наиболее распространены ЕП2-(94, 142, 236); ЕП1-(236, 330, 646, 808); ЕТ2-(71, 106, 177); ЕТI-(177, 248, 646).

Контактные экономайзеры позволяют снизить затраты топлива на 10% и компонуются с котлами ДКВР и другими котлами.

Эти агрегаты состоят из контактной части, промежуточного теплообменника, водяного объема и трубчатого водораспределителя. За счет контакта орошающей воды и продуктов сгорания на промежуточном теплообменнике и интенсифицируется процесс теплообмена, который дает возможность экономить топливо.

К этим установкам относятся ЕК-Б-(1; 2), типа Промэнерго, КТАН, АЕ, ВУГ-1.

Лекция 10. 5. Водяные экономайзеры

Полученный в испарительных поверхностях нагрева водяной пар (насыщенный) может быть направлен к потребителю или для повышения температуры в пароперегреватель. Для производственных нужд температура пара ограничивается в 250ºС.

Трубные змеевики пароперегревателя работают в наиболее тяжёлых температурных условиях (высокая температура продуктов сгорания и низкий коэффициент теплоотдачи к пару). Для изготовления пароперегревателя требуется легированная высококачественная сталь.

Пароперегреватель представляет собой систему параллельно включенных (по пару) змеевиков из труб с d_Н=30÷40 мм, омываемых с наружной стороны продуктами сгорания топлива. По условиям внешнего тепловосприятия различают: конвективные, радиационные и комбинированные пароперегреватели.

Надёжная работа пароперегревателя зависит от правильно выбранной массовой скорости пара. При нарушении этого условия будет понижаться температура стенки трубы пароперегревателя, что может перегрев до разрушения.

В зависимости от направления движения потоков газа и пара перегреватели подразделяют на параллельно-точные (а), противоточные (б) и со смешанным током (в) (рис. 91).

Рис. 9.1 Схемы пароперегревателей

Конвективный пароперегреватель размещают в газоходе котлоагрегата, обычно сразу же за топкой, отделяя его топки двумя – тремя рядами кипятильных труб или небольшим фестоном.

Комбинированный пароперегреватель состоит из конвективной части, а также радиационной и полурадиационной частей, размещаемых в топке (рис.9.2)

Рис. 9.2. Схема потолочного (а), конвективного (6) и ширмового (в)

пароперегревателей в котле высокого давления

Конвективный пароперегреватель для котлов ДКВР, КЕ и ДЕ на давление 1,4 и 2,3 МПа.

Комбинированный пароперегреватель современного котла высокого давления обычно состоит из конвективной 3, радиационной 5 и полурадиационной (ширмовой) 4 частей.

Пар из барабана 1 поступает в радиационную часть 5, размещённую на потолке топочной камеры, затем в полурадиационную часть 4, расположенную на выходе из топки и далее в змеевики конвективного пароперегревателя 3 через пароохладитель 2 и, наконец, в паропровод котельной 6.

Температура пара в пароперегревателе регулируется изменением тепловосприятия отдельных поверхностей (газовое регулирование) или понижением энтальпии пара на участке пароперегревателя (паровое регулирование).

При паровом регулировании применяют пароохладители поверхностного (теплообменники) и впрыскивающего типов: на входе, выходе или в промежутке.

Поверхностный пароохладитель с охлаждением пара питательной водой представляет собой трубчатый теплообменник. Во впрыскивающем пароохладителе охлаждающая вода вводится в трубопровод пароперегревателя через сопла. Мелко раздробленные капли воды, смешиваясь с перегретым паром, нагреваются и испаряются, что приводит к охлаждению пара.

2. Водяные экономайзеры

Предназначены для снижения температуры дымовых газов, уходящих из котла и подогрева питательной или реже сетевой воды систем теплоснабжения. Изготовляются из чугунных или стальных труб.

Чугунные водяные экономайзеры.

Чугунные водяные экономайзеры используются до давления 2,37 МПа. Они выполняются “некипящего” типа, т.е. температура воды в них на выходе должна быть на 20-40ºС ниже температуры насыщения пара в котле.

Типовой чугунный экономайзер ВТИ (9.3) представляет собой поверхность нагрева, собранную из горизонтально расположенных труб с диаметром 76x8 мм, на которых имеются поперечные рёбра размером 150×150 мм и шагом по длине 25мм. Каждая труба с последующей соединяется с помощью колена-“калача”. Вода из верхнего ряда труб водяного экономайзера направляется в барабан котла. Длина труб 1500-3000 мм.

а - продольный разрез; б — поперечный разрез; 1 - заслонка; 2 - обдувочное устройство; 3 — чугунные оребренные трубы; 4 — газоход

Рис. 9.3 Блочный одноколонковый чугунный водяной экономайзер

Комплектуются трубы в блоки от 4-х до 8 рядов труб. Между блоками создаётся пространство длиной 700 мм, где располагаются паровые или воздушные обдувочные аппараты, предназначенные для обдувки ребристых поверхностей водяных экономайзеров от пыли.

Скорость газа 6-14 м/с, скорость воды 0,5-1 м/с. Коэффициент теплопередачи 16-19 Вт/(м 2 К).

Из – за большой толщины труб более долговечны и устойчивы к влиянию коррозии как внутренней, так и внешней.

Большие удельные габариты и масса, обусловленные невысокими коэффициентами теплопередачи.

Стальные экономайзеры (рис.10.4).

а — общий вид; 1 — коллекторы; 2 — змеевик; 3 — опорная балка; 4 — дистанционная гребенка; 5— барабан; 6- вентиль воздушника; 7— выходной коллектор подогретой воды; 8— экономайзер; 9— входной коллектор; 10 — вентиль на дренажной линии; 11 — вентиль на линии рециркуляции; 12— запорный вентиль; 13 — обратный клапан; 14- предохранительный клапан

Рис. 9.4. Стальной трубчатый экономайзер:

Поверхность, образованная стальными трубами небольшого диаметра, изогнутыми в виде змеевиков (d_Н=26;28;30;32;38 мм).

Подогрев воды можно осуществлять до любой температуры, а при непосредственном присоединении к барабану котла вода может частично испаряться, т.е. стальные водяные экономайзеры могут быть кипящего типа.

Трубы располагаются в шахматном порядке.

Для интенсификации теплообмена и уменьшения наружного загрязнения относительный шаг поперёк потока газов должен выдерживаться S₁/d=2,3-3,0, а по глубине 1,15. Скорость газов - 7-10 м/с, скорость воды - 1 м/с и не должна снижаться ниже 0,4 м/с при переменной нагрузке. Пакет труб на высоте не более 1000-1200 мм. Расстояние между пакетами 500мм (для ремонта и очистки).

На питательном трубопроводе водяного экономайзера должны быть установлены: запорный вентиль или задвижка, обратный клапан, и при производительности котла более 2т/ч – автоматический регулятор.

Кроме того, на нижнем коллекторе должны быть установлены запорные вентили и трубопровод для спуска воды, на верхнем – для удаления воздуха, а в удобных местах – устройства для отбора проб воды и измерения температура и давления.

Удельная масса и вес (металлоёмкость) на 2-2,5 ниже, чем чугунных.

Подвергаются коррозии и износу.

Воздухоподогреватель служит для подогрева воздуха, поступающего в топку при сжигании влажных или малореакционных топлив.

Предел подогрева воздуха определяется допустимыми температурами охлаждения дымовых газов и конструкцией топочного устройства.

В слоевых топках во избежание повреждения их конструкций t_В - до 250ºС. В камерных топках для сжигания твёрдого топлива температура подогрева воздуха до 450ºС.

Воздухоподогреватель – один из элементов хвостовых поверхностей котла. У него иная функция, чем у экономайзера.

Горячий воздух направляется от воздухоподогревателя в топку котла, где улучшаются условия горения, уменьшаются потери q₃ и q₄, уменьшается также q₂, и, как следствие, увеличивается передача тепла радиацией. В итоге увеличивается КПД котлоагрегата в целом.

Воздухоподогреватель воспринимает 7-15% тепла топлива, отдаваемого продуктами сгорания.

По принципу тепловой работы воздухоподогреватели делятся на:

А) рекуперативные (рис.10.5);

Б) регенеративные (рис.10.6);

Поверхность регенеративного воздухоподогревателя попеременно омывается дымовыми газами и воздухом.

Рекуперативные – воздухоподогреватели, в которых нагрев воздуха осуществляется за счёт охлаждения стенки (трубы, пластины), нагреваемой с другой стороны дымовыми газами.

1— трубные доски; 2— трубы; 3 — перегородка; 4 — кожух; 5— направляющая лопатка; 6 — линзовый компенсатор

Рис. 9.5 Воздухоподогреватель рекуперативного типа:

Классификация рекуперативных воздухоподогревателей:

1. Трубчатые стальные

2. Трубчатые чугунные

3. Пластинчатые чугунные

4. Пластинчатые стальные

Широкое распространение получили трубчатые воздухоподогреватели с движением газа внутри труб (рис.8.5).

Концы труб привариваются к трубным доскам и располагаются в шахматном порядке. Минимальное расстояние между отверстиями в трубных досках для труб Ø51 мм – 11 мм, для труб Ø40 мм – 9 мм. По прочностным и технологическим условиям высота куба для труб Ø51 мм до 8 м, и для труб Ø 40 мм до 5м. С боковых сторон кубы закрепляются металлическими листами с закреплённой на них тепловой изоляцией. Кубы устанавливаются на металлические рамы, опирающиеся на каркас или фундамент.

Воздухоподогреватели выполняются из ряда секций (кубов), удобных для монтажа и транспортировки.

Скорость дымовых газов в стальных и чугунных трубах воздухоподогревателей 10-15 м/с, но не ниже 6-8м/с.

Отношение скорости воздуха к скорости дымовых газов должно составлять для стальных труб - 0,5, для чугунных ребристо-зубчатых - 0,7 и для ребристых – 1,0.

Регенеративные – воздухоподогреватели, у которых сначала дымовые газы нагревают теплоёмкий материал (волнистые стальные листы, пустотелые керамические тела, металлические шарики и др.), а затем этот материал нагревает воздух.

Одним из видов регенерационного воздухоподогревателя является барабан (рис.10.6) с набивкою из тонких стальных гофрированных и плоских листов, образующих каналы малого эквивалентного диаметра d_Н=4-5 мм для прохода воздуха и продуктов сгорания.

а — общий вид; 1, 2 воздушный и газовый патрубки; 3- разделительная перегородка: 4 — опорная рама; 5 — ротор; 6- набивка; 7, 8 зубчатое колесо и шестерня; 9 — редуктор; 10 электродвигатель: 11 - корпус: 12- вал; 13—уплотнительные шиты

Рис. 9.6. Регенеративный воздухоподогреватель:

Процесс охлаждения газов в конвективной части котлоагрегата и паров теплоносителя можно изобразить в I-θ диаграмме.

Следует иметь в виду, что дымовые газы из-за их большой теплоёмкости и количества по сравнению с воздухом охлаждаются медленнее, чем подогревается воздух. При охлаждении дымовых газов на 1ºС, воздух нагревается на 1,2-1,5ºС, что уменьшает величину температурного напора.

Назначение и способы изготовления экономайзера для котла отопления

Для пользователей автономных котлов реальность такова, что при номинальном КПД 90–95 %, справедливом при эксплуатации в идеальных условиях, на практике он часто не превышает 80–82 %. Поэтому многие пытаются повысить эффективность оборудования разными способами, в т. ч. установив экономайзер.

Что из себя представляет экономайзер для котла

Экономайзер котла (утилизатор теплового выхлопа) – это теплообменный агрегат, который повышает КПД устройства за счёт уже отработанной энергии.

Фактически он принимает на себя тепло отводных продуктов горения (дымовых газов), которое выделяется в процессе работы практически любого котла (в т. ч. твёрдотопливного и газового), аккумулирует его и направляет изначальному теплоносителю для дополнительного полезного использования.

Что это такое и для чего нужен

По сути, экономайзер является опциональной деталью для котла, которая добавляет возможность предварительного нагрева теплоносителя без использования основной (высвобождаемой при сгорании топлива) тепловой энергии оборудования, что помогает максимально оптимизировать его работу:

избежать загрязнения воздуха – предотвращение выброса перегретых (угарных) газов способствует сохранению экологической и гигиенической чистоты;
продлить срок службы оборудования – быстрый нагрев и поддержание тепла позволяет не допускать пагубных для котла резких перепадов температуры;
уменьшить затраты на отопление – снижение потребления энергоносителей (на 4–18 %) в конечном итоге приводит к заметной экономии денежных средств.

Таким образом, в связке с автономными котлами большой мощности стоимость экономайзера окупается уже через 2–3 года постоянного использования.

Конструкция и принцип работы

В базовом исполнении устройство экономайзера представляет собой многоступенчатую систему трубок змеевидной или зигзагообразной формы. Эти трубки объединяются по несколько секций (общей конфигурации) в один блок, который в целях безопасности обшивается теплоизоляционным каркасом.

В нижней части конструкции находится впускная труба для подачи воды, а сверху – выпускная труба для забора теплоносителя. Также, непосредственно перед впускной линией монтируется предохранительный клапан : его главное назначение – защита мест соединения труб от резких скачков давления (гидроудара).

Принцип работы экономайзера заключается в создании противоточной схемы движения нагреваемого элемента и уходящих дымовых газов: вода принудительно (насосом) нагнетается и последовательно идёт вверх, а продукты сгорания, наоборот, направляются вниз, что обеспечивает лучший теплообмен.

Процесс взаимодействия с теплоносителем, отличающий разные модели экономайзеров, позволяет отсортировать их по 2 основным направлениям:

поверхностные экономайзеры – нагревают воду перед её поступлением в котёл (питательные) или воду, попадающую, непосредственно, в систему отопления (теплофикационные), через передачу энергии тепла от поверхности стенок каналов;
контактные экономайзеры – нагревают теплоноситель за счёт прямого контакта высокотемпературных дымовых продуктов с водой, которая обязательно деаэрируется и применяется для горячего водоснабжения, в т. ч. технологического.

В зависимости от температуры внутренней среды экономайзер может быть как средством дополнительного подогрева, так и полноценным нагревателем:

экономайзер кипящего типа – доводит температуру воды на выходе вплоть до точки полного насыщения, т. е. кипения (соответствующей уровню давления в котле), по достижению которой происходит частичное (15–25 %) парообразование;
экономайзер некипящего типа – ограничен температурой воды при входе на 5–10°C выше точки конденсации дыма, а также при выходе ниже точки кипения на 20–30°C для индивидуального оборудования и на 40–50°C для группового.

Эти агрегаты требуют разного функционального обеспечения: так, например, «некипящий» тип обязательно дополняется коллекторами, термометрами, реле управления, манометрами и другими подобными устройствами, а «кипящий» – сгонными и обводными линиями, освобождающими пути выхода в барабан котла.

Также экономайзеры классифицируются по материалу изготовления труб, которым определяется их возможность работы с высокими температурами:

стальной экономайзер – устанавливается на котлы с любым давлением и может быть как «кипящим», так и «некипящим». Изготавливается из гладких змеевиков (d_H=20–40 мм), размещаемых, обычно, в шахматном порядке (реже – в коридорном). Единственный существенный недостаток – склонность к коррозии.
чугунный экономайзер – обладает устойчивостью к физическому и химическому воздействию, но подходит для котлов с давлением не более 2,4 МПа и бывает только «некипящим», т. к. кипение разрушит его. Состоит из оребрённых труб (d_H=60–80 мм), которые компонуются на поверхности нагрева в 1 или 2 колонки.

С целью повышения тепловосприятия и большей компактности предусмотрено также совершенствование конструкции стального экономайзера:

плавниковый экономайзер – собирается изначально из труб плавникового профиля или обычных гладких труб с приваренными прямоугольными плавниками;
мембранный экономайзер – изготавливается вручную из гладкотрубных змеевиков, ровные участки которых закрываются сплошными стальными листами.

Эти виды имеют свои преимущества: при одинаковом расходе металла и энергии на тягу трапециевидная поверхность нагрева уже округлой на 25–30 %, что в целом позволяет уменьшить габариты и вес экономайзера на 40–50 %, а кроме того полосовая сталь дешевле трубной, т. е. финансовая экономия очевидна.

Инструкция по изготовлению водяного экономайзера для парового котла

Если под рукой есть набор нержавеющих труб, устройство для их сгибания и сварочный аппарат, то можно попробовать самостоятельно произвести расчёт всех параметров и изготовить простой водяной экономайзер парового котла своими руками.

Ориентироваться можно на чертёж типовой конструкции стального агрегата.

Схемы конструкции

Типовые конструкции экономайзеров набираются из гладкотрубных змеевиков длиной 1820 мм, диаметром 28×30 мм и радиусом гиба 50 мм. Сами места гибов отклоняются в угол на 5°, что позволяет разместить рядом несколько змеевиков и создать более высокоплотный пучок с шагами S₁=70 и S₂=50 мм. На фото ниже представлены стандартные подробные чертежи.

Монтаж и подключение к котлу

Наиболее компактные бытовые экономайзеры можно монтировать на весу, в остальных же случаях конструкцию монтируют на пол. При покупке экономайзера завод-изготовитель сам формирует блоки и уже в таком виде поставляет, поэтому в этом случае можно сразу приступать к монтажу:

Подготовить фундамент, проложив его листовым или шнуровым асбестом.
Собрать конструкцию и калачами объединить отдельные блоки друг с другом.
Сварить корпус устройства и приварить импульсные камеры к патрубкам.
Единым швом приварить газовый короб с взрывозащитным клапаном.
Подвести короб по каналу питательного трубопровода к отопительному котлу.
Установить систему импульсной очистки (если она предусмотрена проектом).

Газовый короб с предохранительным клапаном приобретается отдельно.

Перед вводом в эксплуатацию обязательно осматриваются все швы и соединения, а также проводятся гидравлические испытания. Если обнаруживается несовпадение отверстий под болты у трубы и калача, то необходимо поднять секцию до нужного уровня и при помощи прокладок закрепить в этом положении.

При установке параллельных коллекторов с 2 или 3 подводами нужно устанавливать (с обеих сторон) стальные конусные и паронитовые прокладки.

Экономайзер, как и другие хвостовые поверхности котла, желательно крепить сзади – в самом конце газового тракта (за 3–5 м до стены). Но если ввиду ограниченности пространства это сделать не получается, то можно сместить его на одну из боковых сторон (при выборе свободного направления отвода газов).

Обслуживание и ремонт

Конструкция экономайзера довольно примитивная, поэтому в нём просто нечему ломаться. Главная опасность – нарушение герметичности системы, при котором перестаёт поддерживаться необходимый для работы уровень давления и может появиться течь. Эта проблема решается путём заделывания дыр сваркой.

Способы очистки экономайзера

Внешняя очистка агрегата осуществляется обдувочным аппаратом, а для внутренней очистки был изобретён специальный способ – «продувка водой»:

В барабан котла подаётся горячая питательная вода, вырабатывается пар.
Продувочная вода по трубопроводу подаётся в обмывочный аппарат.
Аппарат в свою очередь направляет воду на внутреннюю поверхность нагрева.
Под давлением поверхность очищается от слипшихся топливных отложений.

Использование продувочной воды повышает экономичность и надежность оборудования, а также снижает риск образования сернокислотной коррозии.

В заключении стоит отметить, что экономайзер водогрейного котла – это, конечно, сравнительно новое в бытовом плане устройство, но, как показывает опыт промышленного использования, именно концепция его развития является наиболее перспективой для повышения прямой теплоотдачи даже небольших котлов.

Для чего нужен экономайзер котла и можно ли сделать своими руками

Экономайзер котла — это такое устройство, которое имеет большую историю эксплуатации. Название свое он берет от английского слова «economize» — «сберегать», а развитие получил в 1893 году месте с созданием в России первого водотрубного парового котла Шухова.

Сегодня такие агрегаты применяются повсеместно, когда вода подогревается в регенеративном цикле, начиная от индивидуального отопления до крупных энергетических систем генерации. Без использования этого простейшего устройства невозможно получить КПД котлоагрегатов на уровне 90-95 %.

Для чего нужен экономайзер

Экономайзер экономит расход топлива, за счет использования тепла уходящих газов из топочного пространства котлоагрегата, при этом они теряют свою температуру на нагрев воды поступающей в котел. Чем больше температура питательной воды и меньше температура уходящих газов, тем выше КПД котла.

Рассчитывают поверхности нагрева экономайзера таким образом, чтобы температура газов на выходе из него была не ниже 55 С, во избежание образования конденсата в хвостовой части котла. Это очень негативное явление, поскольку при наличии воды из дымовых газов выделяется агрессивная серная кислота, разрушающая металлические поверхности нагрева.

Для увеличения теплосъема с единицы площади экономайзера, его трубную часть располагают в шахматном порядке или в виде пакетов змеевиков. Такая конструкция замедляет скорость движения уходящих газов, в связи, с чем увеличивается теплоотдача и газовая среда лучше нагревает воду.

Принцип работы

Для того чтобы максимально забрать теплоту дымовых газов разработчики решают две задачи:

Замедление скорости движения газов в межтрубном сечении поверхности нагрева.
Увеличение контакт дымовых газов через развитую поверхность нагрева экономайзера.

Для этого конструкционно экономайзер выполняют из пакетов труб с продольным оребрением. Такие трубы соединяются между собой по движению воды дугами. Пакеты устанавливаются в металлическом каркасе на расстоянии, достаточном для прохода газов.

Во фланцах оребренных труб устроены специальные канавки, в которые закладываются шнуровой асбест для защиты от перетоков газа. Движение уходящих газов принудительное и обеспечено разряжением, создаваемое дымососом.
Виды экономайзеров и их конструкция

В теплоэнергетике применяют различные виды экономайзеров, которые различаются по виду нагрева среды, материалу поверхности и вариантами компоновки:

Кипящего и некипящего типа.
Газовые промышленные, установленные в паровых или водогрейных котлах.
Изготовленные из стали или чугуна.
По взаимодействию с дымовыми газами — контактные и поверхностные.
По форме труб — ребристые и гладкотрубные.

Кипящие (стальные) и некипящие (чугунные) экономайзерные устройства различаются максимальной температурой нагрева питательной воды. Чугун отличается стойкими антикоррозионными и износостойкими качествами и способен вынести сильные гидроудары и механические усилия.

Но в нем нельзя нагревать воду до температуры кипения. Чугунные трубы при кипении воды лопаются. Процесс сопровождается резким снижением давления в паросиловом тракте котла, интенсивном парообразовании оставшейся воды, что приводит к взрыву парогенератора.

Стальные пакеты формируются трубами с диаметрами от 32 до 40 мм, установленных в шахматном порядке на общем каркасе, который не только закрепляет пакеты с необходимым просветом для прохода дымовых газов, но и несет весовую нагрузку многотонной конструкции.

На практике такая система способно выдержать повышенное давление и высокие скорости среды. Единственным недостатком, мешающим повсеместному использованию — является, низкие антикоррозионные свойства стали.

Поэтому для этого типа используются дорогостоящие марки нержавейки, их применение выбирают только, когда это экономически оправдано.

Как сделать своими руками

Монтаж экономайзера в домашних условиях вполне оправдан, поскольку в индивидуальных отопительных устройствах не используют среды с высокими параметрами по давлению и температуре, а значит, нет жестких требований по материалам и конструкции установки.

Технические условия для устройства экономайзера для автономного отопления:

Выбирают тип металла для конвекторной системы. Лучший вариант — пищевая сталь, которая увеличивается КПД и срок эксплуатации экономайзера. Не рекомендуется к использованию оцинкованной стали, поскольку при температуре свыше двухсот градусов, начинается процесс выделения токсических веществ.
Учитывают диаметр трубы, который обязан соответствовать размерам дымоотвода.
На внешней поверхности наваривают газовые карманы, для циркуляции. Их обычно выполняют из труб малого диаметра, пластин профиля.

Для выполнения монтажных работ используют сварочный агрегат и делают нарезку труб:

Основная труба для корпуса, с диаметром равным дымоходу – 0.5 м;
Труба вспомогательная диаметром 32-50 мм, длиною на 10 см короче основной, до 8 штук.

Порядок выполнения работ:

Трубы с меньшим диаметром приваривают по кругу на равном расстоянии внутри основной трубы.
Основную трубу термостойким герметиком соединяют с дымоходом и«надевают» для защиты базальтовый кожух.
Поверхность обрабатывают чёрной жаропрочной краской, для повышения теплоотдачи.
Можно для корпуса использовать трубу - 1 мм и лист металла — 0,5 мм. К трубе прикрепляют карманы из листа, сформировав равные волны и закрепив их клёпками. Работы проводят без использования сварочного агрегата.
Устройство размещают у основания дымохода.
Рядом с экономайзером не должны находиться легковоспламеняющиеся предметы.

Установка экономайзера в системе

Поставка заводских экономайзеров происходит блоками. Перед монтажом изготавливают усиленный фундамент, способный нести нагрузку не только от трубных пакетов, но и от водяной среды. Блоки соединяют между собой по водному потоку калачами, а каркас закрепляется сваркой.

Импульсные камеры соединяются приваренными патрубкам. Безопасность газового короба усиливают взрывными предохранительными клапанами. Системы импульсной очистки устанавливается согласно проекту и расчетным схемам обвязки.

Во время монтажа между фундаментом и корпусом прокладывают асбест для плотности конструкции от поступления дымовых газов. Сверху приваривают по контуру стальную полосу, для противодействия выдувания уплотнений.

Порядок крепления экономайзера. Нижнюю раму приваривают к закладным элементам, установленным от камер газоимпульсной очистки. По окончанию монтажа устройства, проводят гидравлическое испытание.

Параметры давления в МПа и технология испытаний регламентируются заводом-изготовителем и должны соответствовать государственным нормам и правилам безопасной эксплуатации, предъявляемых к подобным сосудам.

Таким образом, подводя итог, можно отметить, что экономайзер служит для повышения эффективности котлоагрегата, конструкционно он не является сложным для изготовления его своими руками в домашних условиях.

Небольшие экономайзеры получили широкое распространение в отопительных бытовых системах бань, прачечных комплексах, больницах и общественных учреждениях.

Читайте также: