Экономайзер сосуд или котел
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.
В барабанных паровых котлах питательная вода в экономайзер поступает при помощи питательного насоса с давлением выше рабочего давления пара в котле. Вход осуществляется через специальные коллекторы. Вода и дымовые газы движутся по принципу противотока, то есть навстречу друг другу. Вода идет по трубному сечению, а газы по межтрубному.
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.
Источник
Опубликовано: 28 февраля 2011 г.
367
В. Котлер, к. т. н., В. Янкелевич
Экономайзер – устройство для подогрева питательной воды уходящими из котла продуктами сгорания с целью дополнительного использования тепла сожженного топлива.
Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.
Для промышленных паровых котлов с давлением пара до 1,3–1,6 МПа (котлы ДЕ, ДКВР, импортные) температура кипения воды и насыщенного пара составляет 195–200 °С. Соответственно температура уходящих газов за котлом – порядка 250–300 °С в зависимости от вида топлива. Температура питательной воды после деаэраторов атмосферного типа – 100–105 °С. Если подавать эту воду непосредственно в барабан котла, то она будет догреваться до температуры кипения за счет конденсации части пара. При этом температура поверхностей нагрева котла будет практически равна температуре насыщения (кипения), и температура уходящих газов, которая определяется в первую очередь степенью нагрева поверхностей, не изменится. Для возможности использования тепла уходящих газов и снижения расхода топлива необходимо выделить отдельную поверхность нагрева с относительно низкой температурой – экономайзер.
Рис. 1. Транспортабельные блоки экономайзеров. Входной и выходной трубопроводы воды выведены вверх. Продукты сгорания проходят сверху вниз. В центре торцевой стенки отверстия для аппаратов очистки.
В него поступает вода из атмосферного деаэратора с температурой 100 °С и подогревается до 150–160 °С. За счет этого температура уходящих газов снижается до 145–180 °С в зависимости от вида топлива, а расход топлива уменьшается на 10–12 %.
Экономайзеры могут быть кипящими и некипящими. В первых вода может догреваться до кипения и даже кипеть. Допускается испарение части воды (до 15–25 %).
Экономайзеры включаются по схеме противотока по отношению к продуктам сгорания, а вода в них нагревается до кипения постепенно. Горячие продукты сгорания из котла обтекают сначала самую горячую часть экономайзера, затем постепенно проходят через холодную часть и соответственно охлаждаются.
Конструктивно экономайзеры могут быть выполнены из змеевиковых гладких или оребренных труб. Иногда используют плавниковые трубы (при установке их по ходу движения газа).
Рис. 2. Чугунные трубы монтируются фланцами впритык так, что фланцы образуют торцевую стенку экономайзера. Уплотнение стенки производится асбестовым шнуром, который укладывается в канавки между фланцами. Движение воды по трубам обеспечивается полукруглыми калачами
Для котлов ДЕ и ДКВР чаще всего используют чугунные экономайзеры из оребренных труб. Наружный диаметр труб – 76 мм, толщина стенок трубы – 8 мм, ребра – 146×146 мм. Эти экономайзеры могут быть только некипящими – температура воды на выходе должна быть ниже температуры кипения воды не менее чем на 20 °С. В горизонтальной плоскости число труб в пакете определяется по оптимальной скорости продуктов сгорания, количество которых зависит от паропроизводительности котла. Скорость дымовых газов, проходящих через пакеты экономайзера, обычно принимают 6–9 м/с. Число горизонтальных рядов экономайзера рассчитывается исходя из требуемой поверхности нагрева. Расчетная скорость воды в трубах некипящего экономайзера должна быть не менее 0,5–0,6 м/с.
Блочные чугунные экономайзеры производства Кусинского литейно-механического завода состоят из пакетов труб с оребрением, соединенных между собой и заключенных в каркас с теплоизоляционной обшивкой. По желанию заказчика предусмотрена комплектация коробом для подвода газов. Эти экономайзеры предназначены для нагревания питательной воды в паровых и водогрейных стационарных котлах с рабочим давлением до 2,4 МПа. Предельное рабочее давление в экономайзере – 2,5 МПа. Возможно использование паровой или газоимпульсной очистки поверхностей нагрева.
Рис. 3. Экономайзер из чугунных труб в сборе. Видны чугунные калачи. Продукты сгорания проходят сверху вниз
Экономайзеров производства Бийского котельного завода устанавливаются за котлами, работающими только на газе, не содержащем серы и при наличии деаэраторов атмосферного типа. Экономайзеры набираются из змеевиков длиной 1820 мм с радиусом гиба 50 мм в пакеты. Диаметр стальных труб 28×3 мм. Расстояние для лазов между пакетами – 450 мм.
Рис. 4. Стальной экономайзер в виде транспортабельного блока. Обшит металлическими листами. С правого торца видны входной (снизу) и выходной (сверху) коллекторы. В центре – лаз в пространство между пакетами змеевиков. Вход продуктов сгорания сверху, выход – снизу.
Теплофикационные экономайзеры используют и для водогрейных котлов с целью дополнительной утилизации тепла продуктов сгорания. Их эффективность по экономии топлива будет существенно ниже, чем для паровых котлов – не более 4–5 %.
Проблемы с экономайзерами паровых котлов низкого давления
Оребренные трубы экономайзеров собраны в пакеты на фланцах с калачами. Периодически требуется ремонтировать уплотнения.
Общей проблемой для экономайзеров во многих случаях является отсутствие надлежащей деаэрации питательной воды. Наличие в питательной воде растворенного кислорода ведет к интенсивной коррозии внутренней поверхности труб. Особенно страдают от этого стальные экономайзеры. В случаях, когда нет полной уверенности в надежной работе деаэратора, лучше использовать чугунные, которые мало чувствительны к внутренней коррозии труб.
Все проблемы, характерные для экономайзеров паровых котлов, в полной мере относятся и к теплофикационным экономайзерам.
При сжигании природного газа
Природный газ – наиболее чистое топливо. Единственная проблема – возможность конденсации влаги из продуктов сгорания. При температуре стенки трубы около 57 °С и ниже на наружной поверхности труб начинает осаждаться конденсат. Из-за наличия в продуктах сгорания углекислоты (от сгорания содержащегося в природном газе углерода) и следов азотной кислоты (образуется при горении любого топлива из азота воздуха) конденсат имеет кислую реакцию – показатель рН может быть равен 4,0 и ниже.
В связи с выделением кислого конденсата из продуктов сгорания возможна коррозия наружных поверхностей труб. Поэтому необходимо принимать меры для поддержания температуры питательной воды на входе в экономайзер не ниже 60–70 °С. При невозможности стабильной работы котла с такой температурой питательной воды на входе в экономайзер также целесообразно устанавливать чугунные экономайзеры.
При сжигании мазута
В качестве топлива в промышленных и отопительных котельных обычно используют сернистый мазут с содержанием серы от 2 до 3,5 %. Основная часть серы при сгорании окисляется до сернистого ангидрида SO2, но очень малая часть окисляется до серного ангидрида SO3. В присутствии водяного пара на наружной поверхности труб конденсируется серная кислота, которая может быстро вывести из строя стальной экономайзер. При использовании в качестве топлива сернистого мазута необходимо использовать только чугунные экономайзеры. Однако и они при длительной работе котлов на мазуте могут подвергаться сильной коррозии. Обычно разъедаются кислотой ребра труб, из-за этого эффективность теплообмена снижается, увеличивается расход топлива.
Заключение
По всем изложенным выше причинам чаще всего используются чугунные экономайзеры, хотя они могут иметь бόльшие габариты и обладают повышенными требованиями относительно обслуживания и ремонта по сравнению со стальными змеевиковыми.
.
вернуться назад
Источник
При конструировании современных тепловых систем одной из основных задач, решаемых разработчиками выступает повышение эффективности котельных установок и снижение энергозатрат. В большинстве случаев эта проблема решается внедрением новых технологий, но как показывает практика включение в состав экономайзера позволяет снизить затраты на 13-15%. И хотя экономайзер котла практически не претерпел изменений в своей конструкции с момента изобретения, он и сегодня является объектом постоянных усовершенствований.
Принцип работы экономайзера
Свое название это устройство получило от английского «economize» — «экономить, сберегать». Впервые экономайзер был применен в 1893 году, когда устройством предварительного нагрева был оснащен паровой котел. С тех пор экономайзер стал почти обязательным элементов водогрейной установки.
Принцип работы этого прибора идентичен принципу работы парового или водяного котла – нагрев проточной воды в замкнутом контуре. Правда, если в обычном котле вода нагревается в водяной рубашке, в которой находится топка или в теплообменнике над горелкой, то для нагрева теплоносителя используются продукты горения. Проще говоря, в экономайзере используются продукты горения топлива, имеющие высокую температуру, но при этом уже покинувшие объем котла.
Вторым важным отличием экономайзера от нагревательного котла выступает назначение. Водяной или паровой котел нагревает воды и подает ее дальше в систему отопления или горячего водоснабжения. Экономайзер предназначен только для предварительного нагрева воды перед подачей ее в контур водяного котла.
Важность этого момента заключается в том, что при работе системы отопления, после того как теплоноситель пройдет по системе труб и радиаторов и отдаст тепло при попадании в котел он охлаждается до 42-50 градусов Цельсия. После чего требуется затраты топлива и энергии до повышения температуры теплоносителя до стандартных 80-90 градусов (речь идет об автономных системах отопления частных домов). При включении в систему отопления, экономайзер котла, используя горячие отработанные газы из камеры сгорания или топки, повышает температуру воды до 50-55 градусов перед подачей ее в котел. Такой прибор позволяет почить чистую экономию до 15% энергоносителей и повысить эффективность работы до 15%.
Конструкция экономайзера
Поскольку в устройстве производится нагрев воды, то в его конструкции нет ничего необычного, он представляет собой не что иное, как обычный теплообменник с подключением к системе через трубы.
Основу прибора составляют трубы, которые для повышения площади нагрева располагаются в шахматном порядке. При прохождении через теплообменник горячие потоки отработанных газов буквально окутывают трубы теплообменника и передают тепло теплоносителю.
В зависимости от объемов системы и ее назначения экономайзеры изготавливаются из материалов способных выдержать большие механические нагрузки и долгое время работать в агрессивной среде продуктов горения топлива.
По материалу изготовления экономайзеры бывают:
- Литые чугунные;
- Из стали;
- Из нержавеющей стали;
- Из цветных металлов.
Для больших по объему котлов промышленного оборудования используются чугунные или стальные трубы. Чугун способен выдерживать большое давление и в долгое время находится в агрессивной атмосфере. Недостатком чугуна является его хрупкость, это особенно ярко проявляется при гидравлических ударах – он не способен противостоять резкому повышению внутреннего давления.
Стальные трубы более практичные, их легче монтировать, они способны выдерживать высокое рабочее давление и гидроудар. Другое дело, что при сварке конструкции узким местом выступает сварные швы. Именно они наиболее подвержены коррозии.
Применение нержавеющей стали для изготовления экономайзера позволяет продлить срок его эксплуатации. Выполненные из металла не подверженного коррозии нержавеющие теплообменники считаются наиболее надежными. Недостатком их принято считать высокую стоимость по сравнению с чугунными и обычными стальными.
Использование цветных металлов для изготовления теплообменника в основном нашло применение для бытовых небольших экономайзеров котлов отопления. Эти приборы отличаются высокой эффективностью при компактных размерах.
Особенности конструкции экономайзеров
Специфика конструкции экономайзера котла во многом зависит от характеристик самого котла. Для безопасной работы оборудования в конструкцию экономайзеров котлов вносятся изменения и усовершенствования, дающие возможность максимально использовать возможности.
Прежде всего, это касается устройств кипящего и некипящего типов. При нагреве воды до высокой температуры во внутреннем объеме теплообменника образовывается водяной пар. В высокотемпературных установках количество водяного пара может достигать 20-24% от объема воды. Такой экономайзер котла оборудуется клапанами сброса пара, и устройствами контроля давления. Кипящие экономайзеры изготавливаются из стали, чугунное литье для такого оборудования не используется.
Не кипящие устройства только прогревают воду перед подачей в котел, в них температура не повышается до критической, а пар выводится из системы.
Еще одним различием этих устройств выступает их назначение. Есть экономайзеры котлов паровые и водогрейные. Паровой экономайзер котла предназначен для прогрева воды до порога парообразования. Такой технологический прием используется в паровых котлах, где конечным продуктом выступает водяной пар высокого давления, а не вода. Водогрейный экономайзер котла отопления предназначен для предварительного прогрева воды. Это нужно для того чтобы нагреть воду и пройти «точку росы» еще до подачи ее в водогрейный котел.
Проблемы с экономайзерами паровых котлов низкого давления
Как и большинства технических решений в экономайзере парового котла существуют изъяны, обусловленные спецификой эксплуатации агрегата. Для паровых котлов низкого давления характерным моментом выступает проблема выпадения конденсата. При разогреве пара котел нагревает его до определенной температуры, поднятие температуры выше допустимой влечет повышение давления и риск разрушения теплообменника котла.
В связи с этим экономайзер парового котла низкого давления должен нагревать пар в строго определенном технологией температурном диапазоне. В связи с этим, для экономайзера важно обеспечить не только нагрев пара, но и не допустить образования конденсата.
Для синхронизации работы экономайзера и парового котла установка в обязательном порядке оборудуется системой безопасности и контроля.
Обслуживание и ремонт установок
Как и для все котельное оборудование, экономайзер котла проектируется и изготавливается в строгом соответствии с нормативными документами и требованиями государственных стандартов. Монтаж промышленного оборудования должен осуществляться только квалифицированным персоналом, имеющим допуск на проведение монтажных и пусконаладочных работ.
Все работы по монтажу установки должны соответствовать техническим нормам. После окончания работ оборудование обязательно проходит испытание и тестирование.
В процессе эксплуатации оборудование в обязательном порядке должно проходить техническое обслуживание, в ходе которого проверяется целостность, правильность работы датчиков и приборов, проводится оценка состояние внутренних поверхностей – выявляются места оседания накипи и образования коррозии металла.
Видео к теме экономайзер котла
Источник