Водяной экономайзер расположен в нижней части конвективной шахты и разделен по высоте на два пакета. Змеевики экономайзера выполнены из труб  32 х 4, сталь 20. Питательная вода входит в четыре камеры  219 х 25, сталь 20, нижнего пакета водяного экономайзера, проходит первый пакет и направляется к установке «собственного» конденсата. Из конденсаторов вода поступает в нижние камеры второго пакета экономайзера, проходит по змеевикам и из верхних камер направляется в барабан котла. “Холодный” пакет пароперегревателя и оба пакета водяного экономайзера опираются на полые балки, охлаждаемые воздухом. Воздух в охлаждаемые балки поступает из рассечки между топкой и газоходом котла за счет разрежения, создаваемым на всасе дутьевых вентиляторов.

Основными причинами повреждения змеевиков водяного экономайзера являются:

1.5 Регенеративные воздухоподогреватели

Для подогрева воздуха, поступающего на горелки, применены два воздухоподогревателя с диаметром ротора 5100 мм. Основным элементом РВП является ротор, вращающийся со скоростью
. Ротор разделен радиальными и аксиальными перегородками на ячейки, которые заполняются набивкой – стальными профильными листами, толщиной
. Дымовые газы, выходящие из котла с высокой температурой
, проходят между листами и нагревают их. Нагретые листы вращающимся ротором переносятся на воздушную сторону, где отдают свое тепло воздуху. Воздух поступает в воздухоподогреватель по схеме противотока (в направлении, противоположном движению газов). Разность температур газов, входящих в РВП, и горячего воздуха составляет, как правило,
. Дымовые газы охлаждаются до температуры
. Поверхность теплообмена - набивка, которая на холодном конце имеет сравнительно низкую температуру. Набивка установлена в три слоя: два верхних (горячие) и один холодный.

1.6 Эксплуатация котла: пуск и останов

Заполнение котла водой производится до растопочного (-100 мм.) уровня по водомерной колонке. При простое котла более 3-х суток или, если во время простоя производились ремонтные или наладочные работы в цепях защит и блокировок, необходимо произвести их опробование с воздействием на исполнительные механизмы. При неисправности защит, действующих на останов котла, растопка его ЗАПРЕЩАЕТСЯ .

Проверить дистанционно и по месту легкость хода и отсутствие заеданий, посторонних шумов регуляторов, шиберов и направляющих аппаратов. Шибера по воздуху и газу на РВП и перед горелками оставить в открытом положении. Проверить закрытие арматуры по газу, мазуту и пару перед горелками.

Открыть входную мазутную задвижку и прогреть мазутопровод котла через разгрузочную линию. Открыть продувочные свечи. Проверить открытие свечей безопасности. Проверить закрытие арматуры перед горелками, на газопроводе к ЗЗУ и на ТВО РВП. Открыть ПЗК и РД газа.

Переключатель режимов работы котла поставить в положение “Розжиг”.

Включить в работу оба ДВ и оба ДС. Открыть полностью шибера по газовоздушному тракту и перед горелками, начать вентиляцию топки и газоходов. При этом расход воздуха должен составлять не менее 25 % от номинального.

Для росжига на котле определена группа растопочных горелок - № 1 и № 3. Растопка может начинаться с любой из них. Закрыть воздушные шибера перед горелками №2,4,5,6. Прикрыть воздушные шибера перед растопочными горелками (№1,3). Установить давление воздуха равное растопочному (20 – 50 кгс/м 2) и разрежение вверху топки 2 – 3 кгс/м². Переключатель выбора места розжига установить в положение “По месту”. Отрегулировать по месту давление воздуха перед растопочными горелками путем прикрытия шиберов и воздушных регистров перед ними.

ВНИМАНИЕ:

Зажигая горелки, нельзя стоять против амбразур горелок, чтобы не пострадать от случайно выброшенного из топки пламени;

Обслуживающий персонал должен иметь головной убор, защитные очки и рукавицы;

необходимо помнить, что котел оборудован системой блокировок по взрывобезопасному розжигу горелок, включающихся автоматически перед растопкой.

Открыть запорный вентиль перед ЗЗУ разжигаемой горелки. Ключом управления включить ЗЗУ разжигаемой горелки, убедиться в наличии и устойчивости факела ЗЗУ. Произвести розжиг следующей растопочной горелки.

Включение прибора контроля температуры металла барабана произвести до заполнения котла водой. С самого начала растопки постоянно вести контроль за температурой металла барабана. Разность между температурой верха и низа металла барабана не должна превышать 60 С. С начала растопки приступить к прогреву растопочного паропровода и РРОУ 140/1,2 ата (БРОУ 140/15 находится в горячем резерве). С самого начала растопки поддерживать нормальный уровень в барабане котла, не допуская выхода его за пределы  150 мм от среднего по водоуказательной колонке. Перед началом постоянной подпитки котла закрыть рециркуляцию барабан – водяной экономайзер.

При давлении в барабане котла 0,5 кгс/см 2 закрыть котловые воздушники и дренажи пароперегревателя. В процессе растопки котла необходимо следить за термическим перемещением элементов котла и главных паропроводов по специально установленным реперам и проверять соответствие перемещений элементов котла заводской схеме термических расширений:

В процессе растопки котла необходимо следить за термическим перемещением элементов котла и главных паропроводов по специально установленным реперам и проверять соответствие перемещений элементов котла заводской схеме термических расширений:

При давлении в барабане 3 . . . 4 кгс/см 2 необходимо приступить к продувкам нижних коллекторов экранов и пробоотборных точек, внимательно следя при этом за уровнем воды в барабане, и при необходимости производить подпитку. Длительность продувки каждой точки не должна превышать 30 секунд. При растопке котла необходимо следить за температурами металла змеевиков пароперегревателя. Режим растопки организовать так, чтобы эти температуры не превышали допустимых.

В случае недостаточности охлаждения труб протекающим паром, следует изменить режим растопки (например: увеличить избыток воздуха в топке), чтобы не допускать чрезмерного повышения температуры газов в районе пароперегревателя. Скорость прогрева главных паропроводов котла должна быть не более 8 С/мин при температуре менее 500 С и не более 3 С/мин при температуре более 500 С. Скорость растопки, исходя из допустимых температур стенок барабана не должна превышать 1,5 С в минуту. Контроль за скоростью растопки производится по температуре насыщения. Для уменьшения инерционности эту температуру следует замерять на одной из пароотводящих труб в средней части барабана.

В начале растопки образующийся пар сбрасывать в атмосферу через линию продувки пароперегревателя. По мере роста давления (5 – 6 кгс/см 2) включить в работу растопочную редукционно-охладительную установку (РРОУ), закрыть продувку ПСК. При растопке котла топочный режим должен быть таким, чтобы разность температуры газов по сторонам всех газоходов не превышала 20 С.

Скорость растопки должна соответствовать графику подъема давления. Запрещается держать большую скорость подъема давления, так как это может привести к пережогу поверхностей нагрева экранов и пароперегревателя. При полном рабочем давлении до включения котла в магистраль, необходимо снова проверить плотность предохранительных клапанов и арматуры котла. Путем обхода и внимательного осмотра всех элементов котлоагрегата убедиться в их исправности.

Включение котла в магистраль производится после тщательного прогрева паропровода, при давлении в паропроводах котла равном давлению в магистрали. Температура пара при включении должна быть не ниже 540 С и не выше 570 С. Включение котла следует производить осторожно, медленно открывая магистральную задвижку.

Особенности розжига при работе на мазуте: прогреть мазутный узел котла через мазутную разгрузку, температура мазута перед розжигом должна быть не менее 130 0 С.

Закрыть общую задвижку на ЗЗУ котла, подключить пропановый баллон с редуктором через специальный штуцер к газопроводу на ЗЗУ.

Включить защиту по понижению давления мазута. Провентилировать топку и газовоздуховоды, отобрать анализ за дымососом на отсутствие пропана (С 3 Н 8), зажечь с помощью запально - защитного устройства (ЗЗУ) растопочную мазутную форсунку одной из горелок нижнего яруса. Отрегулировать горение путем изменения расхода мазута и воздуха на данную горелку. Добиться, чтобы горение было полным, а факел устойчивым.

В таком же порядке зажечь вторую растопочную мазутную форсунку, расположенную симметрично первой. Растопку вести не менее чем на двух горелках. При розжиге мазутных форсунок нельзя стоять напротив гляделок, чтобы не быть обожженным случайным выбросом пламени.

По мере разогрева топочной камеры производить переключение работающих горелок с тем, чтобы обеспечить равномерный прогрев топочной камеры. После включения всех растопочных форсунок, по мере роста давления в барабане котла, переходить на основные форсунки. Производительность растопочных форсунок 1000-1100 кг/ч.

Порядок розжига мазутной форсунки следующий:

а) установить давление воздуха перед горелкой 20…30 кгс/м 2 , подача воздуха регулируется шибером на воздухопроводе горячего воздуха к горелке;

б) включить запальник выбранной горелки;

в) проверить визуально через смотровой лючок горелки, горит ли факел запальника. Если факел запальника отсутствует, отключить подачу газа к запальнику и устранить причины отказа в работе запальника;

г) убедившись в наличии факела запальника, включить мазутную форсунку.

Отрегулировать горение путем изменения соотношения расхода воздуха и мазута. Добиться, чтобы горение было полным и бездымным, а факел устойчивым.

Если мазут при розжиге первой мазутной форсунки не загорится или погаснут все уже работающие форсунки, следует немедленно перекрыть подачу мазута, отключить ЗЗУ и провентилировать топку, дымоходы и воздуховоды в течение 10. . .15 минут, вновь приступить к растопке в указанном выше порядке. Если в процессе растопки погаснет одна из числа работающих мазутных форсунок, то следует закрыть подачу мазута к ней, установить и устранить причину ее погасания, тщательно продуть форсунку паром и вновь приступить к ее розжигу при помощи ЗЗУ.

Категорически запрещается зажигать мазут от раскаленной обмуровки амбразур. Запальные устройства работающих горелок гасить только после разогрева топки и достижения устойчивого горения топлива.

Во время растопки внимательно следить за температурой дымовых газов в конвективной части котла и в случае резкого повышения температуры по газовому тракту, что может быть следствием загорания осевших в газоходах несгоревших частиц мазута – немедленно прекратить растопку, остановить вентиляторы и дымососы, закрыть их направляющие аппараты, закрыть шибера по газу и воздуху до и после РВП и включить систему пожаротушения.

Перед плановым остановом котла, если на котле сжигался мазут и если имеется такая возможность, рекомендуется перевести его на сжигание газа как минимум на 6 часов, для того, чтобы “отжечь” отложения на конвективных поверхностях нагрева.

Перед началом снижения нагрузки включить в работу регистратор температуры стенок барабана. Снижение нагрузки до 200 – 220 т/час производить снижением расхода топлива на горелки. Дальнейшее снижение нагрузки производить последовательным отключением горелок. В первую очередь для поддержания нормальной температуры перегретого пара при низких нагрузках отключаются горелки нижнего яруса.

Отключив все горелки, следует отключить газопровод к котлу и открыть продувочные свечи. При отключении форсунки сначала закрыть подачу на нее мазута, затем уменьшить расход воздуха на горелку до величины, необходимой для ее охлаждения (15 – 25% по УП). Отключенные мазутные форсунки продуть паром и выдвинуть из горелки. Отключив последовательно одну за другой форсунки, отключить мазутопровод к котлу.

При аварийном останове котла закрыть отсечной клапан и задвижку на подводе мазута к котлу, после чего отключить мазутные форсунки.

В процессе снижения нагрузки следить за температурой перегретого пара и при ее снижении уменьшать подачу конденсата на впрыск. Скорость снижения температуры главных паропроводов не должна превышать 2 0 С/мин при температуре более 500 0 С и 5 0 С/мин при температуре менее 500 0 С.

После снижения нагрузки до 60 – 80 т/час произвести останов котла путем имитации срабатывания какой-либо защиты, либо ключом “ДОК”, закрыть газовую и мазутную арматуру перед горелками, визуально убедиться в отсутствии горения в топке. Отключить непрерывную продувку, ввод фосфата. После погасания факела провентилировать топку, газоходы и воздуховоды дымососами, дутьевыми вентиляторами и ВРГГ (при их наличии) в течение 10 минут. Затем остановить ТДМ, закрыть их направляющие аппараты и все шибера по газовоздушному тракту. При наличии такого указания – произвести обмывку РВП.

С момента останова до момента, когда температура верха барабана достигнет 160 0 С, уровень в барабане поддерживать в пределах 0…+250 мм по регистрирующему прибору. При заполнении барабана не допускать попадания воды в пароперегреватель. При включении в работу РРОУ 140/1,2 ата температуру пара на выходе из нее поддерживать в пределах 130 – 180 0 С.

При разгрузке и останове котла необходимо тщательно контролировать разность температур между верхом и низом барабана, которая не должна превышать 80 С. При этом скорость снижения температуры насыщения в барабане не должна превышать 1,5 С/мин.

При каждом останове, кроме случаев останова в горячий резерв без проведения ремонтных работ и проведения гидразинно-аммиачной консервации должен применяться режим ускоренного расхолаживания котла согласно соответствующей инструкции. Если данный режим не применяется, то пуск дымососа для расхолаживания котла допускается не ранее, чем через 18 часов после останова, при условии, что разница температур металла верха и низа барабана будет не более 40 С.

При прекращении постоянной подпитки котла открыть вентили на линии рециркуляции от барабана к водяному экономайзеру.

При снижении уровня воды в барабане произвести подпитку котла с возможно меньшим расходом для предотвращения недопустимых термических напряжений в теле барабана. При подпитке закрыть вентили на линии рециркуляции барабан – водяной экономайзер.

Через шесть часов (начало естественной вентиляции топки) после останова котла необходимо произвести продувку нижних точек экранов для удаления шлама, после чего медленно подпитать котел до высшего допустимого уровня. Через 8…10 часов еще раз произвести продувку нижних точек экранов и подпитать котел.

Запрещается производить подпитку остановленного котла с дренированием воды с целью ускоренного охлаждения барабана даже небольшим количеством холодной питательной воды, так как это может привести к опасным неравномерностям температур в теле барабана.

РВП разрешается останавливать при температуре уходящих газов не более 60 С.

Запрещается отключение приборов, регистрирующих и показывающих температуры воздуха и газов до РВП и за ним, раньше, чем через 24 часа после останова котла.

Спуск воды из котла после его останова допускается при снижении давления до 10 кгс/см 2 . Заполнять котел разрешается при температуре верха барабана не более 160 0 С

Водяные экономайзеры предназначены для нагрева питательной или сетевой воды за счет теплоты уходящих топочных газов, благодаря чему уменьшаются потери теплоты и повышается КПД. По типу бывают групповые и индивидуальные экономайзеры, а по материалу - чугунные и стальные. В водяной экономайзер вода подается питательным насосом, за счет напора которого и осуществляется ее прину­дительное движение в трубах экономайзера.

Для паровых котлов обычно устанавливают индивидуальные экономайзеры, а групповые - на чу­гунных котлах и паровых (до 1 т/ч пара). Водяные экономайзеры для котлов среднего и высокого дав­ления изготавливают только из стальных труб, для низкого давления - чугунных или стальных. При частичном испарении воды в трубах экономайзер считается кипящим.

Чугунные водяные экономайзеры выполняют только некипящими. 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 некипящего 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. Для очистки от внешних отложений, особенно между ребрами, чугунные трубы компонуются в блоки так, чтобы число горизонтальных рядов было не более 8 (4 + 4), между которыми устанавливается обдувочный аппарат. Это необходимо для эффективной обдувки внешних поверхно­стей чугунного экономайзера паром или сжатым воздухом, так как один обдувочный аппарат обслужи­вает не более 4 рядов труб вверх и 4 - вниз.

При растопке котла, пока котельный агрегат не имеет достаточной паровой производительности, нагретая в чугунном экономайзере вода сливается в деаэратор или бак с питательной водой по «сгон­ной» линии. Вода в экономайзере должна двигаться только снизу вверх 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. При чрезмерном повышении температуры воды, выходящей из некипящего экономайзера, следует перевести газы частично или пол­ностью на обводной боров, открыть сгонную линию и усилить питание.

В блочных чугунных экономайзерах 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 уложен 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 установлены взрывные предохранительные клапаны.

На экономайзере некипящего типа устанавливается арматура:

А) на входе - обратный клапан, обводная линия с вентилем, вентиль запорный, регулятор питания, манометр, термометр, предохранительный клапан;

Б) на выходе - вентиль для выпуска воздуха (вантуз), манометр, предохранительный клапан, тер­мометр, сгонная линия, запорный вентиль.

Кроме того, на нижнем коллекторе должны быть установлены трубопроводы для спуска воды (слив­ной вентиль), а в удобных местах - устройства для отбора проб воды и измерения температур и давле­ния, а на верхнем коллекторе - вентиль для удаления воздуха.

Схема обвязки чугунного водяного экономайзера приведена на рис. П10.

Экономайзеры кипящего типа выполняются из стальных труб диаметром 28.42 мм и устанавли­ваются горизонтально в шахматном порядке на каркасе. Они выдерживают высокие давления, в них возможно частичное закипание воды (до 15 %), но они больше подвержены коррозии и не отключаются от (т. е. остановка экономайзера влечет остановку котла).

На входе экономайзера кипящего типа устанавливается такая же арматура, как на некипящих (за исключением обводной и сгонной линий, а также вантуза), а на выходе арматура не устанавливается 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.

Характеристики котельного оборудования совершенствуются в разных направлениях. Одни производители делают упор на расширение функциональности, другие осваивают новые системы управления, а третьи занимаются физической эргономикой. Но самым перспективным направлением считается оптимизация конструкции и процессов теплообмена. И в этом контексте особое значение имеет экономайзер. Что это такое? Это уже ставшая обязательной часть паровых котлов, которая позволяет экономить тепловую энергию, по сути, за счет вторичного использования. Впрочем, этот процесс следует рассмотреть подробнее.

Назначение и задачи экономайзера

Для начала стоит обратиться к системам пиролиза и котлам длительного горения. Их принцип работы базируется на вторичной переработке топлива, но цели ставит разные. В одном случае это повышение энергоэффективности котельного оборудования, а во втором - увеличение периода активности агрегата. В свою очередь экономайзеры котлов предназначены для оптимизации процессов теплообмена. В конечном итоге пользователь получает более экономный расход топливного материала при высокой теплоотдаче. Это может выражаться не напрямую, а, к примеру, в виде интенсивного образования пара. В более сложных когенерационных системах, где котлы связываются с электротехнической инфраструктурой, эффект экономайзера может быть отражен и в минимизации расходов электроэнергии. Но это касается в основном промышленного оборудования.

Принцип работы агрегата

В процессе работы любого котла на твердотопливных элементах выделяется дым. Он имеет высокую температуру, поэтому можно констатировать, что вместе с этими потоками удаляется и тепло. Чтобы напрасно не расходовать выработанную энергию, инженеры и предложили экономайзер. Что это такое в составе котла? Это функциональный блок, который в некотором роде аккумулирует энергию дыма, преобразуя ее в нагрев воды. То есть не сам блок выступает преобразователем дыма, а вода, которая в него заливается. Далее она поступает в специальные резервуары для полноценного нагрева. Циркуляция воды в котельных теплообменниках является обычным явлением, но в данном случае реализуется именно предварительный нагрев без использования основной тепловой энергии оборудования.

Конструкция экономайзера

В простейших исполнениях экономайзер представляется комплексом трубчатых элементов, проходя по которым, вода или пар нагревается. Причем трубы имеют не прямые, а извилистые змеевидные и зигзагообразные формы. Несколько труб формируют один пакет. В каждом пакете набор трубчатых элементов располагается по одной общей конфигурации. Также устройство экономайзера предусматривает наличие изоляционных плит и металлических перегородок, которые разделяют пакеты. Изоляция нужна для обеспечения безопасности в процессе работы теплообменника.

Присутствует в конструкции и предохранительный клапан, который устанавливается непосредственно перед входной линией. Данная заслонка предназначена для защиты от гидроудара. В некоторых моделях котел отопительный имеет и предохранительный клапан в верхней части экономайзера. С этой стороны наличие защиты обуславливается риском повышения давления, при котором вода должна выпускаться наружу.

Разновидности по материалу изготовления

В основном используются чугунные и стальные конструкции. Чугун хорош тем, что имеет прочную износостойкую структуру, которая способна выносить гидроудары и механические воздействия. Но в таком корпусе не может использоваться высокотемпературный экономайзер. Что это такое? Это модели теплообменников, которые предусматривают не просто предварительный подогрев, но и доведение воды до высоких температур. Чугун в таких условиях может лопнуть без возможности восстановления.

Стальные модели формируются трубами с диаметрами в среднем от 30 до 40 мм. Их устанавливают в шахматном порядке на едином каркасе, который наделяет всю конструкцию прочностью. На практике котел отопительный с интегрированным стальным экономайзером способен выдерживать повышенные температуры и немалое давление. Единственным недостатком стали является предрасположенность к коррозии. Поэтому для экономайзеров используются особые дорогостоящие марки сплавов.

Разновидности по типу рабочей среды

Уже упоминалось, что экономайзер может выступать и как средство дополнительного подогрева, и как полноценный нагреватель. Разделение между этими видами теплообменников проходит по точке кипения. Соответственно, в одном случае выпускаемый дым может доводить до кипения воду в экономайзере, а в другом - слегка подогревать. Но есть и разница в функциональном обеспечении. Даже в простом исполнении «не кипящий» водяной экономайзер оснащается коллекторами, манометрами, реле управления, термометрами и другими устройствами, позволяющими контролировать состояние оборудования. Однако «кипящий» экономайзер, кроме перечисленной измерительной и регулирующей арматуры, также дополняется сгонными и обводными линиями. Кроме того, на выходных каналах могут отсутствовать некоторые фитинги и клапаны. Связано это с тем, что кипящая вода должна иметь предельно свободные пути выхода в котельный барабан.

Заключение

По мере усложнения конструкции котла вводятся и новые требования по его защите от аварий. Тепловые перегрузки и высокое давление могут спровоцировать нарушения в трубопроводной инфраструктуре, что заставляет инженеров расширять перечень систем безопасности оборудования. Тем не менее энергоэффективность по-прежнему остается важным преимуществом экономайзера. Что это такое в реальных цифрах? В промышленных котельных станциях на этапе водоподготовки такие теплообменники способны доводить температуру воды до 250-270 °C. Разумеется, на бытовом уровне речь может идти о более скромных цифрах, а «кипящие» модели экономайзеров и вовсе требуют серьезного переоборудования агрегата. И все же концепция оптимизации теплового обмена считается наиболее перспективной, так как она обеспечивает прямой эффект повышения теплоотдачи.

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

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.

Как один из основных элементов котельных установок прежде исключительно предназначался для использования тепла отходящих газов, покидающих котлы. В отопительных установках он и в настоящее время исполняет это назначение.

В энергетических установках по мере повышения давления пара все более увеличивается значение водяного экономайзера.

В энергетических котлах является составной частью котла, заменяя собой его последние газоходы.

В паровом котле температура воды всюду одна и та же, соответствующая давлению пара в котле. В же, наоборот, температура воды всюду разная, так как вода в нем постепенно подогревается. Выгода замены последних газоходов котла экономайзерными поверхностями хорошо иллюстрируется рисунком. При экономайзерной поверхности получается больше разность температур между нагревающей и нагреваемой средами и в соответствии с уравнением теплопередачи Q = KH(T - t) ккал/час при одинаковых прочих условиях через экономайзерную поверхность больше пройдет тепла по сравнению с котельной поверхностью.

В отношении экономии металла большое значение имеет переход на однобарабанные энергетические котлы с естественной циркуляцией, причем и этот барабан желательно выполнить минимального диаметра. С повышением давления пара постепенно уменьшается количество тепла, расходуемого на сообщение скрытой теплоты испарения в суммарном теплосодержании 1 кг пара, и возрастает расход тепла на подогревание воды до состояния насыщения. Поэтому при перераспределении значительной тепловой нагрузки на облегчается работа котла. Проще и надежнее получаются его циркуляционные контуры. Конвекционный котельный пучок получает весьма ограниченные размеры, так как остальная часть сообщаемого теплосодержания падает на сильно развитые поверхности нагрева пароперегревателя. Таким образом, большая часть поверхностей нагрева в современном энергетическом котле работает по прямоточному принципу, без циркуляции, и сравнительно небольшая часть нуждается в обеспечении достаточной кратности циркуляции.

При работе пароперегревателя и водяного гидравлическое сопротивление и может быть значительным, так как движение по ним нагреваемой среды обеспечивается не за счет циркуляции Поэтому эти поверхности можно выполнять из труб малого диаметра, что повышает коэффициент теплопередачи, а также создает возможность указанным частям котлоагрегат придать весьма компактную форму.

Элементы экономайзеров для отопительно-производственных котельных отливаются из чугуна. Для энергетических установок водяные делают стальными по типу пароперегревателей.

Чугунные экономайзеры

Изготовлявшиеся до настоящего времени состоят из чугунных ребристых труб, соединяемых при помощи чугунных колен (калачей) таким образом, чтобы питательная вода могла последовательно пройти по всем трубам снизу вверх. Такое ее движение является обязательным, так как при нагревании воды падает степень растворимости находящихся в ней газов, кислорода, углекислоты, и газы начинают выделяться в виде поднимающихся вверх пузырьков. Конструкция экономайзеров должна способствовать удалению этих пузырьков, так как они, налипая на стенки, производят корродирующее действие. С целью лучшего смывания пузырьков скорость движения воды не следует принимать меньше 0,3 м/сек. Скорость газов во избежание чрезмерного засорения с внешней стороны золой и сажей принимают не менее 5 м/сек.

Имеют по краям прямоугольные фланцы, что дает возможность, набирая группу труб, ограничить газоход с двух сторон металлическими стенками.

Водяные могут устанавливаться к каждому котлу индивидуально или они выполняются групповыми на несколько котлов. При расположении непосредственно за котлом присос воздуха между котлом и экономайзером невелик. Для групповых экономайзеров вследствие наличия сборного борова, а также неплотностей заслонок неработающих котлов присос достигает значительных размеров.

Водяной , собираемый из , довольно быстро загрязняется золой и сажей, поэтому его необходимо обдувать паром.

В отопительных установках иногда вместо автоматически работающего воздухоотводчика применяют простые водосборники. К последним присоединяют полдюймовую газовую трубу, которую ведут к раковине, находящейся в помещении котельной.

Снабжаются также водогрейные котлы. Следует учитывать, что при одинаковых прочих условиях, например, при одинаковом количестве сжигаемого в час топлива, в водогрейную установку приходится вводить воды примерно в 10 раз больше, чем в паровую, так как количество тепла, воспринимаемого на 1 кг теплоносителя, у водогрейных котлов колеблется от 25 до 60 ккал/кг, а у паровых - от 500 до 650 ккал/кг и выше. С этим надо считаться, распределяя потоки воды по трубам экономайзера. Направляя всю воду аналогично с паровыми установками, через каждую трубу можно получить слишком большие скорости и гидравлические сопротивления. Воду в таких случаях надо пропускать рядом параллельных потоков.

Допускаются к установке при давлении пара в котлах не выше 22 атм.

Стальные экономайзеры

Укомплектовываются котлоагрегаты с давлением выше 22 атм.

Бывают двух типов. Первый из них по принципиальной схеме не отличается от чугунного экономайзера. Ко второму типу относится "кипящий" экономайзер, когда между котлом и экономайзером не устанавливается никаких запорных приспособлений и отсутствует ограничение в отношении предела нагревания воды. Вода в может и закипеть, причем количество пара, образующегося в экономайзере, равняется 5-15% и более от общего расхода пара котлом.

Конструируются из змеевиков и коллекторов по типу пароперегревателей. В кипящем должен предусматриваться беспрепятственный отвод пара в котел, если бы таковой образовался. Стальной кипящий позволяет предельно использовать экономайзерную поверхность. Диаметры труб стального экономайзера, так же как и пароперегревателей, принимаются по большей части 38х32 мм. Небольшие диаметры труб позволяют создать компактный экономайзер, работающий с высоким коэффициентом теплопередачи. Кипящий составляет одно целое с котлом, поэтому и требуемая правилами Котлонадзора питательная арматура устанавливается не перед котлом, а перед экономайзером. хорошо противостоит влиянию внутренней коррозии растворенным в воде кислородом и внешней, связанной с образованием росы. Стальные экономайзеры, наоборот, очень подвержены таким разъеданиям, поэтому в установках приходится особо тщательно деаэрировать питательную воду. В отношении возможности появления росы в большинстве случаев опасений не имеется, так как при работе тепловой электростанции по регенеративному циклу температура питательной воды всегда значительно выше 100°.