Экономайзер представляет собой устройство, которое обогревается продуктами сгорания топлива. Подобное устройство предназначено для подогрева либо для частичного испарения воды, которая поступает в паровой котёл.

Экономайзер является неотъемным элементом котлоагрегата. Это теплообменник, где питательная вода, прежде чем будет подана в котел, подогревается при помощи уходящих из котла газов. Изготовляются экономайзеры из ребристых или гладких чугунных труб на давление 2,2 МПа, а на более высокую температуру и давление - как правило, из стальных гладких труб. Ребристые трубы - это довольно популярный вид товара. Они могут быть использованы в качестве труб отопления, поскольку имеют свойство держать тепло дольше чугунных труб. Это происходит за счёт ребристой поверхности. Ребристые трубы являются неотъемлемой частью экономайзеров.

В зависимости от металла, из которого изготовляют экономайзеры, они могут быть чугунными и стальными. Чугунные экономайзеры используют при давлении в барабане котла не более 2,4 МПа, а стальные могут применяться при любых давлениях.

Чугунный водяной блочный одноколонковый экономайзер выполняется из оребренных труб 3 (рис. 6), соединяемых между собой посредством калачей. Питательная вода проходит последовательно по всем трубам снизу вверх, а продукты горения проходят через зазоры между ребрами труб. В чугунных экономайзерах недопустимо кипение воды, так как это приводит к гидравлическим ударам и разрушению экономайзера. Для очистки поверхности нагрева водяные экономайзеры имеют обдувочные аппараты.

Рис. 6.

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

В соответствии с требованиями Ростехнадзора экономайзеры некипящего типа должны быть отключаемыми по водяному тракту и тракту продуктов горения, т. е. должны иметь обводные (бай-пасные) линии в отопительном котле.

Устройство обводного газохода в отопительном котле для отключения индивидуального водяного экономайзера по тракту продуктов горения необязательно при наличии сгонной линии, обеспечивающей возможность постоянного пропуска воды через экономайзер в деаэратор в случае повышения температуры после него. Сгонной линией пользуются при растопке котла. Схема включения чугунного экономайзера с устройством сгонной линии представлена на рис. 7.

На входе воды в экономайзер и выходе из него должны быть установлены два предохранительных клапана 5 и два запорных вентиля 2. Кроме того, необходимы манометр, вентиль б воздушника для удаления воздуха при заполнении системы водой, вентиль 8 на дренажной линии для слива воды из экономайзера, обратные клапаны 3.

Рис. 7.

1 - барабан котла; 2 - запорный вентиль; 3 - обратный клапан; 4 - вентиль на сгонной линии; 5 - предохранительный клапан; 6 - вентиль воздушника (стрелкой показано удаление воздуха в процессе заполнения экономайзера водой); 7 - чугунный водяной экономайзер; 8 - вентиль на дренажной линии.

Стальные трубчатые экономайзеры изготовляются из труб 028...38 мм, которые изгибают в змеевики 2, ввальцованные или вваренные в коллекторы 1 круглого или квадратного сечений, размещаемые за пределами газохода. Змеевики располагают в шахматном порядке и подвешивают с помощью специальных подвесок или опирают на опорные балки 3. Для выдерживания заданного шага между змеевиками служат дистанционные гребенки 4.

Схема включения кипящего стального трубчатого экономайзера. Такие экономайзеры выполняются неотключаемыми по водяному и дымовому трактам. Во избежание превращения всей воды, находящейся в экономайзере, в пар при растопке котла и его отключении предусматривается устройство рециркуляционной линии. Эта линия соединяет входной коллектор 9 экономайзера с барабаном 5 котла и обеспечивает поступление воды в экономайзер при ее испарении в периоды растопки и останова котла, когда питательная вода в экономайзер не подается. На линии рециркуляции имеется вентиль 11, который открывают при растопке и отключении котла и закрывают при включении котла в паровую магистраль.

Рис. 8. Стальной трубчатый экономайзер: а - общий вид; б - схема включения кипящего экономайзера:

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

Скорость воды в экономайзере принимают, исходя из условий предотвращения расслоения в них пароводяной смеси или прилипания пузырьков воздуха к внутренней поверхности. Для некипящих экономайзеров скорость воды должна быть не менее 0,3 м/с, а для кипящих экономайзеров -- не менее 1 м/с.

Стальные экономайзеры применяют для использования уходящего газа, котлов типа Е, ДЕ, КЕ, ДКВР. Экономайзер монтируется за котлом, который работает на газе, не содержащем серных соединений, и в случае присутствия атмосферного деаэратора.

Блочные чугунные экономайзеры используются для нагревания питательной воды в стационарных водогрейных и паровых котлах, которые имеют рабочее давление не более 2,4 МПа.

Существует ещё один тип экономайзера - контактный водяной. Такой тип может быть использован для нагрева воды системы технологического и бытового горячего водоснабжения, прачечных или бань.

Применение тепла, которое было получено в контактном экономайзере в бытовом горячем водоснабжении, возможно только при условии наличия промежуточных теплообменников. Нагрев воды для прачечных или бань может производиться в контактных экономайзерах, использование которых разрешено Министерством здравоохранения РФ. Контактный экономайзер, как правило, устанавливается после поверхностных экономайзеров, которые принимаются в заводской комплектации котлоагрегатов, либо непосредственно за самими котлами.

Индивидуальные экономайзеры проектируются неотключаемые, т.е. на входе воды в экономайзер должен быть предусмотрен автоматический регулятор, который будет обеспечивать бесперебойное питание котлов.

Для нагрева сетевой и питательной воды в экономайзерах следует предусматривать направление потока воды снизу вверх, т.е. движение воды должно производиться в обеих колонках экономайзера снизу вверх.

Для обеспечения нормальных условий использования и управления работой экономайзер должен оснащаться арматурой, приборами безопасности и контрольно-измерительными приборами, которые доступны для обслуживания и наблюдения. Если же необходимо отремонтировать экономайзер, то в таком случае без ребристых труб не обойтись. Кроме таких труб для проведения ремонта экономайзера понадобятся калачи и чугунные дуги, а также крепёжные болты 20х85 (с гайкой и шайбой) и паранитовые прокладки.

На входе и на выходе воды в экономайзер устанавливаются гильзы, чтобы была возможность измерить температуру питательной воды.

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;

10 - ребра;

11 - фланец.

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.

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°.

Для того, чтобы вода поступала в паро-водогрейный котел уже подогретая, применяют водяные экономайзеры. Это позволяет снизить затраты на теплопотребление. Вода нагревается не внешними источниками, а теплом уходящих газов самого котла. В результате этого потери тепла в топке становятся меньше, а КПД установки наоборот больше.

Экономайзеры бывают индивидуальными, т. е. устанавливаемые к конкретному оборудованию, и групповые, которые обслуживают систему котлов. Их изготавливают или из чугуна, или из стали. Стальные могут быть кипящими и некипящими, а вот чугунные только некипящими. В кипящем экономайзере вода может частично закипать и испаряться.

Если котел относится к моделям, работающим на низком давление, то экономайзер могут изготавливать из ребристых стальных или чугунных труб, а вот для оборудования, работающего на среднем и высоком - только из стальных.

Принцип работы

Питательным насосом вода по соединенным дугами трубам движется снизу вверх, а уходящие газы наоборот стремятся сверху вниз по внешнему периметру устройства. В сам экономайзер теплоноситель подается из трубопровода через коллектор. Образующийся воздух выходит через воздухоотводчик, размещенный в самой верхней точке прибора.

В некоторых моделях чугунных экономайзеров сделан обводной газоход, через который при повышении температуры воды выше допустимой переводят уходящие газы.

Чугунные экономайзеры

Наше предприятие выпускает чугунные экономайзеры типа ЭБ и ЭП, которые представляют собой пакет ребристых чугунных труб на квадратных фланцах, со специальными канавками для асбестового шнура. Пакеты объединены в блоки с помощью калачей. Собранный блок и является хвостовой поверхностью нагрева.

В ЭБ и ЭП экономайзерах предусмотрена перегородка из стали, делящая блок на две равные части. Стенки устройства или выкладывают из кирпича, или сваривают из стали в два слоя, между которыми размещают утеплительные маты. В торцах обшивки устанавливают стальные листы с дверками. На каждом блоке обязательно устанавливаются предохранительные клапаны.

Все чугунные экономайзеры комплектуются входной и выходной арматурой, обратным клапаном, приборами учета, сгонной линей. Для спуска воды в нижней части предусмотрен сливной вентиль, а для спуска воздуха вверху - воздушный.

Наша компания изготавливает на заказ нестандартные экономайзеры.

Цена стандартного устройства зависит от комплектации (собранные в блоки или россыпью) и типа очистки:

• паровой (П);
• газоипульсный (И);
• пневмоимпульсный (ПН);
• очистка генератором ударных волн (Гув).

Кроме того к каждому экономайзеру прилагается паспорт с инструкцией, ящик с запасными деталями.

Одной из составляющей парокотельной установки считается экономайзер. С помощью этого устройства происходит нагрев уходящими дымовыми газами воды перед подачей в котел. Использования экономайзеров помогает значительно повысить КПД паровых систем.

Общие сведения об экономайзерах

Выпускают контактные и поверхностные экономайзеры.

Контактные устанавливаются с котлами подогревающих воду для техпроцессов. Чтобы использовать их для водогрейных установок, требуется подключение промежуточных теплообменников, которые устанавливаются или прямо перед котлом, или после экономайзера. Их установка снижает топливные затраты на 9%. Контактные экономайзеры подходят к любому котельному оборудованию, в том числе и к ДВР.

Поверхностные экономайзеры делятся:

• на питательные, нагревают питательную воду;
• теплофикационные нагревают воду для отопления.

Изготавливают два типа экономайзеров: кипящие и некипящие. Кипящие изготавливают из чугуна или стали, а некипящего - только из стали. Кипящий экономайзер комплектуется с оборудованием на среднем и высоком давление, вода в нем может закипать. В отличие от некипящих, прекращение работы кипящего приводит к остановке котельного устройства.

Экономайзеры размещаются индивидуально или группами. Они могут быть встроенным и отдельно стоящими. Встроенные комплектуются обвязкой и арматурой.

Чугунные экономайзеры

Для нагрева входного теплоносителя для паровых котлов и систем теплоснабжения с давлением не более 2,3 МПа применяют экономайзера из чугуна. Они могут быть только некипящими. Для чугунного экономайзера используют двух-трех метровые ребристые трубы, скрепленные фланцами. Они могут поставляться в разобранном виде или собранными в блоки.

Трубы собираются в пакет, а затем помещаются в глухой сваренный каркас, обшитый теплоизоляцией, или делают кирпичные стены. Торцовые части закрывают съемными листами, утепленные асбестом. Для обдува в блоки встраиваются обдувочные устройства, из расчета устройство на четыре горизонтальных ряда. Между рядами имеется металлическая перегородка, а верхней части взрывные предохранительные клапаны.

В чугунных экономайзерах вода поднимается насосом снизу вверх, и нагреваясь выделяет воздух, который собирается вверху. Для его удаления устанавливаются специальные воздушники. Подогретый теплоноситель по сгонной линии, поступает в котел, что позволяет ему быстрее набрать требуемую мощность.

В чугунных экономайзерах для удаления излишков топочных газов устанавливают отдельный обводной газоход. Если температуры выходного теплоносителя становится выше допустимой, то газы переводятся на газоход, открывается сгонная линия, увеличивается подпитка.

К плюсам чугунных экономайзеров можно отнести повышенную износостойкость, а также надежность и большой срок службы. К недостаткам:

• размер;
• пониженная теплопередача;
• чувствительность к гидро- удару;
• нестандартный газоход, что увеличивает металлоемкость;
• загрязнение внутренних поверхностей;
• потери тепла.

Стальные экономайзеры

Эти экономайзеры устанавливаются в котельных с давлением более 2,3 МПа. Стальные гладкие змеевики длинной 1, 8 м собираются в один пакет. Количество рядов в пакете не должно превышать 25, а высота пакета 1,5 метра. В экономайзере помещают несколько пакетов, между которыми размещают обдувочные устройства.

В отличие от чугунных, они могут быть не только кипящего, но и некипящего типа. Кипящие экономайзеры не имеют отключающего устройства и непосредственно соединены с установкой. В стальных экономайзерах температура входного теплоносителя не должна опускаться ниже 64 С.

Устройство экономайзеров

Экономайзер представляет собой вертикальные змеевики, собранные в пакет высотой около 1,4 метра. В один экономайзер входят несколько пакетов, расположенных на расстояние приблизительно 70 см, и соединенных специальными калачами. Для улучшения теплообмена трубы в нем располагают в шахматном порядке. Вода подается через коллекторы. Для осуществления контроля экономайзеры, как и другое основное котельное оборудование оснащены запорной арматурой, средствами контроля и измерения.

Чтобы не допустить перетока газов, в фланцах труб укладывают шнуровой асбест. Каркас сваривается из металлических листов, обшитых теплоизоляционными материалами. Оба торца закрываются щитками, в которых имеются крышки. Крепятся эти щитки болтами на специальные прокладки. Вся конструкция сваривается сплошными швами, которые обеспечивают герметичность.

Независимо от типа на них установлена следующая входная арматура:

• обратный и предохранительный клапан;
• запорный вентиль;
• приборы учета;
• регулятор питания.

Так же на кипящих экономайзерах устанавливают обводную линию, с дополнительным вентилем. На выходе устанавливается:

• выпускной воздушный вентиль;
• приборы учета;
• предохранительный клапан;
• сгон;
• запорный вентиль.

На нижнем коллекторе размещают устройство для слива воды, а на верхнем - для удаления воздуха. Согласно правилам эксплуатации необходимо предусмотреть возможность для отбора проб.

Монтаж экономайзера

Блоки экономайзера устанавливаются на готовый фундамент, покрытый асбестовыми плитами или шнуром. Затем сваривается каркас устройства, и привариваются импульсные камеры к патрубкам. Газовый короб с клапанами, предохраняющими от взрыва, изготавливается отдельно и только потом приваривается сплошным швом, и подключается к котлу и трубопроводу. Если в проектной документации имеется система очистки, то последней монтируют ее.

Перед вводом в эксплуатацию надо провести осмотр швов, соединений и провести гидравлические испытания. В случае обнаружения дефектов составляется дефектная ведомость и проводятся мероприятия по устранению нарушений согласно ведомости.

Если было обнаружено несовпадение отверстия фланцевой трубы и калача, то необходимо поднять секцию до нужного уровня положив прокладки. Если коллекторы расположены не параллельно выходных колец, то под каждый коллектор устанавливают прокладки паронитовые и конусные из стали.

Чтобы предотвратить выбивания асбеста при эксплуатации, по периметру экономайзера приваривают стальную полосу. Оборудование крепят к фундаменту по нижней раме, путем приваривания к закладным элементам.

Обслуживание экономайзеров

Для эксплуатации экономайзера необходимо разработать локальную инструкцию, включающею в себя должностные обязанности оператора котельной установки.

Техническое обслуживание включает в себя:

• очистку поверхности нагрева;
• включение системы очистки;
• контроль за показаниями приборов учета.

В конце отопительного периода проводится плановый предупредительный ремонт.

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.