Для чего нужен экономайзер в паровом котле
Назначение и способы изготовления экономайзера для котла отопления
Для пользователей автономных котлов реальность такова, что при номинальном КПД 90–95 %, справедливом при эксплуатации в идеальных условиях, на практике он часто не превышает 80–82 %. Поэтому многие пытаются повысить эффективность оборудования разными способами, в т. ч. установив экономайзер.
Что из себя представляет экономайзер для котла
Экономайзер котла (утилизатор теплового выхлопа) – это теплообменный агрегат, который повышает КПД устройства за счёт уже отработанной энергии.
Так выглядит стандартный простой экономайзер.
Фактически он принимает на себя тепло отводных продуктов горения (дымовых газов), которое выделяется в процессе работы практически любого котла (в т. ч. твёрдотопливного и газового), аккумулирует его и направляет изначальному теплоносителю для дополнительного полезного использования.
Так выглядит простой экономайзер для бытового котла
Что это такое и для чего нужен
По сути, экономайзер является опциональной деталью для котла, которая добавляет возможность предварительного нагрева теплоносителя без использования основной (высвобождаемой при сгорании топлива) тепловой энергии оборудования, что помогает максимально оптимизировать его работу:
Таким образом, в связке с автономными котлами большой мощности стоимость экономайзера окупается уже через 2–3 года постоянного использования.
Конструкция и принцип работы
В базовом исполнении устройство экономайзера представляет собой многоступенчатую систему трубок змеевидной или зигзагообразной формы. Эти трубки объединяются по несколько секций (общей конфигурации) в один блок, который в целях безопасности обшивается теплоизоляционным каркасом.
В нижней части конструкции находится впускная труба для подачи воды, а сверху – выпускная труба для забора теплоносителя. Также, непосредственно перед впускной линией монтируется предохранительный клапан : его главное назначение – защита мест соединения труб от резких скачков давления (гидроудара).
Выхлопные газы отдают тепло экономайзеру, встроенному в систему выхлопа.
Принцип работы экономайзера заключается в создании противоточной схемы движения нагреваемого элемента и уходящих дымовых газов: вода принудительно (насосом) нагнетается и последовательно идёт вверх, а продукты сгорания, наоборот, направляются вниз, что обеспечивает лучший теплообмен.
Виды экономайзеров
Процесс взаимодействия с теплоносителем, отличающий разные модели экономайзеров, позволяет отсортировать их по 2 основным направлениям:
В зависимости от температуры внутренней среды экономайзер может быть как средством дополнительного подогрева, так и полноценным нагревателем:
Эти агрегаты требуют разного функционального обеспечения: так, например, «некипящий» тип обязательно дополняется коллекторами, термометрами, реле управления, манометрами и другими подобными устройствами, а «кипящий» – сгонными и обводными линиями, освобождающими пути выхода в барабан котла.
Также экономайзеры классифицируются по материалу изготовления труб, которым определяется их возможность работы с высокими температурами:
С целью повышения тепловосприятия и большей компактности предусмотрено также совершенствование конструкции стального экономайзера:
Эти виды имеют свои преимущества: при одинаковом расходе металла и энергии на тягу трапециевидная поверхность нагрева уже округлой на 25–30 %, что в целом позволяет уменьшить габариты и вес экономайзера на 40–50 %, а кроме того полосовая сталь дешевле трубной, т. е. финансовая экономия очевидна.
Инструкция по изготовлению водяного экономайзера для парового котла
Если под рукой есть набор нержавеющих труб, устройство для их сгибания и сварочный аппарат, то можно попробовать самостоятельно произвести расчёт всех параметров и изготовить простой водяной экономайзер парового котла своими руками.
Ориентироваться можно на чертёж типовой конструкции стального агрегата.
Схемы конструкции
Типовые конструкции экономайзеров набираются из гладкотрубных змеевиков длиной 1820 мм, диаметром 28×30 мм и радиусом гиба 50 мм. Сами места гибов отклоняются в угол на 5°, что позволяет разместить рядом несколько змеевиков и создать более высокоплотный пучок с шагами S1=70 и S2=50 мм. На фото ниже представлены стандартные подробные чертежи.
Схема экономайзера с двумя размещёнными в единой плоскости змеевиками. 
Схема экономайзера с тремя размещёнными в единой плоскости змеевиками.
Рекомендации по сборке
Компоновку домашнего водяного экономайзера рекомендуется проводить по 3–8 труб в одном ряду, при этом в каждый объединённый пакет оптимально включать только по 8–10 рядов, а их высота не должна составлять более 100 см для тесного размещения и 150 см для относительно редкого размещения труб.
Между пакетами предусматриваются лазы по 550–600 мм, что облегчает осмотр и ремонт экономайзера. Кроме того нужно рассчитывать сборку так, чтобы обдувочному аппарату не пришлось охватывать более 4 труб в горизонтальном ряду и более 8 самих рядов – это обеспечит хорошую очистку поверхности нагрева.
Монтаж и подключение к котлу
Наиболее компактные бытовые экономайзеры можно монтировать на весу, в остальных же случаях конструкцию монтируют на пол. При покупке экономайзера завод-изготовитель сам формирует блоки и уже в таком виде поставляет, поэтому в этом случае можно сразу приступать к монтажу:
Газовый короб с предохранительным клапаном приобретается отдельно.
Перед вводом в эксплуатацию обязательно осматриваются все швы и соединения, а также проводятся гидравлические испытания. Если обнаруживается несовпадение отверстий под болты у трубы и калача, то необходимо поднять секцию до нужного уровня и при помощи прокладок закрепить в этом положении.
При установке параллельных коллекторов с 2 или 3 подводами нужно устанавливать (с обеих сторон) стальные конусные и паронитовые прокладки.
Экономайзер, как и другие хвостовые поверхности котла, желательно крепить сзади – в самом конце газового тракта (за 3–5 м до стены). Но если ввиду ограниченности пространства это сделать не получается, то можно сместить его на одну из боковых сторон (при выборе свободного направления отвода газов).
Обслуживание и ремонт
Конструкция экономайзера довольно примитивная, поэтому в нём просто нечему ломаться. Главная опасность – нарушение герметичности системы, при котором перестаёт поддерживаться необходимый для работы уровень давления и может появиться течь. Эта проблема решается путём заделывания дыр сваркой.
Способы очистки экономайзера
Внешняя очистка агрегата осуществляется обдувочным аппаратом, а для внутренней очистки был изобретён специальный способ – «продувка водой»:
Использование продувочной воды повышает экономичность и надежность оборудования, а также снижает риск образования сернокислотной коррозии.
В заключении стоит отметить, что экономайзер водогрейного котла – это, конечно, сравнительно новое в бытовом плане устройство, но, как показывает опыт промышленного использования, именно концепция его развития является наиболее перспективой для повышения прямой теплоотдачи даже небольших котлов.
Работа экономайзера
Приблизительное время чтения: 5 минут
Содержание:
Уменьшение затрат, связанных с энергоресурсами, увеличение сроков эксплуатации, максимальная простота в обслуживании, внедрение новых технологий, одинаково важно для крупных и малых предприятий, а также для конечного пользователя.
Назначение экономайзера котла
Это устройство позволяет получить существенную экономию топлива, которое затрачивается для нагрева воды (иногда с целью получения пара), используемой для отопления, и предусматривает использование энергии отходящих газов, которая до его внедрения не использовалась.
Паровой и водогрейный котёл являются результатом современного развития котельных агрегатов.
В самом начале своего появления котёл являлся примитивным устройством.
Не существовало технологии отвода пара и был не изучен принцип подъема КПД за счет увеличения поверхности нагрева в топке.
Позже, к котельному агрегату были добавлены пароперегреватель, экономайзер, воздухоподогреватель и другие элементы.
Принцип подогрева основан на прохождении по трубам газов из топки.
Трубы имеют змеевидное или шахматное расположение с целью увеличения теплообмена. На электростанциях принцип работы котла аналогичный, с тем отличием, что забор пара происходит за счет мощной паровой турбинной установки.
Применение паровой турбины увеличивает КПД на 10-15 %.
Продукты сгорания, а именно: мазут, уголь, природный газ, имеют различную влажность. Это связано с содержанием в них таких элементов, как углекислый газ и серная кислота.
И в зависимости от этого параметра, разное количество газов выделяется в процессе сгорания. Эти газы и использует экономайзер для повторного применения, тем самым уменьшая их выброс в атмосферу и повышая КПД всей системы.
Что такое экономайзер в котельной?
Итак, что такое экономайзер в котельной? В зависимости от принципа действия, материала, степени подогрева воды и условиям компоновки, типа нагрева поверхности устройства делятся на:
Все виды имеют множество различных исполнений, что связано с технологией их применения, а также со свойствами материала, который позволит взаимодействовать с паром и учитывать поведение различных сред.
Экономайзеры представляют собой змеевидные оребренные трубы, которые имеют фланцы, необходимые для соединения с другими трубами с помощью стальных калачей, впускной и выпускной коллектор, опору, на которой стоит вся конструкция, датчики уровня воды, предохранительные клапаны и вентили, термометр, манометр, вентили и клапаны.
Устройство разбивается на пакеты высотой до 1 м. Расстояния между пакетами 55 – 60 см.
Принцип работы и особенности применения
Поверхностные экономайзеры. Самый простой вид. Они имеют ограничения по температуре применения и малый КПД.
Контактные – применяются для обеспечения водоснабжения в местах общественного пользования, банях, прачечных. Они устанавливаются в дополнение к поверхностным устройствам. Для их работы монтируются промежуточные теплообменники.
Поверхностные – бывают питательные и теплофикационные. В первом случае вода нагревается сначала для самих котлов, во втором – сразу для систем отопления. Теплофикационный расходует больше воды, чем поверхностный.
Чугунные экономайзеры характеризуются долговечностью и стойкостью к различным видам разрушений (механическим, химическим).
Однако, давление в трубах не должно превышать 2,4 МПа, следовательно, не могут быть «кипящими». Имеются также и некоторые другие особенности при проектировании этого вида устройств.
Их недостатками являются: низкая теплопередача, большие размеры, по сравнению с другими видами (сказывается на габаритах самой конструкции, затратах при производстве и установке); несмотря на свою устойчивость к механическим повреждениям, имеют малую защищенность к гидравлическим ударам; сложность в обслуживании, которая характеризуется быстрым загрязнением сажей и золой, что также ухудшает экономические и тепловые показатели.
Чугунные экономайзеры получили широкое распространение из-за своей практичности и долговечности, но на данный момент вытесняются из производства стальными с большим диапазоном применения.
Стальные системы применяются в котлах, работающих на газообразном топливе, где избыточное давление пара превышает 23 кгс/см?.
Существуют определенные требования к температуре воды на входном коллекторе такого устройства, она не должна быть ниже определенного значения. Для каждого вида топлива это разное значение.
Кипящие: в них питательная вода, примерно, на 20% превращается в пар. Из-за большого давления пара, кипящие экономайзеры в большей степени подвержены коррозии, поэтому скорость воды в трубах такого устройства должна быть не меньше 1 м/с.
Некипящие не выдерживают высокого давления, пар из системы отводится. В остальном, они не имеют существенных отличий от кипящих.
Принцип работы экономайзеров имеет ряд особенностей в зависимости от вида устройства и условий эксплуатации, которые необходимо знать при проектировании и выполнении расчетов.
В настоящее время выполняются технические и технологические работы по усовершенствованию экономайзеров для котлов.
Спектр исполнения устройств очень велик, а их практическое применение обеспечивает ряд неотъемлемых преимуществ, таких как: увеличение КПД, экологическую безопасность окружающей среды, снижение степени эмиссии вредных газов в атмосферу.
Экономайзеры паровых и водогрейных котлов
Опубликовано: 28 февраля 2011 г.
В. Котлер, к. т. н., В. Янкелевич
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.
Экономайзер котла — назначение, суть работы, и как установить его самостоятельно
Сегодня всё чаще обогрев частных домов производится автономной системой отопления. Для повышения КПД работы таких систем, рекомендовано устанавливать экономайзер котла.
Мы расскажем — что это за прибор, как он устроен, и как работает. А так же, как произвести его подключение своими руками.
Описание конструкции
Экономайзер котла это теплообменник, его предназначение — нагревать воду теплом отходящих газов, перед подачей в магистраль. Цель аппарата — повысить эффективность отопительной системы, и снизить потребление энергоносителя.
Конструкция экономайзера состоит из:
Дополнительно устройство укомплектовано измерительными приборами, которые контролируют рабочие параметры и оповещают, при отклонении от нормы. К ним относится: датчик, манометр и т. д.
Виды экономайзеров
Существуют разные виды экономайзеров котлов отопления. Эти устройства отличаются материалом, принципом действия, типом нагрева и компоновкой.
«Кипящие» и «некипящие»
По температуре нагрева бывают:
Чугунные и стальные
Изделия из чугуна и стали подходят практически для всех видов котлов, в том числе для больших промышленных:
Стальные приборы бывают:
Важно! Если водяной экономайзер из нержавеющей стали, то это продлевает срок службы прибора, так как он не подвержен коррозии. Но цена его дороже чугунного или стального.
Выпускаются также теплообменники из цветного металла. Используется такой экономайзер для бытового котла, так как он компактен и эффективен.
Контактные и поверхностные
По взаимодействию с теплоносителем бывают:
Плюсы и минусы
Основные положительные стороны аппарата:
Кроме того, предварительный нагрев воды производится без применения основной теплоэнергии.
Недостаток экономайзеров для котлов — большой размер, поэтому требуется много места для установки.
Принцип работы
Принцип работы устройства схож с работой водяного или парового котельного оборудования — нагревает воду в замкнутом контуре. Отличие в том, что, нагрев воды в данном агрегате осуществляется продуктами горения, которые идут из дымохода.
Задача экономайзера для парового котла или водогрейного — создать противоточное движение теплоносителя и выходящего газа из дымохода. Вода принудительно, под действием насоса, направляется вверх по трубам, а продукты горения вниз по межтрубным проходам, что создаёт эффективный обмен теплом.
Газ, выходящий из дымовой коробки, поступает в полость теплообменника. Через газовый тракт, он стекает в камеру, где находится змеевик. Он омывается газом, который отдаёт своё тепло стенка змеевика. А те передают его теплоносителю, движущемуся по трубам.
Монтаж устройства
Экономайзер монтируется в основном на полу, исключение — компактные бытовые приборы, которые могут устанавливаться на стене.
Установка заводского агрегата состоит из следующих этапов:
Перед вводом конструкции в эксплуатацию необходимо проверить все соединения, а затем провести гидроиспытание.
Обслуживание и ремонт оборудования
Экономайзер парового котла, как и водяного по конструкции простой, в нём практически ничего не ломается. Возможно только нарушение герметичности, что вызывает изменение давления и появление течи. Поэтому, необходимо делать периодический осмотр устройства на целостность, а также проверку работы датчиков. Если обнаружена течь, то это проблема легко решаема — надо заделать дырки сваркой.
В видео рассказывается как почистить экономайзер
Кроме того, требуется проводить внешнею и внутреннею чистку прибора. Для чистки снаружи используется обдувочное устройство. А для очищения изнутри применяется метод продувки водой:
Проблемы с экономайзерами паровых котлов
Есть существенный недостаток у экономайзеров для паровых котлов с низким давлением — выпадение конденсата. При разогреве пара выше допустимого уровня, увеличивается давление и возникает риск разрушения теплообменника.
Поэтому, чтобы агрегат и паровой котёл работали синхронизированно, обязательно необходимо обустроить систему безопасности и контроля.
Как изготовить устройство самостоятельно
Если у вас есть нержавеющие трубы и аппарат для сварки, то можно смастерить самим водяной экономайзер парового котла — это несложно.
В видео представлена модель самодельного экономайзера
Порядок работ следующий:
Такие устройства подойдут для использования в бытовых отопительных системах, так как там показатели давления и температуры не очень высокие.
Коротко о главном
Монтаж агрегата несложен, в обслуживании он также не прихотлив. По конструкции прибор простой, поэтому практически не ломается, единственная проблема может возникнуть при разгерметизации устройства. Но это быстро решить — заварив место течи. Основной минус — большой размер аппарата.
Как вы думаете, экономайзер для котла способен обеспечить экономию теплоресурса, а в конечном итоге и денежных средств?