Для чего нужен водяной экономайзер в 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.

Источник

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.

Источник

Экономайзеры паровых котлов

За единицу паровой котельной установки принято считать установленное оборудование:

габаритов котельной установки;

— система воздуховодов первичного и вторичного воздуха;

— система подачи воздуха по зонам котла;

— система газоходов котла.

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

Содержание

Виды экономайзеров

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Устройство и принцип работы

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

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

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

Подготовка к работе.

Блочный экономайзер поставляется собранным в отдельные транспортабельные блоки.

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

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

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

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

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

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

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

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

Чугунный экономайзер.

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

Типы экономайзеров

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

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

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

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

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

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

Порядок работы и техническое обслуживание.

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

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

См также

Список использованных источников:

2) Паровые котлы.Конспект лекций. Бойко Е.А. 2005 г.

Источник