Экономайзеры паровых котлов | Наука | Fandom

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.

Что такое экономайзер

Экономайзер — устройство для подогрева питательной воды уходящими из котла продуктами сгорания с целью дополнительного использования тепла сожженного топлива.

Экономайзер снижает потребление топлива паровым котлом за счет передачи тепла от уходящих дымовых газов питательной воде котла. Уходящие газы часто выводятся в атмосферу при температуре на 40°С – 60°С выше температуры вырабатываемого пара.

Как правило, КПД котла можно повысить примерно на 1% при снижении температуры уходящих газов на каждые 5°С. Обычно благодаря утилизации отработанного тепла подогреватель питательной воды снижает расход топлива на 5-10% и окупается менее чем за 2 года.

В таблице ниже приводятся примеры потенциальных значений утилизируемого тепла в зависимости от теплопроизводительности и температуры уходящих дымовых газов.

Указанные в Таблице данные приведены при следующих условиях:— топливо — природный газ,— избыток воздуха 15%,— конечная температура в дымовой трубе 120˚С.

А теперь считаем

Котел с КПД 80%, работающий на природном газе, вырабатывает 20 т/ч пара при давлении 10 бари. Конденсат возвращается в котел и смешивается с питательной водой так, чтобы температура питательной воды после смешения стала равна 47°С.

Измеренная температура уходящих дымовых газов составляет 260°С. Определим ежегодную экономию, которая будет достигнута при установке экономайзера, при условии, что котел работает 8400 ч в год, а стоимость топливного газа в нашем примере составляет 4,6 руб. за 1 нм3.

Исходя из удельной теплоты сгорания природного газа 33500 кДж/нм3 (или 33500/3600 х 10-3 = 0,0093 МВт*ч/нм3), стоимость 1 МВт*ч, полученного при его сгорании составляет: 4,6 руб./ 0,0093 МВт*ч = 494,6 руб.

Из таблиц водяного пара получаем следующие значения энтальпии:

Для насыщенного пара при давлении 10 бари: 2781,7 кДж/кг,

Для питательной воды при температуре 47 °С: 197 кДж/кг,

Теплопроизводительность котла = 20000 кг/ч x (2781,7 – 196,9) кДж/кг = 51 696 000 кДж/ч = 14,4 МВт*ч.

Количество доступного для утилизации тепла, которое можно получить при температуре выхлопных газов 260°С и мощности котла, работающего на природном газе, равной 14,4 МВт*ч, исходя из приведенной выше таблицы, составит примерно 1,3 МВт*ч.

Ежегодная экономия = (1,3 МВт*ч x 494,6 руб./МВт*ч x 8 400 ч)/0,8 = 6 751,3 тыс. руб./год.

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.

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.

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.

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.

Как сделать своими руками

Со сбором и подключением конструкции проблем возникнуть не должно. Но будет ли она действительно приносить пользу или все усилия пойдут насмарку вопрос сложный. При неправильном расчете можно не только не добиться положительного эффекта, но и испортить всю систему отопления.

В бытовых условиях чаще всего народные умельцы пробуют создать экономайзер для газового котла. Именно приборы подобного действия наиболее распространены, поэтому и экспериментируют в основном на них. Но если агрегат оснащен современной горелкой с продвинутым контролем пламени, то уровень сжигания топлива находится на высоком показателе, а количество выбросов в атмосферу сильно снижается. Так что добиться сколь-нибудь значимого эффекта от установки дополнительной аппаратуры будет невозможно.

Из конструкции ясно, что в агрегате попросту нечему ломаться. Единственно возможная неисправность – это нарушение герметичности системы. В этом случае ремонт экономайзера котла будет состоять в применении сварки для заделывания дыр, которые не позволяют эксплуатировать устройство ввиду невозможности поддержания рабочего давления и вытекания горячей воды из труб.

В зависимости от размеров цена экономайзера для котла колеблется в районе 20-100 тысяч рублей. При оформлении индивидуального заказа стоимость оговаривается отдельно.

Конструктивные особенности

• 1.    Основу составляют стальные трубы из нержавейки, согнутые в змеевики и объединенные в пакеты с определенным количеством секций в каждой зоне.
• 2.    Расположение выбирается исключительно шахматное, потому что коридорная компоновка нецелесообразна с точки зрения законов физики и свойств теплообмена.
• 3.    В системе присутствует труба для подачи воды и такая же труба для ее забора. При этом бывают кипящие и некипящие экономайзеры, которые различаются максимально допустимой температурой внутренней среды и допустимостью конденсации теплоносителя в рабочем пространстве. Если интересуют более подробные отличия, можно посмотреть различные фото экономайзеров в интернете.
• 4.    В дополнение монтируются различные контрольные приборы, которые в режиме реального времени будут отслеживать все рабочие параметры и своевременно оповещать о любых зашкаливаниях показателей за пределы установленной нормы.

При установке дополнительного оборудования нужно внимательно изучить особенности каждой системы, чтобы проведенная модификация не привела к невозможности ее функционирования. Например, экономайзер котла ДКВР 10-13 должен подключаться по особой схеме, иначе оборудование не сможет в полном объеме выполнять свои непосредственные функции. Расчетом должны заниматься квалифицированные специалисты, которые хорошо разбираются в специфике операций подобного рода.

Водяной экономайзер парового котла выпускается на нескольких отечественных заводах. Клиент может, как купить уже готовое изделие, так и заказать агрегат по индивидуальным чертежам. Это приведет к значительному увеличению КПД, что в промышленных масштабах играет важную роль, так как уменьшает себестоимость товара или услуги.

Назначение экономайзера

Такое строение позволяет замедлить скорость выхождения газов, в результате чего они успевают отдать всю свою тепловую энергию и выбрасываются в атмосферу уже в полностью отработанном виде.

Подобные агрегаты активно применяются в котельных, а вот в бытовой жизни их практически не используют. Тут все дело в масштабах, так как, например, в случае с твердотопливными котлами можно предварительно подогревать воду до 270 градусов Цельсия, используя только энергию отработанных газов.

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.

Подготовка к работе.

Блочный экономайзер поставляется собранным в отдельные транспортабельные блоки.

Монтаж экономайзера сводится к установке его на фундамент, соединению отдельных блоков между собой по воде калачами, сварке каркасов и приварке импульсных камер к патрубкам, изготовлению и установке подводящего газового короба с взрывными предохранительными клапанами, подключению его к питательным трубопроводам котла. Монтаж системы импульсной очистки – в соответствии с проектом котельной и паспортом.

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.

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.

Обслуживание экономайзера производится оператором, обслуживающим котел. Поверхность нагрева экономайзера необходимо периодически очищать, включая в работу систему газоимпульсной очистки. Рекомендуется включать ГИО один раз в смену на 10 срабатываний с паузой длительностью 4-5 с. Максимальное время одного срабатывания – 0,002 с.

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

Применение экономайзеров

Экономайзер для подогрева питательной воды целесообразно использовать, когда площадь поверхности нагрева в котле недостаточно велика, чтобы максимально эффективно использовать теплоту сгорания топлива. Котлы, мощность которых превышает 1МВт, работающие при давлении более 5 бари и с наибольшей рабочей нагрузкой в течение всего года, идеально подходят для установки экономайзера.

Руководство к действию

Рассчитайте экономический эффект от установки в вашем котле экономайзера или воздухоподогревателя с помощью приведенной выше формулы, используя технические параметры вашего предприятия и тарифы своего региона.

Пределы температуры уходящих газов

Минимальная температура, до которой можно охлаждать уходящие газы, зависит от типа используемого топлива: для природного газа она составляет 120°С, для угля и жидкого горючего с низким содержанием серы — 150°С, а для жидкого топлива с высоким содержанием серы — 180°С.

См также

Ремонт экономайзера

Список использованных источников:

1) А.П. Ковалев, Н.С. Лелеев, Т.В. Виленский , «Парогенераторы»

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

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.

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.

В блочных чугунных экономайзерах котлов 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 располагается 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 размещаются взрывные предохранительные клапаны.

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.

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.

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

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.