Экономайзер котла что это. Что такое экономайзер, как он работает и для чего нужен

Поэтому экономайзер обязан обеспечивать подогрев пара до температуры, указанной в технологической документации. Это требует от устройства одновременно поддерживать как нужный уровень подогрева, так и отсутствие конденсата. Для достижения этой цели необходима установка дополнительных систем контроля и безопасности, чтобы гарантировать эффективную и безопасную эксплуатацию оборудования.

Что такое экономайзер, как он работает и для чего нужен

Экономайзер котла является устройством, позволяющим существенно сократить расход топлива за счет использования тепла, которое выделяется при сжигании топлива. Он использует отходящие газы от котла, чтобы передать свою тепловую энергию воде, которая затем возвращается в котел для дальнейшего нагрева. Чем выше температура воды и ниже температура отходящих газов, тем больше коэффициент полезного действия (КПД) данного устройства.

Что такое экономайзер? Это теплообменное устройство, которое повышает эффективность работы котла за счет утилизации уже использованной энергии.

Функция экономайзера может быть охарактеризована как переработка теплового выхлопа: он поглощает тепло, выделяющееся при сгорании топлива, и передает его обратно в систему теплоносителя для повторного использования. Это помогает улучшить общую эффективность котельного оборудования, включая газовые и электрические котлы.

Зачем нужен экономайзер

При рассмотрении вопроса о том, что такое экономайзер и зачем он нужен в котле, следует отметить, что этот прибор является дополнительным элементом, позволяющим осуществлять предварительный прогрев теплоносителя без использования основного источника энергии, вырабатываемой в процессе сгорания. Это в свою очередь позволяет минимизировать затраты на эксплуатацию оборудования.

Основные функции экономайзера:

Снижение финансовых затрат на отопление. Экономия на расходах на энергии (на 5-19%) за счет снижения потребления ресурсов может значительно сэкономить средства.
Увеличение срока службы котельного оборудования. Быстрый прогрев и поддержание стабильной температуры помогают избежать опасных температурных колебаний, которые могут негативно сказаться на работе агрегата.
Снижение уровня загрязнения окружающей среды. Предотвращая выброс угарных газов в атмосферу, экономайзер способствует поддержанию экологической чистоты.

При работе автономной котельной системы повышенной мощности расходы на экономайзер могут окупиться всего через несколько лет регулярного использования.

Принцип работы и конструктивные особенности экономайзеров

Экономайзер обычно представляет собой многоступенчатую систему труб с зигзагообразным или змеевидным расположением. Все трубки соединены в общий блок, который защищен теплоизоляцией, что обеспечивает безопасное функционирование устройства.

Снизу системы располагается впускная труба для подачи теплоносителя, а сверху — выпускная труба для его отведения. Перед впуском также устанавливается предохранительный клапан, основной задачей которого является защита секций трубопровода от резких изменений давления (гидравлического удара).

Принцип работы экономайзера основан на организации противотока, где обогреваемый теплоноситель движется вверх, а дымовые газы — вниз. Такой подход значительно повышает теплообмен и КПД котла, так как холодная вода, подаваемая насосами, встречается с горячими газами, что обеспечивает более эффективное использование тепла.

Разновидности экономайзеров

Экономайзеры можно классифицировать по принципу контакта с теплоносителем, что позволяет разделить их на два основных типа:

Контактные экономайзеры осуществляют нагрев теплоносителя за счет прямого контакта с горячими дымовыми газами. Это обеспечивает деаэрацию и возможность использования нагретой воды для различных нужд, включая технические.
Поверхностные экономайзеры нагревают жидкость до ее поступления в котельное оборудование, рассчитывая на передачу тепловой энергии через стенки труб.

В зависимости от температуры теплоносителя такой прибор может выступать как дополнительный обогреватель или как полноценный обогреватель.

Существуют также различия в типах экономайзеров:

Некипящие экономайзеры способны выдерживать температуру теплоносителя на 7-9 градусов выше точки конденсации дымовых газов, а также на выходе — на 45-55 градусов ниже точки кипения для групповых установок и на 25-35 градусов для индивидуальных;
Кипящие экономайзеры могут доводить температуру жидкости на выходе до точки кипения, при этом происходит частичное образование пара (20-30%).

Изложенные экономайзеры требуют наличия различных комплектующих. Например, некипящие устройства обычно оснащаются термостатами, манометрами, коллекторами, реле управления и другими элементами. В свою очередь, кипящие экономайзеры требуют обводных систем, направляющих поток жидкости в барабан котла.

Кроме того, экономайзеры классифицируются в зависимости от используемого материала для изготовления труб, что в значительной степени определяет их устойчивость к высокими температурам.

Категории по материалу изготовления:

Чугунные. Эти экономайзеры обладают высокой стойкостью к химическому и физическому воздействию, но могут использоваться только в котлах, где давление не превышает 24 Па. Их конструкция обычно не позволяет кипения, так как это может привести к разрушению устройства. В них используются ребристые трубки диаметром 6-8 см, расположенные в одну или две колонки.

Стальные. Эти экономайзеры подходят для котлов с любым уровнем давления. Они могут быть как некипящими, так и кипящими. Изготавливаются из рифленых труб диаметром 2-4 см, размещаемых, как правило, в шахматном порядке (в редких случаях — линейно). Однако следует учитывать, что стальные экономайзеры подвержены коррозии.

Виды экономайзеров

Водяные экономайзеры – это устройства, предназначенные для нагрева воды или воздуха в котельной установке за счет использования тепла отходящих газов, которые двигаются сверху вниз, тогда как вода движется снизу вверх. Экономайзеры повышают КПД котельной установки. Они применяются для нагрева питательной воды в паровых котлах и для систем теплоснабжения. При этом экономайзеры могут быть выполнены как из гладких, так и из ребристых чугунных труб; для высоких температур и давлений – из стальных гладких труб.

Существует деление на поверхностные и контактные экономайзеры. Поверхностные, в свою очередь, делятся на питательные (для нагрева воды, поступающей в котлы) и теплофикационные (для отопительных систем).

По материалу изготовления различают чугунные и стальные экономайзеры. К основным характеристикам оборудования относятся схема подключения и степень нагрева воды – экономайзеры кипящего и некипящего типа, а также групповые и индивидуальные установки.

Контактные водяные экономайзеры используются для нагрева воды в системах горячего водоснабжения как бытового, так и технологического назначения. Использование тепла, получаемого в контактных экономайзерах (в частности, для бытового горячего водоснабжения), возможно при наличии промежуточных теплообменников. Контактные экономайзеры монтируются непосредственно за котлами или после поверхностных.

Чугунные экономайзеры предназначены для нагрева питательной воды паровых котлов, а также для теплоснабжения с рабочим давлением до 2,4 МПа. Они состоят из чугунных ребристых труб длиной 2-3 метра, соединенных между собой чугунными коленами. Данные устройства могут поставляться в разбросанном виде или в сборе. Некоторые горизонтальные ряды труб (до восьми) образуют группы, которые затем собираются в колонны, разделенные металлическими перегородками. Группы компонентов объединены в каркасы, обладающие теплоизоляционной обшивкой. Торцы таких экономайзеров закрыты съемными металлическими щитами. Они также оборудованы стационарными обдувочными устройствами, которые встроены в блоки. Количество горизонтальных рядов, которые могут обдуваться одним устройством, не должно превышать четырех.

Основным преимуществом чугунных экономайзеров является высокая стойкость к химическим и механическим повреждениям. Использование чугуна значительно увеличивает срок службы оборудования по сравнению со стальными экономайзерами. Чугунные экономайзеры производятся исключительно в некипящем исполнении, при этом температура на входе в устройство должна быть на 5-10 °C выше точки росы газов, а на выходе — на 40 °C ниже температуры насыщенного пара соответствующего давления в котле.

Стальные экономайзеры применяются для котлов с давлением пара более 23 кгс/см² и состоят из нескольких секций змеевиков, изготовленных из труб определенной длины и радиуса гиба. Длина змеевиков стальных конструкций составляет 1820 мм. При этом отдельные пакеты змеевиков не должны превышать 25 рядов и 1,5 метра высоты. Между пакетами предусмотрены зазоры для монтажных обдувочных устройств.

Стальные экономайзеры могут быть как некипящими, так и кипящими. В экономайзерах кипящего типа допускается испарение и частичное вскипание (до 25%) теплоносителя. Эти устройства не отделяются от барабана котла сливаемыми запорными устройствами. При сжигании газа температура на входе в стальной экономайзер не должна быть ниже 65 °C.

Устройство и принцип работы экономайзера

Поверхность нагрева экономайзера состоит из труб с дополнительным продольным оребрением. Трубы соединяются между собой по водным потокам дугами и объединяются в отдельные пакеты. Устанавливаются пакеты труб в каркас с промежутками в 650 мм и соединяются калачами.

В пазах фланцев ребристых труб прокладывается асбестовый шнур для предотвращения застоя газа. Боковые стенки каркаса оборудованы внутренними и наружными металлическими обшивками с теплоизоляцией из аналогичных альтернативных материалов типа совелитовых плит. Торцевые стороны экономайзера закрыты щитами с крышками, которые установлены на прокладках при помощи болтов. Сплошные сварные швы обшивки и крышек обеспечивают газовую плотность устройства. Подача воды к экономайзеру осуществляется через коллекторы.

Установка экономайзера

Процесс установки экономайзера зависит от его размеров и массы. Если устройство небольшое, его можно монтировать на подвесных системах. Габаритные модели дешевле устанавливаются на пол, и выбрать тип установки нельзя ошибочно, поскольку покупатель получает заранее подготовленные блоки для определенного способа монтажа.

Чугунные версии поступают с котельными блоками или в разобранном виде. Горизонтальные ряды труб (до восьми) формируются в группы, из которых затем собираются колонны, разделяемые металлическими перегородками. Блоки помещаются в каркас с теплоизоляцией по стенам.

Монтаж должен проводиться в соответствии с инструкцией, прилагаемой к оборудованию. Работы выполняются специализированным персоналом с соответствующей квалификацией и допуском, необходимым для проведения монтажных и пуско-наладочных работ.

Газовый короб с предохранительным клапаном следует приобретать отдельно. Размеры этого устройства выбираются в соответствии с параметрами конкретного экономайзера.

Перед установкой нужно подготовить основание и проложить асбест (листы или шнуры). Фундамент должен выдерживать вес агрегата, предотвращать утечки газов и обеспечивать герметичность конструкции. Поверх проложенного асбеста по периметру приваривается стальная полоса, предназначенная для профилактики выдувания уплотнителей.

Сборка осуществляется, фиксируя блоки друг с другом по направлению водяного потока ключами. Корпус также крепится сваркой. Нижняя рама приваривается к закладным элементам, установленным от газо-импульсной очистки. Если проект подразумевает, по завершении установки короба, осуществляется подключение к системе импульсной очистки.

Перед первым запуском обязательно проводят визуальный осмотр всех соединений и швов. В обязательном порядке производятся гидравлические испытания оборудования.

Программа испытаний и уровень давления должны соответствовать нормативам, установленным для безопасной эксплуатации конкретного типа устройства.

Если отверстия под болты не совпадают, секции поднимаются на необходимый уровень и фиксируются с помощью прокладок. При установке параллельных коллекторов с несколькими подводами используются стальные конусообразные и паронитовые прокладки.

Экономайзеры крепятся с задней стороны (на конце газового тракта). Расстояние до стены должно быть не менее 3-5 метров. Если пространство ограничено, и невозможно соблюсти такое расстояние, прибор устанавливается сбоку.

Направление газових выбросов должно быть свободно и независимо.

Экономайзер в паровых котельных

Экономайзер в паровых котельных играет важную роль в снижении расходов на топливо. Он использует тепло уходящих газов из топки для нагрева воды, которая подается в котел. КПД экономайзера возрастает с увеличением температуры воды на входе и снижением температуры газов на выходе. При этом температура отходящих газов не должна опускаться ниже 55 °C, чтобы предотвратить образование конденсата в нижней части котла. Если не учитывать этот аспект, то конденсат может привести к выделению серной кислоты из дымовых газов, которая наносит ущерб металлическим поверхностям. Основными преимуществами экономайзера являются снижение выбросов угарных газов в атмосферу и сокращение потребления энергоресурсов до 18%. Однако недостатком таких устройств является их большой размер, что требует значительного пространства для установки.

Кипящие экономайзеры — температура воды на выходе достигает кипения, что приводит к частичному образованию пара;
Некипящие экономайзеры обеспечивают температуру воды на выходе на 5-10 °C выше уровня конденсации дымовых газов, что позволяет избежать выделения пара.

Экономайзеры также различаются по материалу:

Стальные — характеризуются устойчивостью к гидроударам, имеют гладкий змеевик, но подвержены коррозии;
Чугунные — устойчивы к агрессивным средам, но могут выдерживать давление лишь до 2,4 МПа.

По взаимодействию с теплоносителем устройства делятся на:

Поверхностные — нагрев воды происходит перед подачей в котел или систему отопления за счет передачи тепла от стен агрегата;
Контактные — нагрев воды происходит при взаимодействии с дымовыми газами.

Экономайзер газовой паровой котельной, используя повторное применение тепла газов, выделяемых в процессе сгорания угля, мазута или природного газа, не только снижает выброс вредных веществ в атмосферу, но и повышает общий КПД системы.

Принцип работы и обслуживание экономайзеров

При проектировании паровой котельной стоит учесть установку экономайзера, позволяющего сократить расход топлива. Принцип работы устройства аналогичен принципам водогрейных и паровых котлов — в замкнутом контуре происходит нагрев жидкости. Отличие заключается в том, что в обычном котле вода нагревается непосредственно от сгорания топлива, а в экономайзере теплоноситель нагревается за счет тепла, отходящего из топки.

Сервисное обслуживание экономайзера выполняется оператором, который также контролирует работу котла. Внешняя очистка агрегата проводится с использованием обдувочного устройства, а для чистки внутренних поверхностей применяется специальная процедура — продувка водой.

Процесс осуществляется следующим образом:

1. Подача горячей питательной воды в барабан котла приводит к образованию пара.

2. Продувочная вода подается по трубопроводу в обмывочный агрегат.

3. Продувочная вода подавляется на внутреннюю поверхность нагрева.

4. Очистка поверхности от отложений топлива.

Для обеспечения корректной работы экономайзера и парового котла рекомендуется организовать систему контроля и безопасности.

Проблемы с экономайзерами паровых котлов низкого давления

Общее решение для экономайзеров представляет сборка ребристых труб в пакеты на фланцах с калачами. Время от времени необходимо проводить ремонт уплотнений.
Одной из распространенных проблем для таких экономайзеров является недостаточная деаэрация питательной воды. Наличие растворенного кислорода в воде вызывает интенсивную коррозию внутренних стенок труб. В первую очередь это касается стальных экономайзеров. Если не уверены в надежной работе деаэратора, разумнее использовать чугунные конструкции, которые менее подвержены внутренней коррозии.
Все описанные сложности в полной мере касаются и теплофикационных экономайзеров.

Природный газ считается одним из самых чистых видов топлива. Основная проблема заключается в возможности конденсации влаги из продуктов сгорания. Если температура наружной поверхности трубы достигает 57 °C и ниже, на ней начинает конденсироваться водяной пар. Поскольку сгорание природного газа приводит к образованию углекислоты и небольших количеств азотной кислоты, конденсат имеет кислую реакцию, что может составлять рН ниже 4,0.
Поэтому необходимо принимать меры для поддержания температуры на входе в экономайзер не ниже 60-70 °C. При отсутствии стабильной работы котла с такой температурой целесообразно рассмотреть установку чугунных экономайзеров.

При сжигании мазута

В промышленных и отопительных котлах обычно используется сернистый мазут с содержанием серы от 2 до 3,5%. Основная часть серы, содержащейся в топливе, окисляется в процессе сгорания до сернистого ангидрида (SO2), но небольшая доля превращается в серный ангидрид (SO3). При этом на наружной поверхности труб конденсируется серная кислота, которая может сильно повредить стальной экономайзер. Поэтому в случае использования сернистого мазута следует применяться только чугунные экономайзеры. Однако и чугунные устройства при длительной эксплуатации котлов на мазуте также могут подвергаться коррозии. Обычно это касается ребер труб, что приводит к снижению эффективности теплообмена и увеличению расхода топлива.

По вышеизложенным причинам в основном используются чугунные экономайзеры, так как они могут иметь большие размеры и требуют более тщательного обслуживания и ремонта по сравнению со стальными змеевиковыми.