Характеристики котельного оборудования совершенствуются в разных направлениях. Одни производители делают упор на расширение функциональности, другие осваивают новые системы управления, а третьи занимаются физической эргономикой. Но самым перспективным направлением считается оптимизация конструкции и процессов теплообмена. И в этом контексте особое значение имеет экономайзер. Что это такое? Это уже ставшая обязательной часть паровых котлов, которая позволяет экономить тепловую энергию, по сути, за счет вторичного использования. Впрочем, этот процесс следует рассмотреть подробнее.

Назначение и задачи экономайзера

Для начала стоит обратиться к системам пиролиза и котлам длительного горения. Их принцип работы базируется на вторичной переработке топлива, но цели ставит разные. В одном случае это повышение энергоэффективности котельного оборудования, а во втором - увеличение периода активности агрегата. В свою очередь экономайзеры котлов предназначены для оптимизации процессов теплообмена. В конечном итоге пользователь получает более экономный расход топливного материала при высокой теплоотдаче. Это может выражаться не напрямую, а, к примеру, в виде интенсивного образования пара. В более сложных когенерационных системах, где котлы связываются с электротехнической инфраструктурой, эффект экономайзера может быть отражен и в минимизации расходов электроэнергии. Но это касается в основном промышленного оборудования.

Принцип работы агрегата

В процессе работы любого котла на твердотопливных элементах выделяется дым. Он имеет высокую температуру, поэтому можно констатировать, что вместе с этими потоками удаляется и тепло. Чтобы напрасно не расходовать выработанную энергию, инженеры и предложили экономайзер. Что это такое в составе котла? Это функциональный блок, который в некотором роде аккумулирует энергию дыма, преобразуя ее в нагрев воды. То есть не сам блок выступает преобразователем дыма, а вода, которая в него заливается. Далее она поступает в специальные резервуары для полноценного нагрева. Циркуляция воды в котельных теплообменниках является обычным явлением, но в данном случае реализуется именно предварительный нагрев без использования основной тепловой энергии оборудования.

Конструкция экономайзера

В простейших исполнениях экономайзер представляется комплексом трубчатых элементов, проходя по которым, вода или пар нагревается. Причем трубы имеют не прямые, а извилистые змеевидные и зигзагообразные формы. Несколько труб формируют один пакет. В каждом пакете набор трубчатых элементов располагается по одной общей конфигурации. Также устройство экономайзера предусматривает наличие изоляционных плит и металлических перегородок, которые разделяют пакеты. Изоляция нужна для обеспечения безопасности в процессе работы теплообменника.

Присутствует в конструкции и предохранительный клапан, который устанавливается непосредственно перед входной линией. Данная заслонка предназначена для защиты от гидроудара. В некоторых моделях котел отопительный имеет и предохранительный клапан в верхней части экономайзера. С этой стороны наличие защиты обуславливается риском повышения давления, при котором вода должна выпускаться наружу.

Разновидности по материалу изготовления

В основном используются чугунные и стальные конструкции. Чугун хорош тем, что имеет прочную износостойкую структуру, которая способна выносить гидроудары и механические воздействия. Но в таком корпусе не может использоваться высокотемпературный экономайзер. Что это такое? Это модели теплообменников, которые предусматривают не просто предварительный подогрев, но и доведение воды до высоких температур. Чугун в таких условиях может лопнуть без возможности восстановления.

Стальные модели формируются трубами с диаметрами в среднем от 30 до 40 мм. Их устанавливают в шахматном порядке на едином каркасе, который наделяет всю конструкцию прочностью. На практике котел отопительный с интегрированным стальным экономайзером способен выдерживать повышенные температуры и немалое давление. Единственным недостатком стали является предрасположенность к коррозии. Поэтому для экономайзеров используются особые дорогостоящие марки сплавов.

Разновидности по типу рабочей среды

Уже упоминалось, что экономайзер может выступать и как средство дополнительного подогрева, и как полноценный нагреватель. Разделение между этими видами теплообменников проходит по точке кипения. Соответственно, в одном случае выпускаемый дым может доводить до кипения воду в экономайзере, а в другом - слегка подогревать. Но есть и разница в функциональном обеспечении. Даже в простом исполнении «не кипящий» водяной экономайзер оснащается коллекторами, манометрами, реле управления, термометрами и другими устройствами, позволяющими контролировать состояние оборудования. Однако «кипящий» экономайзер, кроме перечисленной измерительной и регулирующей арматуры, также дополняется сгонными и обводными линиями. Кроме того, на выходных каналах могут отсутствовать некоторые фитинги и клапаны. Связано это с тем, что кипящая вода должна иметь предельно свободные пути выхода в котельный барабан.

Заключение

По мере усложнения конструкции котла вводятся и новые требования по его защите от аварий. Тепловые перегрузки и высокое давление могут спровоцировать нарушения в трубопроводной инфраструктуре, что заставляет инженеров расширять перечень систем безопасности оборудования. Тем не менее энергоэффективность по-прежнему остается важным преимуществом экономайзера. Что это такое в реальных цифрах? В промышленных котельных станциях на этапе водоподготовки такие теплообменники способны доводить температуру воды до 250-270 °C. Разумеется, на бытовом уровне речь может идти о более скромных цифрах, а «кипящие» модели экономайзеров и вовсе требуют серьезного переоборудования агрегата. И все же концепция оптимизации теплового обмена считается наиболее перспективной, так как она обеспечивает прямой эффект повышения теплоотдачи.

Водяные экономайзеры КУ. Назначение, конструкция, виды

В экономайзере питательная вода перед подачей в котел подогревается дымовыми газами за счет исполь­зования теплоты продуктов сгорания топлива. Наряду с предвари­тельным подогревом возможно частичное испарение питательной воды, поступающей в барабан котла. В зависимости от температу­ры, до которой ведется подогрев воды, экономайзеры подразде­ляют на два типа - некипящие и кипящие. В некипящих эко­номайзерах по условиям надежности их работы подогрев воды ведут до температуры на 20 °С ниже температуры насыщенного па­ра в паровом котле или температуры кипения воды при имеющем­ся рабочем давлении в водогрейном котле. В кипящих эконо­майзерах происходит не только подогрев воды, но и частичное (до 15 мае. %) ее испарение.

Рисунок 4.19.1. Схема потолочного (а), конвективного (б) и ширмового (в) пароперегревателей в котле высоко­го давления

Для очистки поверхности нагрева водяные экономайзеры имеют обдувочные устройства.

В соответствии с требованиями Госгортехнадзора экономайзе­ры некипящего типа должны быть отключаемыми по водяному тракту и тракту продуктов сгорания (т. е. должны иметь обводные линии).

Устройство обводного газохода для отключения индивидуаль­ного водяного экономайзера по тракту продуктов сгорания 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. 4.19.2.

Рисунок. 4.19.2. Схема включения чугунного экономайзера:

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

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

Стальные экономайзеры (рис. 4.19.3, а) изготовляются из труб диаметром 28...38 мм, которые изгибают в змеевики 2, ввальцо-ванные или вваренные в коллекторы / 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 использу­ются дистанционные гребенки 4.

Схема включения кипящего стального экономайзера приведе­на на рис. 4.19.3, б. Такие экономайзеры выполняются неотключаемыми по водяному и дымовому трактам.

Рисунок 4.19.3. Стальной трубчатый экономайзер:

а - общий вид; б - схема включения кипящего экономайзера; / - 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; И - вентиль на линии рециркуляции; 12- запорный вентиль; 13 - обратный клапан; 14- пред­охранительный клапан

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, когда питательная вода в экономайзер не подается. На линии ре­циркуляции имеется вентиль, который открывается при рас­топке и отключении котла и закрывается при включении котла в паровую магистраль.

Для удобства очистки поверхности нагрева от наружных загряз­нений и его ремонта экономайзер разделяют на пакеты высотой до 1 м. Разрывы между пакетами составляют 550...600 мм. Змееви­ки водяного экономайзера располагают перпендикулярно и па­раллельно фронтальной стене котла. В первом случае (рис. 4.19.3, а) длина змеевиков невелика, что облегчает их крепление. Во втором случае (рис. 4.19.3, б) резко уменьшается число параллельно вклю­ченных змеевиков, но усложняется их крепление.

Водяные экономайзеры является неотъемлемой частью современного парогенератора. Экономайзер благодаря применению труб небольшого диаметра является недорогой и компактной поверхностью нагрева, в которой эффективно используется теплота уходящих газов. В связи с этим у современных парогенераторов водяной экономайзер воспринимает до 18 % общего количества теплоты, переданной через поверхности нагрева парогенератора,

В водяных экономайзерах в зависимости от вида топлива и КПД парогенератора при нагреве воды на 1 К продукты сгорания охлаждаются на 2-3 К. В зависимости от температуры, до которой вода подогревается в экономайзере, их делят на некипящие и кипящие. Некипящими называют экономайзеры, в которых по условиям надежности их работы подогрев воды производится до температуры на 40 К меньшей, чем температура насыщения в барабане парогенератора. В кипящих экономайзерах происходит не только подогрев воды, но и частичное ее испарение. Массовое содержание пара в смеси на выходе из кипящего экономайзера доходит до 15%, а иногда и более. Гидравлическое сопротивление водяного экономайзера по водяному тракту для парогенераторов среднего давления не должно превышать 8 % рабочего давления в барабане.

В зависимости от металла, из которого изготовляются водяные экономайзеры, их разделяют на чугунные и стальные. Чугунные водяные экономайзеры изготовляются для работы при давлении в барабане парогенератора до 2,4 МПа, а стальные могут применяться для любых давлений.

Чугунный водяной экономайзер состоит из ребристых чугунных труб. Труба выпускаемых в настоящее время экономайзеров конструкции ВТИ показана на рис. 8-4, а конструктивные данные труб различной длины приведены в 8-1.

Трубы соединяются между собой посредством калачей, как показано на рис. 8-5. Питательная вода последовательно проходит по всем трубам снизу вверх, что обеспечивает удаление воздуха из экономайзера. Продукты сгорания проходят через зазоры между ребрами труб.

На рис. 8-5 показан общий вид экономайзера, собранного из описанных чугунных труб. Число труб в ряду выбирается из условия получения скорости продуктов сгорания в экономайзере в пределах 6-9 м/с при поминальной паропроизводительности парогенератора. Число горизонтальных рядов в экономайзере выбирается из условия получения необходимой поверхности нагрева.

В чугунных, водяных экономайзерах недопустимо кипение воды, так как это приводит к гидравлическим ударам и разрушению экономайзера. Поэтому чугунные экономайзеры всегда работают как некипящие.

Продукты сгорания в экономайзере целесообразно направлять сверху вниз для создания противоточной схемы движения воды и газов, при которой обеспечиваются лучшие условия теплообмена и минимальная поверхность нагрева экономайзера. Компоновка поверхности нагрева чугунного водяного экономайзера может производиться в одну или две колонки. При компоновке не рекомендуется принимать к установке в одном ряду менее трех и более восьми труб. Для обеспечения удовлетворительной наружной очистки поверхности нагрева водяного экономайзера обдувочный аппарат не должен обслуживать более четырех труб в горизонтальном ряду и более восьми горизонтальных рядов. Через каждые восемь рядов следует предусматривать разрыв между трубами не менее 600 мм для установки обдувочного аппарата, осмотра и ремонта экономайзера.

Стальные экономайзеры изготовляются из труб диаметром от 28 до 38 мм, которые изгибаются в змеевики. Змеевики водяного экономайзера обычно размещают в опускном газоходе при поперечном омывании их продуктами сгорания. Расположение змеевиков чаще всего шахматное, но может быть и коридорное.

Коллекторы водяного экономайзера имеют круглую форму, л в промышленных котлах их обычно размещают за пределами газохода, укрепляя на опорах. Для разгрузки мест присоединения змеевиков к коллекторам от веса самих змеевиков, заполненных водой, их обычно подвешивают с помощью специальных подвесок к каркасу котла или опирают на каркас с помощью опорных стоек. Для сохранения шага змеевиками к опорным стойкам приваривают гребенки.

На рис. 8-6 показана компоновка стального водяного экономайзера. Питательная вода поступает в нижний коллектор, и, пройдя по параллельно включенным змеевикам, направляется в промежуточный коллектор экономайзера для выравнивания распределения воды по отдельным змеевикам. Установка промежуточных коллекторов особенно необходима, если в экономайзере происходит частичное парообразование, так как перемешивание должно производиться до начала парообразования. При этом недогрев воды на входе в кипящую часть поверхности нагрева экономайзера должен составлять не менее 40 К.

Для облегчения монтажа экономайзера отдельными блоками, удобства выполнения ремонтных работ и облегчения очистки поверхности нагрева от летучей золы поверхность разбивается на отдельные части (пакеты). Высота пакета не превышает 1,5 м при редком расположении труб и 1 м - при тесном. Между пакетами предусматриваются разрывы 600-800 мм.

В последние годы плавниковые трубы (см. рис. 5-26) находят применение не только для мембранных экранных поверхностей нагрева газоплотных котлов, но и для мембранных водяных экономайзеров. Мембранный водяной экономайзер, изготовленный Подольским машиностроительным заводом имени С. Орджоникидзе, был испытан на котле производительностью 75 т/ч при сжигании сланцев. Испытанный мембранный экономайзер состоял из 10 мембранных пакетов, изготовленных из плавниковых труб 32x6 мм (схема экономайзера показана на рис. 8-7). Как показали испытания и опыт эксплуатации, экономайзер работает надежно без термических деформаций мембранных пакетов (прогибов, выпучиваний).

Развивая конструкцию мембранных водяных экономайзеров, Подольский завод разработал мембранно-лепестковые водяные экономайзеры. Мембранно-лепестковая конструкция состоит из цельносварных мембранных панелей, на проставки которых поперек приварены частые и тонкие лепестки. В поперечном потоке газов лепестки омываются продольно, но, имея небольшую длину (равную ширине проставки), они работают как входные

элементы с высокой эффективностью и существенно улучшают коэффициент оребрения мембранной панели. При этом пара ле-пестков, располагающихся на проставке, по высоте не превышают диаметра труб и не приводят к увеличению габаритов экономайзера (в отличие от поперечного оребрения на трубах). Это создает компактность пучка и позволяет производить ремонт выемкой отдельного змеевика из пакета. Компактность в таких мембранно-лепестковых змеевиках приблизительно в 1,5-2 раза выше, чем поперечно оребренных. Мембранно-лепестковая поверхность нагрева, разработанная Подольским заводом, не имеет подобных аналогов за рубежом.

При сжигании газообразного топлива для конденсации водяных паров из продуктов сгорания (используется теплота, выделяющаяся при конденсации водяных паров) применяют контактные экономайзеры. Нагрев воды в них осуществляется за счет непосредственного контакта нагреваемой воды с продуктами сгорания. Контактный экономайзер располагается после всех поверхностей нагрева котлоагрегата. Вода, нагреваемая в нем, должна деаэрироваться и может быть использована для технологических нужд или горячего водоснабжения.

При сжигании твердых многозольных топлив наблюдается золовый износ змеевиков стальных водяных экономайзеров, который особенно значителен в местах повышенных скоростей и концентраций уноса в продуктах сгорания. Для защиты стальных экономайзеров от золового износа при сжигании высокозольных топлив в местах, подверженных износу, устанавливают накладки или защитные манжеты.

При наиболее часто применяемой П-образной компоновке котла и сжигании твердого топлива змеевики водяного экономайзера рекомендуется располагать параллельно задней степе котла. Это облегчает ремонт змеевиков, так как износу подвергаются не все змеевики, а только прилегающие к внешней стене шахты, потому что повышенные скорости и концентрации золы будут на внешней образующей поворота. Поперечное расположение змеевиков допускается при сжигании жидких, газообразных и малозольных твердых топлив.

Для смывания пузырьков воздуха с внутренней поверхности змеевиков скорость воды в трубах некипящей ступени должна быть не менее 0,3 м/с и не более 1,5 м/с во избежание чрезмерного сопротивления экономайзера. В кипящей ступени экономайзера скорость воды должна быть не менее 1 м/с.

При питании экономайзера водой с низкой температурой (близкой к температуре точки росы) происходит коррозия наружной поверхности вследствие конденсации водяных паров из продуктов сгорания. Однако исследования коррозии низкотемпературных поверхностей нагрева показали, что концентрация S03 в продуктах сгорания и температура точки росы не определяют однозначно скорости коррозии, хотя и влияют на нее. Исследования, выполненные ВТИ, показали, что на скорость коррозии влияют также аэродинамические факторы.

Основными путями уменьшения низкотемпературной коррозии водяных экономайзеров являются: повышение температуры стенки поверхности нагрева, применение присадок (жидких, минеральных или газообразных), ведение процесса горения с минимальными коэффициентами избытка воздуха, систематическая очистка поверхности нагрева от золовых отложений, ликвидация застойных зон и равномерное омывание поверхности нагрева продуктами сгорания. Повышение температуры стенки труб экономайзера осуществляется путем подачи деаэрированной воды с температурой 103-104 °С. При установке вакуумных деаэраторов температура воды, поступающей в экономайзер, не должна быть ниже 70 °С.

При наличии растворенного в питательной воде кислорода или углекислого газа происходит интенсивная коррозия внутренней поверхности нагрева экономайзера. Особенно быстро выходят из строя вследствие коррозии стальные экономайзеры, имеющие небольшую толщину стенки труб по сравнению с чугунными. Интенсивность коррозии возрастает при пониженных нагрузках котла вследствие уменьшения скорости воды в трубах экономайзера. Коррозии подвергаются в первую очередь участки, на которых имеются местные сопротивления (повороты, прикипевший шлам, колечки сварочного грата). Для предотвращения коррозии внутренней поверхности нагрева водяных экономайзеров содержание растворенного в питательной воде кислорода не должно превышать значений, указанных в табл. 6-1.

Схемы включения некипящих и кипящих водяных экономайзеров в общий водяной тракт парогенератора различны. В соответствии с требованием правил Госгортехнадзора чугунные экономайзеры должны быть отключаемыми по водяному тракту и тракту продуктов сгорания (иметь обводный газоход для пропускания продуктов сгорания мимо экономайзера). При этом правилами Госгортехнадзора разрешено выполнять индивидуальные чугунные экономайзеры не отключаемыми по водяному тракту при условии непрерывного питания котла водой с помощью автоматического регулятора, устанавливаемого на входе воды в экономайзер.

Обводный газоход для отключения индивидуального водя-ного экономайзера по тракту продуктов сгорания необязателен при наличии сгонной линии, обеспечивающей постоянный пропуск воды через экономайзер в случае повышения температуры воды после пего. Пользоваться сгонной линией приходится при растопке котла. Схема включения чугунного экономайзера с устройством сгонной линии и размещением необходимой арматуры показана на рис. 8-8.

Стальные экономайзеры, в которых допускается закипание воды, как правило, выполняются не отключаемыми по водяному тракту и тракту продуктов сгорания. Во избежание превращения всей воды, находящейся в экономайзере, в пар при растопке парогенератора предусматривается рециркуляционная линия. Эта линия соединяет входной коллектор экономайзера с барабаном парогенератора и обеспечивает поступление воды в экономайзер при ее испарении в период растопки. На линии рециркуляции устанавливается вентиль, который открывается при растопке парогенератора и закрывается при включении парогенератора в паровую магистраль. Схема включения стального экономайзера с линией рециркуляции и необходимой арматурой показана на рис. 8-9.

Является агрегатом котельной установки, который предназначен для нагрева питательной воды, перед тем, как она поступит в котел. Подогрев воды происходит за счет тепла уходящих газов из топки. Обычно водяные экономайзеры производятся следующим образом: трубы сгибаются в вертикальные змеевики и компонуются в пакеты. Поверхность экономайзера разделяется на пакеты не выше одного метра, разрывы между ними составляют 65-80 см. Благодаря чему эксплуатация и ремонт оборудования становится максимально удобным. Трубы экономайзера в большинстве случаев располагают в шахматном порядке, так как коридорное расположение в условиях теплообмена является нецелесообразным. На электростанциях перед поступлением питательной воды в котел, она подогревается в регенеративном цикле. Нагрев производится за счет забора пара из турбины до 215-270°C. Это позволяет уменьшить размеры поверхности экономайзера.

Для удобства работы устройства и обеспечения нормальных эксплуатационных условий немаловажно, чтобы экономайзеры были оснащены арматурой, приборами безопасности, а также контрольно-измерительными приборами, которые должны находиться в зоне видимости и быть доступными для обслуживания.

Разновидности экономайзеров

Экономайзеры могут быть контактными и поверхностными. Поверхностные бывают теплофикационными и питательными. Теплофикационные экономайзеры используются для подогрева воды для систем отопления, а питательные – для подогревания воды для питания котлов.

Также экономайзеры отличаются и по материалу изготовления. Существует два вида:

• чугунные экономайзеры котлов;
• стальные экономайзеры котлов.

Основополагающие характеристики экономайзеров:

— схема присоединения;

— степень подогрева воды;

— индивидуальное или групповое размещение относительно котлов.

Водяные экономайзеры предназначаются для подогрева питательной воды, либо воздуха в котельных установках, а также нагрева воды в системах теплоснабжения. Вода, движущаяся снизу вверх, подогревается при помощи тепла уходящих продуктов сгорания топлива, которые движутся сверху вниз, что улучшает теплообмен. Водяные экономайзеры изготавливаются как из ребристых, так и из гладких чугунных труб. Для более высоких температур и давления устройства производятся из гладких стальных труб.

Контактные водяные экономайзеры – это устройства для подогрева воды в системах технологического и бытового горячего водоснабжения. Для бытового горячего водоснабжения, если есть промежуточные теплообменники, возможно использование тепла, полученного при помощи контактных экономайзеров. Данный вид оборудования устанавливают либо непосредственно за котлами, либо за поверхностными экономайзерами.

Чугунные экономайзеры предназначены для подогрева питательной воды в паровых котлах и системах теплоснабжения с рабочим давлением не выше 2,4 МПа. Сборка устройства происходит из двух- трехметровых ребристых чугунных труб, которые соединяют чугунными коленами. Чугунные экономайзеры поставляют в котельные как блоками, так и россыпью. Горизонтальные ряды труб, но не более 8, компонуют в группу, затем группы образуют колонны, которые разделяют металлическими перегородками. Группы покрывают каркасом с глухими стенками, обшитыми материалами для теплоизоляции. Торцы экономайзеров предохраняются съемными щитами из металла. Они оснащаются устройствами для обдува, которые встроены в блоки. При этом должно быть не более 4 горизонтальных рядов, обдувающихся одним устройством.

Одно из преимуществ чугунных устройств – это очень высокое сопротивление к любым механическим и химическим разрушениям. Срок эксплуатации чугунных экономайзеров значительно дольше срока стальных. Но при этом чугунные модели могут быть только «не кипящими». Необходимо, чтобы температура воды при входе в экономайзер была на 5-10°С выше температуры точки росы уходящих газов, и на 40°С ниже температуры насыщенного пара при выходе из него (давление в котле соответствующее). Недостатки чугунных экономайзеров: низкая теплопередача, громоздкость (в особенности при большой площади нагрева), высокая чувствительность к гидравлическим ударам. Именно это не позволяет доводить воду до кипения. Из-за нестандартного газохода экономайзера увеличивается металлоемкость конструкции, потери тепла, присосы воздуха, а также затраты на его производство и установку. Чугунные ребристые трубы быстро загрязняются сажей и золой, что значительно ухудшает технико-экономические показатели чугунных экономайзеров.

Стальные экономайзеры состоят из нескольких секций змеевиков. Стандартные змеевики имеют длину 1820 мм. Секции производят из труб с определенной длиной и радиусом гиба. Максимальная высота отдельных пакетов змеевиков не должна превышать более 1,5 м, максимальное количество рядов – 25. Для обдувочных устройств между пакетами есть специальные разрывы. Область применения стальных экономайзеров – это котлы, в которых избыточное давление пара выше 23кгс/см².

Стальные устройства могут быть как «кипящего», так и «не кипящего» типа. Для экономайзеров «кипящего» типа допустимо закипание питательной воды и частичное (до 25%) ее испарение. Такие устройства не отделены от барабана котла отключающим устройством. Температура воды при входе в стальные экономайзеры при сжигании природного газа не должна опускаться ниже 65°С.

Контактный экономайзер способствует снижению затрат топлива на 10 % и может компоноваться с котлами ДКВР и прочими котлами.

В настоящее время предусматриваются самые разные технико-технологические вариации проектирования экономайзеров котлов. Варианты исполнения также достаточно разнообразны: отдельно стоящий, встроенный, либо расположенный рядом.

Экономайзеры устанавливают и на водогрейные и на паровые котлы большинства изготовителей котельного оборудования.

Устройство экономайзеров

Трубы, из которых состоит поверхность нагрева экономайзера, имеют дополнительное продольное оребрение. Трубы объединяются друг с другом по воде дугами и формируются в отдельные пакеты. После этого пакеты труб располагаются в каркасе с разрывами в 650 мм и соединяются друг с другом калачами.

Канавки фланцев ребристых труб оснащаются шнуровым асбестом, чтобы предотвратить перетоки газа. Боковые стенки каркаса внутри и снаружи обшиваются металлом и теплоизолируются совелитовыми плитами, либо другим теплоизоляционным материалом, схожим по характеристиками с совелитовыми плитами. Щиты с крышками, установленные на торцах экономайзера, устанавливаются на прокладках при помощи болтов. Крышки с прокладками, а также сплошные сварные швы листов обшивки позволяют обеспечить газовую плотность экономайзера. Вода поступает в устройство через коллекторы.

Блочные чугунные экономайзеры оборудованы вертикальной металлической перегородкой между ребристыми трубами, которая разделяет экономайзер на две равные части. Боковые стенки выкладываются из красного кирпича или имеют два слоя металлической обшивки с изоляционным материалом внутри. Вверху каждой секции располагаются взрывные предохранительные клапаны.

Монтаж экономайзеров

Блочные экономайзеры собираются в отдельные транспортабельные блоки и в таком виде поставляется. При монтаже экономайзер устанавливается на фундамент, отдельные блоки объединяются между собой по воде калачами, производится сварка каркасов, импульсные камеры привариваются к патрубкам. Газовый короб с взрывными предохранительными клапанами изготавливается, устанавливается и подключается к питательным трубопроводам котла. Монтирование системы импульсной очистки производится исходя из проекта котельной в соответствии с паспортом.

В процессе соединения блоков экономайзера калачами отверстия фланцев труб не всегда совпадают с калачами под болты или шпильки. Чтобы устранить это несовпадение, нужно поднять нижнюю или верхнюю секцию труб и установить под ними прокладки соответствующей толщины.

Производя установку верхних и нижних коллекторов с двумя или тремя подводами обязательно нужно использовать стальные конусные и паронитовые прокладки (устанавливаются с каждой стороны). Если этим пренебречь, то может возникнуть непараллельность коллекторов, фланцев и выходных колен.

При монтаже между фундаментом и экономайзером необходимо прокладывать шнуровой или листовой асбест для обеспечения газоплотности. Для предотвращения выбивания асбеста при работе ГИО, по контуру экономайзера прерывистым швом приваривается стальная полоса.

Экономайзер крепится к фундаменту следующим образом: нижняя рама экономайзера приваривается к закладным элементам, которые установлены со стороны камер газоимпульсной очистки.

Окончив монтаж экономайзера, необходимо провести его гидравлическое испытание пробным давлением по всем правилам. все погрешности, обнаруженные при испытании нужно устранить. Демпфер, пламенепроводы, импульсные камеры и верхний газовый короб изолируется теплоизоляцией по проекту котельной.

Водяной экономайзер расположен в нижней части конвективной шахты и разделен по высоте на два пакета. Змеевики экономайзера выполнены из труб  32 х 4, сталь 20. Питательная вода входит в четыре камеры  219 х 25, сталь 20, нижнего пакета водяного экономайзера, проходит первый пакет и направляется к установке «собственного» конденсата. Из конденсаторов вода поступает в нижние камеры второго пакета экономайзера, проходит по змеевикам и из верхних камер направляется в барабан котла. “Холодный” пакет пароперегревателя и оба пакета водяного экономайзера опираются на полые балки, охлаждаемые воздухом. Воздух в охлаждаемые балки поступает из рассечки между топкой и газоходом котла за счет разрежения, создаваемым на всасе дутьевых вентиляторов.

Основными причинами повреждения змеевиков водяного экономайзера являются:

1.5 Регенеративные воздухоподогреватели

Для подогрева воздуха, поступающего на горелки, применены два воздухоподогревателя с диаметром ротора 5100 мм. Основным элементом РВП является ротор, вращающийся со скоростью
. Ротор разделен радиальными и аксиальными перегородками на ячейки, которые заполняются набивкой – стальными профильными листами, толщиной
. Дымовые газы, выходящие из котла с высокой температурой
, проходят между листами и нагревают их. Нагретые листы вращающимся ротором переносятся на воздушную сторону, где отдают свое тепло воздуху. Воздух поступает в воздухоподогреватель по схеме противотока (в направлении, противоположном движению газов). Разность температур газов, входящих в РВП, и горячего воздуха составляет, как правило,
. Дымовые газы охлаждаются до температуры
. Поверхность теплообмена - набивка, которая на холодном конце имеет сравнительно низкую температуру. Набивка установлена в три слоя: два верхних (горячие) и один холодный.

1.6 Эксплуатация котла: пуск и останов

Заполнение котла водой производится до растопочного (-100 мм.) уровня по водомерной колонке. При простое котла более 3-х суток или, если во время простоя производились ремонтные или наладочные работы в цепях защит и блокировок, необходимо произвести их опробование с воздействием на исполнительные механизмы. При неисправности защит, действующих на останов котла, растопка его ЗАПРЕЩАЕТСЯ .

Проверить дистанционно и по месту легкость хода и отсутствие заеданий, посторонних шумов регуляторов, шиберов и направляющих аппаратов. Шибера по воздуху и газу на РВП и перед горелками оставить в открытом положении. Проверить закрытие арматуры по газу, мазуту и пару перед горелками.

Открыть входную мазутную задвижку и прогреть мазутопровод котла через разгрузочную линию. Открыть продувочные свечи. Проверить открытие свечей безопасности. Проверить закрытие арматуры перед горелками, на газопроводе к ЗЗУ и на ТВО РВП. Открыть ПЗК и РД газа.

Переключатель режимов работы котла поставить в положение “Розжиг”.

Включить в работу оба ДВ и оба ДС. Открыть полностью шибера по газовоздушному тракту и перед горелками, начать вентиляцию топки и газоходов. При этом расход воздуха должен составлять не менее 25 % от номинального.

Для росжига на котле определена группа растопочных горелок - № 1 и № 3. Растопка может начинаться с любой из них. Закрыть воздушные шибера перед горелками №2,4,5,6. Прикрыть воздушные шибера перед растопочными горелками (№1,3). Установить давление воздуха равное растопочному (20 – 50 кгс/м 2) и разрежение вверху топки 2 – 3 кгс/м². Переключатель выбора места розжига установить в положение “По месту”. Отрегулировать по месту давление воздуха перед растопочными горелками путем прикрытия шиберов и воздушных регистров перед ними.

ВНИМАНИЕ:

Зажигая горелки, нельзя стоять против амбразур горелок, чтобы не пострадать от случайно выброшенного из топки пламени;

Обслуживающий персонал должен иметь головной убор, защитные очки и рукавицы;

необходимо помнить, что котел оборудован системой блокировок по взрывобезопасному розжигу горелок, включающихся автоматически перед растопкой.

Открыть запорный вентиль перед ЗЗУ разжигаемой горелки. Ключом управления включить ЗЗУ разжигаемой горелки, убедиться в наличии и устойчивости факела ЗЗУ. Произвести розжиг следующей растопочной горелки.

Включение прибора контроля температуры металла барабана произвести до заполнения котла водой. С самого начала растопки постоянно вести контроль за температурой металла барабана. Разность между температурой верха и низа металла барабана не должна превышать 60 С. С начала растопки приступить к прогреву растопочного паропровода и РРОУ 140/1,2 ата (БРОУ 140/15 находится в горячем резерве). С самого начала растопки поддерживать нормальный уровень в барабане котла, не допуская выхода его за пределы  150 мм от среднего по водоуказательной колонке. Перед началом постоянной подпитки котла закрыть рециркуляцию барабан – водяной экономайзер.

При давлении в барабане котла 0,5 кгс/см 2 закрыть котловые воздушники и дренажи пароперегревателя. В процессе растопки котла необходимо следить за термическим перемещением элементов котла и главных паропроводов по специально установленным реперам и проверять соответствие перемещений элементов котла заводской схеме термических расширений:

В процессе растопки котла необходимо следить за термическим перемещением элементов котла и главных паропроводов по специально установленным реперам и проверять соответствие перемещений элементов котла заводской схеме термических расширений:

При давлении в барабане 3 . . . 4 кгс/см 2 необходимо приступить к продувкам нижних коллекторов экранов и пробоотборных точек, внимательно следя при этом за уровнем воды в барабане, и при необходимости производить подпитку. Длительность продувки каждой точки не должна превышать 30 секунд. При растопке котла необходимо следить за температурами металла змеевиков пароперегревателя. Режим растопки организовать так, чтобы эти температуры не превышали допустимых.

В случае недостаточности охлаждения труб протекающим паром, следует изменить режим растопки (например: увеличить избыток воздуха в топке), чтобы не допускать чрезмерного повышения температуры газов в районе пароперегревателя. Скорость прогрева главных паропроводов котла должна быть не более 8 С/мин при температуре менее 500 С и не более 3 С/мин при температуре более 500 С. Скорость растопки, исходя из допустимых температур стенок барабана не должна превышать 1,5 С в минуту. Контроль за скоростью растопки производится по температуре насыщения. Для уменьшения инерционности эту температуру следует замерять на одной из пароотводящих труб в средней части барабана.

В начале растопки образующийся пар сбрасывать в атмосферу через линию продувки пароперегревателя. По мере роста давления (5 – 6 кгс/см 2) включить в работу растопочную редукционно-охладительную установку (РРОУ), закрыть продувку ПСК. При растопке котла топочный режим должен быть таким, чтобы разность температуры газов по сторонам всех газоходов не превышала 20 С.

Скорость растопки должна соответствовать графику подъема давления. Запрещается держать большую скорость подъема давления, так как это может привести к пережогу поверхностей нагрева экранов и пароперегревателя. При полном рабочем давлении до включения котла в магистраль, необходимо снова проверить плотность предохранительных клапанов и арматуры котла. Путем обхода и внимательного осмотра всех элементов котлоагрегата убедиться в их исправности.

Включение котла в магистраль производится после тщательного прогрева паропровода, при давлении в паропроводах котла равном давлению в магистрали. Температура пара при включении должна быть не ниже 540 С и не выше 570 С. Включение котла следует производить осторожно, медленно открывая магистральную задвижку.

Особенности розжига при работе на мазуте: прогреть мазутный узел котла через мазутную разгрузку, температура мазута перед розжигом должна быть не менее 130 0 С.

Закрыть общую задвижку на ЗЗУ котла, подключить пропановый баллон с редуктором через специальный штуцер к газопроводу на ЗЗУ.

Включить защиту по понижению давления мазута. Провентилировать топку и газовоздуховоды, отобрать анализ за дымососом на отсутствие пропана (С 3 Н 8), зажечь с помощью запально - защитного устройства (ЗЗУ) растопочную мазутную форсунку одной из горелок нижнего яруса. Отрегулировать горение путем изменения расхода мазута и воздуха на данную горелку. Добиться, чтобы горение было полным, а факел устойчивым.

В таком же порядке зажечь вторую растопочную мазутную форсунку, расположенную симметрично первой. Растопку вести не менее чем на двух горелках. При розжиге мазутных форсунок нельзя стоять напротив гляделок, чтобы не быть обожженным случайным выбросом пламени.

По мере разогрева топочной камеры производить переключение работающих горелок с тем, чтобы обеспечить равномерный прогрев топочной камеры. После включения всех растопочных форсунок, по мере роста давления в барабане котла, переходить на основные форсунки. Производительность растопочных форсунок 1000-1100 кг/ч.

Порядок розжига мазутной форсунки следующий:

а) установить давление воздуха перед горелкой 20…30 кгс/м 2 , подача воздуха регулируется шибером на воздухопроводе горячего воздуха к горелке;

б) включить запальник выбранной горелки;

в) проверить визуально через смотровой лючок горелки, горит ли факел запальника. Если факел запальника отсутствует, отключить подачу газа к запальнику и устранить причины отказа в работе запальника;

г) убедившись в наличии факела запальника, включить мазутную форсунку.

Отрегулировать горение путем изменения соотношения расхода воздуха и мазута. Добиться, чтобы горение было полным и бездымным, а факел устойчивым.

Если мазут при розжиге первой мазутной форсунки не загорится или погаснут все уже работающие форсунки, следует немедленно перекрыть подачу мазута, отключить ЗЗУ и провентилировать топку, дымоходы и воздуховоды в течение 10. . .15 минут, вновь приступить к растопке в указанном выше порядке. Если в процессе растопки погаснет одна из числа работающих мазутных форсунок, то следует закрыть подачу мазута к ней, установить и устранить причину ее погасания, тщательно продуть форсунку паром и вновь приступить к ее розжигу при помощи ЗЗУ.

Категорически запрещается зажигать мазут от раскаленной обмуровки амбразур. Запальные устройства работающих горелок гасить только после разогрева топки и достижения устойчивого горения топлива.

Во время растопки внимательно следить за температурой дымовых газов в конвективной части котла и в случае резкого повышения температуры по газовому тракту, что может быть следствием загорания осевших в газоходах несгоревших частиц мазута – немедленно прекратить растопку, остановить вентиляторы и дымососы, закрыть их направляющие аппараты, закрыть шибера по газу и воздуху до и после РВП и включить систему пожаротушения.

Перед плановым остановом котла, если на котле сжигался мазут и если имеется такая возможность, рекомендуется перевести его на сжигание газа как минимум на 6 часов, для того, чтобы “отжечь” отложения на конвективных поверхностях нагрева.

Перед началом снижения нагрузки включить в работу регистратор температуры стенок барабана. Снижение нагрузки до 200 – 220 т/час производить снижением расхода топлива на горелки. Дальнейшее снижение нагрузки производить последовательным отключением горелок. В первую очередь для поддержания нормальной температуры перегретого пара при низких нагрузках отключаются горелки нижнего яруса.

Отключив все горелки, следует отключить газопровод к котлу и открыть продувочные свечи. При отключении форсунки сначала закрыть подачу на нее мазута, затем уменьшить расход воздуха на горелку до величины, необходимой для ее охлаждения (15 – 25% по УП). Отключенные мазутные форсунки продуть паром и выдвинуть из горелки. Отключив последовательно одну за другой форсунки, отключить мазутопровод к котлу.

При аварийном останове котла закрыть отсечной клапан и задвижку на подводе мазута к котлу, после чего отключить мазутные форсунки.

В процессе снижения нагрузки следить за температурой перегретого пара и при ее снижении уменьшать подачу конденсата на впрыск. Скорость снижения температуры главных паропроводов не должна превышать 2 0 С/мин при температуре более 500 0 С и 5 0 С/мин при температуре менее 500 0 С.

После снижения нагрузки до 60 – 80 т/час произвести останов котла путем имитации срабатывания какой-либо защиты, либо ключом “ДОК”, закрыть газовую и мазутную арматуру перед горелками, визуально убедиться в отсутствии горения в топке. Отключить непрерывную продувку, ввод фосфата. После погасания факела провентилировать топку, газоходы и воздуховоды дымососами, дутьевыми вентиляторами и ВРГГ (при их наличии) в течение 10 минут. Затем остановить ТДМ, закрыть их направляющие аппараты и все шибера по газовоздушному тракту. При наличии такого указания – произвести обмывку РВП.

С момента останова до момента, когда температура верха барабана достигнет 160 0 С, уровень в барабане поддерживать в пределах 0…+250 мм по регистрирующему прибору. При заполнении барабана не допускать попадания воды в пароперегреватель. При включении в работу РРОУ 140/1,2 ата температуру пара на выходе из нее поддерживать в пределах 130 – 180 0 С.

При разгрузке и останове котла необходимо тщательно контролировать разность температур между верхом и низом барабана, которая не должна превышать 80 С. При этом скорость снижения температуры насыщения в барабане не должна превышать 1,5 С/мин.

При каждом останове, кроме случаев останова в горячий резерв без проведения ремонтных работ и проведения гидразинно-аммиачной консервации должен применяться режим ускоренного расхолаживания котла согласно соответствующей инструкции. Если данный режим не применяется, то пуск дымососа для расхолаживания котла допускается не ранее, чем через 18 часов после останова, при условии, что разница температур металла верха и низа барабана будет не более 40 С.

При прекращении постоянной подпитки котла открыть вентили на линии рециркуляции от барабана к водяному экономайзеру.

При снижении уровня воды в барабане произвести подпитку котла с возможно меньшим расходом для предотвращения недопустимых термических напряжений в теле барабана. При подпитке закрыть вентили на линии рециркуляции барабан – водяной экономайзер.

Через шесть часов (начало естественной вентиляции топки) после останова котла необходимо произвести продувку нижних точек экранов для удаления шлама, после чего медленно подпитать котел до высшего допустимого уровня. Через 8…10 часов еще раз произвести продувку нижних точек экранов и подпитать котел.

Запрещается производить подпитку остановленного котла с дренированием воды с целью ускоренного охлаждения барабана даже небольшим количеством холодной питательной воды, так как это может привести к опасным неравномерностям температур в теле барабана.

РВП разрешается останавливать при температуре уходящих газов не более 60 С.

Запрещается отключение приборов, регистрирующих и показывающих температуры воздуха и газов до РВП и за ним, раньше, чем через 24 часа после останова котла.

Спуск воды из котла после его останова допускается при снижении давления до 10 кгс/см 2 . Заполнять котел разрешается при температуре верха барабана не более 160 0 С