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.

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.

Экономайзер представляет собой устройство, которое обогревается продуктами сгорания топлива. Подобное устройство предназначено для подогрева либо для частичного испарения воды, которая поступает в паровой котёл.

Экономайзер является неотъемным элементом котлоагрегата. Это теплообменник, где питательная вода, прежде чем будет подана в котел, подогревается при помощи уходящих из котла газов. Изготовляются экономайзеры из ребристых или гладких чугунных труб на давление 2,2 МПа, а на более высокую температуру и давление - как правило, из стальных гладких труб. Ребристые трубы - это довольно популярный вид товара. Они могут быть использованы в качестве труб отопления, поскольку имеют свойство держать тепло дольше чугунных труб. Это происходит за счёт ребристой поверхности. Ребристые трубы являются неотъемлемой частью экономайзеров.

В зависимости от металла, из которого изготовляют экономайзеры, они могут быть чугунными и стальными. Чугунные экономайзеры используют при давлении в барабане котла не более 2,4 МПа, а стальные могут применяться при любых давлениях.

Чугунный водяной блочный одноколонковый экономайзер выполняется из оребренных труб 3 (рис. 6), соединяемых между собой посредством калачей. Питательная вода проходит последовательно по всем трубам снизу вверх, а продукты горения проходят через зазоры между ребрами труб. В чугунных экономайзерах недопустимо кипение воды, так как это приводит к гидравлическим ударам и разрушению экономайзера. Для очистки поверхности нагрева водяные экономайзеры имеют обдувочные аппараты.

Рис. 6.

а - продольный разрез; б - поперечный разрез; 1 - заслонки; 2 - обдувочное устройство; 3 - чугунные оребренные трубы; 4 - газоход

В соответствии с требованиями Ростехнадзора экономайзеры некипящего типа должны быть отключаемыми по водяному тракту и тракту продуктов горения, т. е. должны иметь обводные (бай-пасные) линии в отопительном котле.

Устройство обводного газохода в отопительном котле для отключения индивидуального водяного экономайзера по тракту продуктов горения 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. 7.

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

Рис. 7.

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

Стальные трубчатые экономайзеры изготовляются из труб 028...38 мм, которые изгибают в змеевики 2, ввальцованные или вваренные в коллекторы 1 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 служат дистанционные гребенки 4.

Схема включения кипящего стального трубчатого экономайзера. Такие экономайзеры выполняются неотключаемыми по водяному и дымовому трактам. 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 котла, когда питательная вода в экономайзер не подается. На линии рециркуляции имеется вентиль 11, который открывают при растопке и отключении котла и закрывают при включении котла в паровую магистраль.

Рис. 8. Стальной трубчатый экономайзер: а - общий вид; б - схема включения кипящего экономайзера:

1 - 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; 11 - вентиль на линии рециркуляции; 12 - запорный вентиль; 13 - обратный клапан; 14 - предохранительный клапан

Скорость воды в экономайзере принимают, исходя из условий предотвращения расслоения в них пароводяной смеси или прилипания пузырьков воздуха к внутренней поверхности. Для некипящих экономайзеров скорость воды должна быть не менее 0,3 м/с, а для кипящих экономайзеров -- не менее 1 м/с.

Стальные экономайзеры применяют для использования уходящего газа, котлов типа Е, ДЕ, КЕ, ДКВР. Экономайзер монтируется за котлом, который работает на газе, не содержащем серных соединений, и в случае присутствия атмосферного деаэратора.

Блочные чугунные экономайзеры используются для нагревания питательной воды в стационарных водогрейных и паровых котлах, которые имеют рабочее давление не более 2,4 МПа.

Существует ещё один тип экономайзера - контактный водяной. Такой тип может быть использован для нагрева воды системы технологического и бытового горячего водоснабжения, прачечных или бань.

Применение тепла, которое было получено в контактном экономайзере в бытовом горячем водоснабжении, возможно только при условии наличия промежуточных теплообменников. Нагрев воды для прачечных или бань может производиться в контактных экономайзерах, использование которых разрешено Министерством здравоохранения РФ. Контактный экономайзер, как правило, устанавливается после поверхностных экономайзеров, которые принимаются в заводской комплектации котлоагрегатов, либо непосредственно за самими котлами.

Индивидуальные экономайзеры проектируются неотключаемые, т.е. на входе воды в экономайзер должен быть предусмотрен автоматический регулятор, который будет обеспечивать бесперебойное питание котлов.

Для нагрева сетевой и питательной воды в экономайзерах следует предусматривать направление потока воды снизу вверх, т.е. движение воды должно производиться в обеих колонках экономайзера снизу вверх.

Для обеспечения нормальных условий использования и управления работой экономайзер должен оснащаться арматурой, приборами безопасности и контрольно-измерительными приборами, которые доступны для обслуживания и наблюдения. Если же необходимо отремонтировать экономайзер, то в таком случае без ребристых труб не обойтись. Кроме таких труб для проведения ремонта экономайзера понадобятся калачи и чугунные дуги, а также крепёжные болты 20х85 (с гайкой и шайбой) и паранитовые прокладки.

На входе и на выходе воды в экономайзер устанавливаются гильзы, чтобы была возможность измерить температуру питательной воды.

Какое полузабытое, а для кого-то и вообще незнакомое слово – экономайзер! Карбюраторы, которые долгие годы исправно трудились на автомобиле, постепенно уступили свое место различным системам впрыска. Но автомобильный век долог, и порой кому-то приходится сталкиваться с машинами, в которых еще находится место для карбюратора. Ну а его нормальная работа обеспечивается рядом дополнительных устройств, среди них невозможно не упомянуть экономайзер топлива.

Что такое экономайзер в автомобиле?

Работа ДВС основана на сгорании топливовоздушной смеси (ТВС). Ее состав зависит от нагрузки мотора, и должен быть разным при ее изменении. Это означает изменение соотношение между кислородом (воздухом) и бензином при изменении условий движения. Нужные пропорции обеспечивает карбюратор, или в современных машинах – контроллер впрыска. Поэтому, прежде чем говорить про экономайзер, надо рассмотреть работу карбюратора.

Как работает карбюратор

Понять его принцип работы поможет приведенный рисунок.

Это самый простой вариант карбюратора, можно сказать, только поясняющий его устройство и основную идею. Бензин находится в поплавковой камере на постоянном уровне, который поддерживается работой игольчатого клапана. Через воздушный фильтр воздух всасывается в цилиндры двигателя. Он проходит смесительную камеру, благодаря имеющемуся там сужению, в этом месте создается разрежение по отношению к поплавковой, в которой поддерживается уровень атмосферного давления.

Из-за возникшей разницы давлений в смесительную камеру попадает горючее. Проходя через жиклер, оно разбивается на мелкие капельки, испаряется и смешивается с воздухом, вследствие чего образуется ТВС, поступающая в цилиндры мотора. Соотношение между этими компонентами зависит от положения заслонки карбюратора, связанной с положением педали акселератора. Чем сильнее на автомобиле она нажата, тем больше открыта заслонка, выше степень разрежения и больше бензина поступает на образование смеси.

Назначение экономайзера

В тот момент, когда заслонка почти полностью открыта, автомобильный мотор испытывает максимальные нагрузки, а значит, для их преодоления ему требуется большее количество бензина, чем во время работы на обычных режимах. При этом и начинает работать экономайзер, топлива на образование смеси поступает больше, и смесь становится обогащенной. Его назначение и устройство, а также для чего нужен экономайзер, становится понятно из рисунка:

Дроссельная заслонка карбюратора через тяги и рычаги связана со специальным клапаном. Когда она полностью открыта, это вызывает его срабатывание, и дополнительное количество бензина, проходя жиклер экономайзера, идет на образование ТВС. Такое поступление топлива вызывает обогащение смеси и обеспечивает работу мотора при повышенной нагрузке. Когда отпускается педаль газа, заслонка прикрывается, пружина закрывает клапан и работа экономайзера прекращается.

Конструктивно устройство экономайзера может быть выполнено различными способами, конкретную реализацию их затрагивать не будем, т.к. для карбюратора после появления контроллеров впрыска история развития закончилась.

Экономайзер принудительного холостого хода (ЭПХХ)

Рассматривая автомобильный экономайзер, нельзя обойти стороной и такое устройство, как ЭПХХ. У него совсем другое назначение, чем у обычного экономайзера. Если последний, как мы только что рассмотрели, обогащает топливную смесь при значительных нагрузках, то ЭПХХ, наоборот, обеспечивает экономию топлива. Режим принудительного холостого хода – особый вариант движения.

Как правило, это связано с торможением двигателем при движении на спуске или накатом, когда скорость включена и газ отпущен. ЭПХХ дополняет имеющуюся в карбюраторе систему холостого хода. Она выполняет подачу топлива в двигатель при закрытой заслонке. В этом случае за счет разрежения, создаваемого под ней, горючее по специальному каналу холостого хода проходит через жиклер и поступает в мотор, что и обеспечивает его работу в таком режиме.

Однако если при этом машина двигается накатом или с горки, то коленчатый вал вращается с большей частотой, чем свойственно режиму холостого хода, что вызывает повышенное потребление бензина и снижает эффективность торможения двигателем. Для исключения этого срабатывает ЭПХХ, и поступление топлива прекращается. В режиме принудительного холостого хода поступление бензина прерывается с помощью электромагнитного клапана, управляемого достаточно простым электронным блоком.

Исходными данными для срабатывания ЭПХХ (электромагнитного клапана) являются сигнал датчика о закрытой заслонке и повышенное число оборотов коленвала. Такой режим ЭПХХ поддерживает пока:

• скорость движения при отпущенной дроссельной заслонке не уменьшится;
• не будет выключена передача и автомобиль начнет двигаться в режиме обычного холостого хода;
• водителем не будет нажата педаль газа и движение продолжится с повышенной скоростью, экономайзер выключится по положению заслонки.

Работа экономайзера в составе карбюратора обеспечивает обогащение ТВС при повышенной нагрузке, а также экономию топлива и лучшую эффективность торможения мотором в режиме принудительного холостого хода.