Назначение и способы изготовления экономайзера для котла отопления. Для чего нужен экономайзер?

В практике различают два основных типа экономайзеров: поверхностные и контактные. Поверхностные экономайзеры можно подразделить на питательные экономайзеры, которые предназначены для нагрева воды, используемой в котлах, и экономайзеры, предназначенные для тепловых электрических станций (ТЭЦ), которые нагревают воду для систем отопления.

Назначение и способы изготовления экономайзера для котла отопления

Владельцы автономных котлов часто сталкиваются с реальностью, где заявленный коэффициент полезного действия (КПД) 90-95%, который возможен при идеальных условиях эксплуатации, в действительности часто оказывается в пределах 80-82%. Эта закономерность побуждает многих пользователей искать способы повышения эффективности работы своих отопительных устройств, одним из самых распространенных методов является установка экономайзера в систему.

Что из себя представляет экономайзер для котла

Экономайзер котла представляет собой теплообменный агрегат, задача которого заключается в повышении общей эффективности системы отопления путем утилизации ранее потребленной энергии.

Этот устройство забирает тепло из дымовых газов, которые образуются в процессе работы практически всех типов котлов, включая твердотопливные и газовые. Экономайзер аккумулирует энергии и затем передает её в основной теплоноситель, что позволяет извлекать из топлива максимальную выгоду.

Что это такое и для чего нужен

В сути своей экономайзер является дополнением к котлу, которое предоставляет возможность предварительного прогрева теплоносителя, не прибегая к основной тепловой энергии, выделяемой в процессе сгорания топлива. Это способствует более оптимизированной и эффективной работе всей системы:

• уменьшение загрязнения атмосферы – предотвращение выбросов перегретых (угарных) газов помогает в поддержании экологической и гигиенической чистоты;
• удлинение срока службы аппарата – быстрый нагрев и поддержка стабильно высокой температуры предотвращает резкие перепады, которые могут пагубно сказаться на котле;
• снижение затрат на отопление – уменьшение расхода энергоносителей (в пределах 4–18%) ведет к значительной экономии пользовательских средств.

Таким образом, при использовании мощных индивидуальных котлов затраты на приобретение экономайзера обычно окупаются спустя 2-3 года непрерывной эксплуатации.

Конструкция и принцип работы

Базовая конструкция экономайзера включает в себя многоступенчатую систему труб, выполненную в виде змеевика или зигзага. Эти трубы, различающиеся по конфигурации и диаметрам, объединены в единый блок, который защищен специальным теплоизоляционным каркасом для повышения безопасности эксплуатации.

В нижней части блока расположена входная труба для подачи холодной воды, а в верхней части находится выходная труба, по которой уже подогретый теплоноситель возвращается в систему. Перед входной трубой установлен предохранительный клапан, который служит для защиты трубных соединений от резких перепадов давления, так называемых гидроударов.

Принцип функционирования экономайзера основан на создании обратного потока между нагревательным элементом и отработанными газами, что обеспечивает оптимальный теплообмен: подача воды осуществляется вверх (с помощью насоса), в то время как продукты сгорания движутся вниз, что способствует максимальному нагреву воды.

Виды экономайзеров

Экономайзеры классифицируются по двум основным направлениям, исходя из их взаимодействия с теплоносителем:

• поверхностные экономайзеры – нагревают воду либо перед её подачей в котел (питательные), либо в систему отопления (теплофикационные), обеспечивая передачу тепловой энергии через поверхности стенок каналов;
• контактные экономайзеры – осуществляют нагрев теплоносителя за счёт прямого контакта с высокотемпературными дымовыми газами, которые обязательно редуцируются (деаэрируются) и могут использоваться для горячего водоснабжения, включая производственные нужды.

С учетом температуры окружающей среды экономайзер может выступать как дополнительный теплоноситель, либо служить полноценным нагревателем:

• экономайзер кипящего типа – доводит температуру воды на выходе до точки кипения, соответствующей давлению в котле, что приводит к частичному (15–25%) парообразованию;
• экономайзер некипящего типа – ограничивает входную температуру на 5-10°C выше уровня конденсации дыма, а на выходе поддерживает температуру ниже точки кипения на 20-30°C для индивидуальных систем и на 40-50°C для групповых.

Для данных устройств требуются различные дополнители: так называемый «неварочный» тип должен обязательно дополняться коллекторами, термометрами, реле контроля, манометрами и прочими устройствами, тогда как «варочный» тип оснащается дымоходом и обводными линиями, необходимыми для безопасной эвакуации продуктов горения в корпус котла.

Экономайзеры также классифицируются в зависимости от материала труб, что определяет их устойчивость к высокотемпературным условиям:

• стальной экономайзер – подходит для установок с любым давлением и может быть как «кипящим», так и «некипящим». Он изготовлен из гладких змеевиков (d_H=20–40 мм), которые обычно размещаются в шахматном порядке (реже – в коридорном). Основным их недостатком является предрасположенность к коррозии;
• чугунный экономайзер – отличается высокой устойчивостью к физическому и химическому воздействию, но может использоваться только на котлах с давлением до 2,4 МПа и является исключительно «некипящим», поскольку при возникновении кипения материал может быть поврежден. Его конструкция обычно предоставляет собой оребрённые трубы (d_H=60–80 мм), которые образуют одну или две колонки на поверхности нагрева.

Кроме того, стальные экономайзеры обладают более компактной конструкцией, что позволяет увеличить мощность теплоотдачи и минимизировать занимаемое пространство:

• плавниковый экономайзер – собирается из труб с плавниковым профилем или стандартных гладких труб, к которым приварены прямоугольные плавники;
• мембранный экономайзер – производится вручную из гладкотрубных змеевиков, где ровные участки закрыты сплошными стальными листами.

У этих типов имеются свои преимущества: трапециевидная поверхность нагрева на 25-30% меньше, чем круглая, что позволяет уменьшить габариты и вес экономайзера на 40-50%. Более того, использование полосовой стали обходится дешевле, чем трубы, что создает дополнительную экономическую выгоду.

Для чего используют экономайзеры в паровых котельных

Котельные установки, в которых используются паровые котлы, часто задействуются в системах отопления различных объектов. Достижение более высокой эффективности работы системы возможно через установку экономайзера котла, который представляет собой тепловой обменник, осуществляющий предварительный нагрев воды перед её подачей в котел, используя для этого тепло, выделяемое дымовыми газами. Конструкция данного агрегата состоит из труб, изогнутых в вертикальные змеевики и разделённых на секции, а на его верхней части установлен предохранительный клапан, который защищает подключения от возможных гидроударов при внезапном повышении давления. В дополнение, для контроля рабочих параметров и индикации отклонений, могут быть установлены различные измерительные устройства.

В промышленности паровые котлы зачастую используются для производства пара и используются в технологических процессах различных отраслей, таких как нефтехимическая, пищевая, целлюлозно-бумажная, фармацевтическая и других.

Экономайзер в паровых котельных

Экономайзеры в паровых котлах играют важную роль в экономии топлива. Это достигается за счет использования тепла, выделяемого газами, выходящими из печи, что позволяет нагревать воду, поступающую в котел, и тем самым увеличивать её КПД. Увеличение КПД зависит от повышения температуры питательной воды и понижения температуры дымовых газов. При проектировании поверхности нагрева экономайзера важно, чтобы температура утилизируемых дымовых газов на выходе была не ниже 55 °C для предотвращения образования конденсата на дне котла. Невыполнение данного условия может привести к выделению серной кислоты из дымовых газов, что может нанести вред металлическим нагревательным элементам. Преимущества установки экономайзеров включают сокращение выбросов угарного газа и снижение потребления энергии до 18%. Однако недостатком является относительно большой размер устройства, что требует наличия достаточного пространства для его инсталляции.

• кипящие экономайзеры — производят воду на выходе, нагревая её до точки кипения, что приводит к частичному образованию пара;
• некипящие экономайзеры — температура воды на выходе составляет 5-10 °C выше уровня конденсации дымовых газов, что обеспечивает подъем пара соответственно.

Экономайзеры также классифицируются по материалу, из которого они изготовлены:

• стальные – характеризуются способностью выдерживать гидроудары, имеют гладкие змеевики, но предрасположены к коррозии;
• чугунные – устойчивы к агрессивным средам, но могут выдерживать давление только до 2,4 МПа.

В зависимости от взаимодействия с теплоносителем устройства делятся на:

• поверхностные – в которых нагрев воды осуществляется перед подачей в котел или отопительную систему путем передачи тепловой энергии от поверхности стен агрегата;
• контактные – где нагрев жидкости происходит от непосредственного контакта с дымовыми газами.

Экономайзер газового парового котла не только помогает снизить загрязнение атмосферы за счет повторного использования дымовых газов, образующихся в процессе сжигания угля, мазута или природного газа, но и значительно повышает общую эффективность отопительной системы.

Принцип работы и обслуживание

При определении размеров парового котла стоит рассмотреть возможность установки экономайзера на топливо. Принцип его работы схож с функционированием водогрейного или парового котла – вода нагревается в замкнутом контуре, однако, в отличие от обычного котла, теплоноситель здесь подогревается за счет отработанных газов от горения топлива.

Значительное внимание уделяется регулярному обслуживанию экономайзера. Эта обязанность возлагается на оператора, который отвечает за котел. С внешней поверхности устройства накапливающиеся загрязнения могут быть удалены с помощью воздуходувки, в то время как внутренние поверхности очищаются другим способом – путем продувки водой.

Процесс очищения осуществляют следующим образом:

1. образуется пар в системе;
2. расширительная вода подается через трубу в устройство для промывки;
3. расширительная вода направляется на внутренние поверхности нагрева для их очищения;
4. удаляются остатки топлива с поверхностей.

Для эффективного функционирования экономайзера в связке с паровым котлом рекомендуется интегрировать систему безопасности и управление для более надежной работы всей установки.