Экономайзер в котельной¶

Экономайзер — устройство для утилизации тепла отходящих дымовых газов котельного оборудования, представляющее собой теплообменник, в котором тепловая энергия дымовых газов передаётся воде или пару рабочего тела котла. Применение экономайзеров позволяет повысить КПД котельной установки на 3–8 % за счёт снижения температуры уходящих газов и подогрева питательной воды перед подачей в котёл.

¶Принцип работы

Котёл, сжигающий топливо, отводит продукты сгорания через дымовую трубу. Температура уходящих газов на выходе из котла, как правило, составляет 150–250 °C и выше. Экономайзер устанавливается в дымовом тракте за котлом (по потоку газов) и представляет собой пучок труб, по которым циркулирует питательная вода. Проходя через экономайзер, вода подогревается на 40–80 °C за счёт тепла дымовых газов, после чего поступает в котёл. Снижение температуры уходящих газов до 100–140 °C уменьшает потери тепла с дымовыми газами, что непосредственно повышает КПД котельной установки.

¶Конструкция и виды

По конструктивному исполнению экономайзеры подразделяются на:

• Коленчатые — изогнутые трубы, сваренные в змеевик, просты в изготовлении, применяются преимущественно в котлах малой и средней мощности.
• Секционные — состоят из отдельных секций, что упрощает транспортировку и замену изношенных элементов.
• Секционно-блочные — объединяют достоинства секционных и блочных конструкций, монтируются в заводских условиях.
• Блочные — полностью собираются на заводе и поставляются в виде готового модуля.

По типу рабочего тела различают водяные и паровые экономайзеры. Водяные нагревают питательную воду и являются наиболее распространёнными. Паровые экономайзеры служат для перегрева пара и применяются в энергетических котлах высокого давления.

По материалу труб — стальные (для температур газов до 450 °C) и чугунные (устойчивы к коррозии, применяются при низких температурах уходящих газов и влажном топливе). Для газовых котлов, где температура газов невысока, а конденсат агрессивен, используются экономайзеры из нержавеющей стали.

¶Конденсационные экономайзеры

Отдельный тип — конденсационные экономайзеры (конденсаторы), применяемые в газовых котлах. Они охлаждают уходящие газы до температуры ниже точки росы (около 55 °C для природного газа), что позволяет не только утилизировать sensible heat (чувствительное тепло), но и latent heat (скрытую теплоту) конденсации водяного пара, содержащегося в продуктах сгорания. КПД таких установок может достигать 95–98 % (по низшей теплоте сгорания). Для предотвращения коррозии применяют трубы из нержавеющей стали или полимерные теплообменники.

¶Экономайзеры в российской промышленности

В СССР и России массовое производство экономайзеров налажено на ряде машиностроительных предприятий. Наиболее известны модели серии ЭК, выпускаемые для промышленных водотрубных котлов. Экономайзеры для котельных установок ТЭЦ и промышленных предприятий производят, в частности, заводы «Баррикада» (Волжский), «Красный котельщик» (Таганрог), «Подольскэнергомаш». Для маломощных котельных и индивидуальных газовых котлов экономайзеры поставляют компании Buderus, Viessmann, Baxi, Protherm, а также российские производители.

¶Эффективность и расчёт

Экономический эффект от установки экономайзеров зависит от исходной температуры уходящих газов, расхода топлива и стоимости энергоресурсов. Ориентировочный прирост КПД котла при снижении температуры уходящих газов на каждые 10–12 °C составляет около 1 %. Для промышленных котлов мощностью 10–50 МВт установка экономайзеров окупается, как правило, за 1–3 года эксплуатации.

При расчёте учитывается необходимость поддержания температуры стенок труб экономайзера выше точки росы продуктов сгорания (для сернистого топлива — 120–150 °C), иначе возможна конденсация кислот и коррозия газоходов. Для предотвращения этого применяют рециркуляцию питательной воды, обогрев воздуха перед горелкой или установку конденсатоотводчиков.

¶Обслуживание и эксплуатация

Основные неисправности экономайзеров — засорение газовых каналов сажей и золой, протечки в трубных пучках, коррозионный износ. Для очистки применяют пароводяные продувки, пескоструйную обработку, механическую чистку. Периодичность осмотров регламентируется правилами технической эксплуатации котельных установок (ПТЭ котлов) и составляет, как правило, не реже одного раза в год.

¶Применение

Экономайзеры устанавливаются на котельных установках ТЭЦ, промышленных котельных, отопительных котельных районного и местного значения, на судовых и железнодорожных котельных установках. Обязательное применение экономайзеров на энергетических котлах мощностью свыше 1 МВт предусмотрено нормативными документами по энергосбережению.

Источники:

• ГОСТ Р 53567-2009 «Котлы водогрейные. Технические условия»
• Правила технической эксплуатации электрических станций (ПТЭС)
• Справочник котельщика / под ред. А. Н. Квашнина
• Теплообменники и экономайзеры: учебное пособие / В. А. Пермяков
• Теплотехника / под ред. В. И. Тищенко