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.

В котлах небольшой мощности применяют одностороннее рас­положение коллекторов. В котлах с широкой фронтальной стеной (рис. 4.19.3, в, г) экономайзеры выполняют двусторонними, сим­метричными, с расположением коллекторов с двух боковых сто­рон конвективной шахты.

Скорость воды в экономайзере принимают с учетом условий предотвращения в них расслоения 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.

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.

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.

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.

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.