Экономайзеры
Экономайзеры соответственно назначению условно делят на два типа: некипящие и кипящие. В экономайзере воспринимается 10-20 % теплоты топлива. Некипящие экономайзеры предназначены для подогрева питательной воды только до температуры насыщения и устанавливаются индивидуалвно на котел или на группу котлов низкого давления (до р=2,4 МПа) и малой мощности и могут отключаться от котлов по газовому и водяному тракту. Их ввшолняют в виде пакета гладких, стальных или чугунных ребристых труб с оребрением с газовой стороны. Длина оребренной чугунной трубы экономайзера конструкции ВТИ составляет 1,5; 2 или 3 м, диаметр трубы 76X8 мм, наружные ребра квадратные размером 150Х Х150 мм. Число труб в пакете в горизонтальной плоскости определяется, исходя из скорости продуктов сгорания, обычно равной 6-9 м/с; число горизонтальных рядов труб экономайзера определяется требуемой поверхностью нагрева. Значения коэффициента теплопередачи, отнесенного к полной наружной поверхности экономайзера, приведены в [1]. При скорости продуктов сгорания 8 м/с к = 20 Вт/(м2*К). Температурный напор в некипящем экономайзере определяется как средний логарифмический по формуле (9.41).
Кипящие экономайзеры в современных котлах любого давления устанавливают индивидуально к каждому из них. Экономайзеры не отключаются по водяному и газовому трактам от остальных элементов котла.
В целях интенсификации теплообмена экономайзеры выполняют из трубок малого диаметра dн = 28/38 мм при толщине стенки 2,5-3,5 мм. Концы змеевиков экономайзера объединяют коллекторами, вынесенными из области газового обогрева. В мощных котлах с целью уменьшения количества трубок, проходящих через обмуровку экономайзера, змеевики объединяют в соединительных патрубках, которые пропускаются через обмуровку к коллекторам. Иногда коллекторы, объединяющие змеевики, размещают в газоходе, где расположены экономайзеры, и одновременно они служат также для его опоры.
Трубки экономайзера обычно располагают в шахматном порядке, что обеспечивает большую эффективность теплообмена примерно на 25 % по сравнению с теплообменом при коридорном расположении труб и соответственное уменьшение габаритов экономайзера. Стальные гладкотрубные экономайзеры с параллельным включением ряда змеевиков изображены на рис. 21.1. В целях уменьшения габаритов, которые занимают экономайзеры, в котлах большой мощности увеличивают число рядов параллельно включенных змеевиков, предусматривая два входных и два выходных коллектора, расположенных на противоположных стенках конвективной шахты. Встречные змеевики смещены по глубине газохода с таким расчетом, чтобы было выдержано оптимальное значение отношения S2/dн равное 1,25.
В другой конструкции малый продольный шаг труб достигается лирообразным изгибом труб. Крепление коллекторов экономайзеры осуществляют путем их установки на опорных или подвесных конструкциях. К коллекторам змеевики присоединяют вальцовкой или сваркой через промежуточные штуцера (рис. 21.2). Выходной коллектор экономайзера присоединяют к барабану котла несколькими водоперепускными трубами, в которых обеспечивается восходящий поток с целью свободного выхода с водой газов и образовавшегося в экономайзере пара в барабан. Для удобства очистки поверхностей нагрева от наружных загрязнений и его ремонта экономайзер разделяют на пакеты высотой до 1 м. Разрывы между пакетами должны быть 550-600 мм, а между пакетами экономайзера и воздушным подогревателем - не менее 800 мм.
Змеевики экономайзера располагают перпендикулярно и параллельно фронту котла (рис. 21.3). В первом случае длина змеевика невелика, что облегчает их крепление. Во втором случае резко уменьшается число параллельно включенных змеевиков, но усложняется их крепление. В котлах небольшой мощности применяют одностороннее расположение коллекторов. В котлах с развитым фронтом экономайзеры выполняют двусторонними, симметричными, с расположением коллекторов с двух боковых сторон конвективной шахты. Скорости воды в экономайзере принимают, исходя из условий предотвращения в них расслоения пароводяной смеси и кислородной коррозии. При малой скорости воды остающийся в ней кислород задерживается в местах шероховатости верхней образующей трубок и вызывает язвенную коррозию, которая распространяется на большую толщину стенки трубки вплотв до образования свищей. Расслоение пароводяной смеси при малой скорости потока вызывает ухудшение условий их охлаждения и перегрей металла трубок.
Массовая скорость воды в экономайзере при восходящем его потоке должна быть выбрана с учетом характеристики рабочей среды и условий теплообмена. Например, для конвективных некипящих элементов массовая скорость воды должна составлять 500-600 кг/(м2*с). Для других элементов экономайзера рекомендуемая массовая скорость приведена в гл. 10. При указанных в этой главе массовых скоростях коэффициент теплоотдачи к воде ct2 = 3000-/4000 Вт/(м2*К), что обеспечивает надежное охлаждение трубок. Отдельные ступени экономайзера выполняют как самостоятельные элементы, и для уменьшения тепловой и гидравлической разверки между трубками ступеней целесообразно их секционировать. Соединительные трубки между ступенями экономайзера используют для перемешивания и переброса воды перед поступлением ее в кипящую ступень. Паросодержание на выходе воды из кипящей ступени экономайзера не должно быть более 15-20 %. Скорость газов принимают до 12 м/с при работе котла на твердом топливе и до 16-20 м/с - на газе и мазуте.
В целях повышения эффективности теплообмена и компактности экономайзеров мощных котлов к трубкам приваривают плавники или экономайзеры выполняют из плавниковых трубок (рис. 21.4); при этом объем, занимаемый экономайзером, уменьшается на 20-25 %.
Конструкцию экономайзера характеризуют следующие показатели: удельный объем, занимаемый экономайзером, V/Q, м3/МВт, - габаритная характеристика; удельный расход металла экономайзера G/Q, кг/МВт, массовая характеристика; удельная стоимость экономайзера А/Q, руб/МВт, стоимостная характеристика.
Зависимость этих характеристик от удельного расхода электроэнергии на тягу дает возможность выявить оптимальный диаметр трубок экономайзера (рис. 21.5). Как видно из графика, с уменьшением диаметра трубок значительно улучшаются все характеристики экономайзера. Минимальное значение применяемого диаметра трубок определяется условиями изготовления экономайзера.
При расчете экономайзера его необходимое тепловосприятие на единицу массы сжигаемого топлива, кДж/кг, определяется в общем случае по формуле
где Qp - расчетная теплота сгорания топлива, кДж/кг; Qn, Qk, Q п.з, Qn.n, Q вт - количество теплоты, воспринимаемое на единицу поступающего топлива лучеиспусканием в топке, конвективными испарительными поверхностями нагрева, переходной зоной (в прямоточных котлах), первичным и вторичным пароперегревателями, кДж/кг; Пк-КПД котла; q4- потери от механического недожога, %.
При расчете должны учитываться фактический расход воды с учетом продувки, а также приращение энтальпии за счет пропуска части ее через поверхностный пароохладитель. При этом энтальпия воды, поступающая в экономайзер, кДж/кг, определяется по формуле
где hпв - энтальпия воды, поступающей в котел, кДж/кг; ∆hпo - разность энтальпий пара до пароохладителя и после него, кДж/кг; Dnn и DSK - расходы пара, проходящего через пароперегреватель, и воды, проходящей через экономайзер, кг/с.
Теплота, которую получают экономайзеры, кДж/кг, и подсчитанная по формуле (21.1) при заданных значениях энтальпий продуктов сгорания, подогретого воздуха и уходящих газов, исходя из теплового баланса продуктов может быть определена из выражения
где Qnn, Qвозд, Qy г - теплота продуктов сгорания за пароперегревателем, подогретого воздуха и уходящих газов, кДж/кг. Если Qэк больше, чем необходимо для кипения воды, паросодержание на выходе из экономайзера определяется из выражения
где Qнac - теплота воды при температуре кипения при данном давлении, кДж/кг; г - теплота парообразования при данном давлении, кДж/кг. Необходимая площадь поверхности нагрева экономайзера определяется с учетом формулы (21-3).
