Экономайзеры

ЭкономайзерыЭКОНОМАЙЗЕРЫ водяные, приборы, использующие для подогрева воды тепло газов, отходящих из паровых котлов и из промышленных печей. Само наименование этих приборов обусловливается тем, что при правильно выбранной поверхности нагрева и при хорошем уходе за ними увеличивается КПД тепловой установки, в результате чего появляется экономия топлива.

Материалом для изготовления водяных экономайзеров служат чугун, железо и сталь, причем согласно 110 статьи ныне действующих в СССР правил устройства, установки, содержания и освидетельствования экономайзеров применение чугуна допускается при изготовлении водяных экономайзеров для паровых котлов, работающих с давлением не свыше 22 atm; для паровых же котлов, работающих свыше 22 atm, допускается в каждом отдельном случае с разрешения органа котлонадзора СССР. Для изготовления деталей водяных экономайзеров применяется чугун мелкозернистой структуры из перлита с равномерным распределением возможно малого количества графита. Для отливок деталей экономайзера высокого давления применяют «эконит», или специальный сорт перлитового чугуна, с временным сопротивлением на разрыв до 38 кг/мм2. Способы отливки: горячее литье, центробежное литье, Тиссен-Эмеля, способ встряхивания; отливка производится при плавке в электрических печах и в печах Wust’a. По типу водяные экономайзеры различают гладкотрубные и ребристые, а по расположению труб - вертикальные и горизонтальные.

Основные конструкции экономайзеров. Чугунный экономайзер, изобретенный Эдвардом Грином в 1845 г., состоит из труб а (фиг. 1), впрессованных в коробки b и с.

Чугунный экономайзер

Трубы отливаются на конус с внешним диаметром 117—118,5 мм вверху и 115,5—117,5 мм внизу; внутренний диаметр труб в зависимости от давления 88—99 мм. При давлении до 20 atm концы труб, обточенные на конус, гидравлически или с помощью подтяжки болтов вручную впрессовывают в верхние и нижние коробки.

Способ соединения труб с коробками при помощи винтовых нарезов

При давлениях 20—35 atm применяют или способ соединения труб с коробками при помощи винтовых нарезов (фиг. 2) или при помощи особой кольцевой чеки - по методу завода Dusseldorf-Heerdt (фиг. 3).

Способ соединения труб с коробками при помощи особой кольцевой чеки - по методу завода Dusseldorf-Heerdt

Дополнительное укрепление труб в коробках производят также путём заполнения канавок, выточенных в местах конуса коробок и труб, расплавленным белым чугуном. Заполнение чугуном этих канавок, расположенных друг против друга, производится через высверленные снаружи отверстия. Эти отверстия затем заделывают при помощи пробок с нарезкой. Число труб в одной коробке (секции) 4—6—8—10— 12. Каждая коробка с помощью фланцев d на болтах вверху присоединяется к коллектору е (фиг. 1), а внизу к коллектору с. В верхнем и нижнем коллекторах против каждой секции имеется по лючку g. Секций в одном элементе делают 4—8—12—16, устанавливая между нижними коллекторами лирообразные компенсаторы а (фиг. 4).

Лирообразные компенсаторы

Экономайзеры, работающие при давлении свыше 20 atm, имеют специальные анкерные трубы, стягивающие верхние и нижние коллекторы. Трубы располагаются или рядами или в шахматном порядке, причем в экономайзерах газы двигаются как в направлении перпендикулярном, так и в направлении, параллельном трубам. Стандарты поверхностей нагрева одной трубы для экономайзеров, изготовленных в СССР, таковы: 1,0 м2, 1,25 м2, 1,40 м2 и 1,5 м2.

Движение воды в первоначальной конструкции экономайзера системы Грина происходило с подводом воды в нижние коробки и с отводом ее через верхние коробки (фиг. 1 и 5, а).

Движение воды в первоначальной конструкции экономайзера системы Грина

Впоследствии появились конструкции гладкотрубных чугунных вертикальных экономайзеров по схемам, отмеченным на фиг. 5 буквами b, с, d, е, f. Эти варианты в условиях практической работы никаких существенных преимуществ в смысле теплопередачи не дали, в силу чего и не получили широкого распространения. Очистка труб экономайзера системы Грина производится с помощью скребков (фиг. 4), приводимых в движение вверх и вниз специальным механизмом. Механизм для движения скребков требует 0,5—1,0 л.с. на каждые 100 труб. Для приведения в действие механических скребков применяют паровую машину, мотор или устраивают передачу от общей трансмиссии. Наличие цепей или тросов, выходящих из обмуровки экономайзера, увеличивает, с одной стороны, потерю тепла в окружающую среду, а, с другой стороны, избыток воздуха. Чтобы избежать всего этого, устраивают не постоянную, а периодическую обдувку труб, для чего закладывают в обмуровку трубы с насадками, приводимыми в движение вручную через соответствующую передачу.

Железный горизонтальный гладкотрубный экономайзер, устанавливаемый над котлами Бабкок-Вилькокс морского или полуморского типа (фиг. 6), состоит из зигзагообразных секций, в которые завальцованы трубы с наружным диаметром 102 мм. Передние секции вверху, а задние внизу соединены с помощью завальцованных отрезков труб с прямоугольными камерами. Питание водой производится с нижней стороны задней камеры, нагретая же вода выходит с верхней стороны передней камеры. Подобные же экономайзеры строит немецкая фирма Ганомаг для давления 65 atm при трубах диаметром 83/71 мм.

Железный горизонтальный гладкотрубный экономайзер

Железный экономайзер типа Counterflow английской конструкции (фиг. 7) состоит из стальных коробок, расположенных горизонтально, но так, чтобы завальцованные в них трубы имели наклон по движению воды снизу вверх. Экономайзеры эти строятся для давления 60 atm.

Железный экономайзер типа Counterflow английской конструкции

Железный экономайзер Ленинградского металлического завода им. т. Сталина (фиг. 8) состоит из секций, расположенных одна над другой в несколько рядов (на эскизе 5 рядов), причем первая и последняя секции имеют высоту вдвое меньше, чем все остальные. Все трубы вальцуются с наклоном по ходу потока воды снизу вверх.

Железный экономайзер Ленинградского металлического завода им. т. Сталина

Железный экономайзер кипящего типа к котлам Бабкок-Вилькокс, работающим при давлении 65 atm, состоит из прямых труб диаметром 51 мм, соединяемых по концам калачами на болтах. Наличие большого количества фланцевых соединений калачей, притом расположенных крайне тесно, усложняет их монтаж. Эксплуатация этого экономайзера крайне тяжела, т. к. пропуски во фланцевых соединениях наблюдаются при металлических и неметаллических прокладках.

Двухбарабанные вертикальные экономайзеры с гнутыми трубками строятся по типу котлов как дополнение к четырехбарабанным котлам Штейнмюллера, Кестнер-ЮМТ и т. д.

Экономайзеры типа Counterflow немецкой конструкции, состоящий из горизонтально расположенных коллекторов с завальцованными в них змеевиками и притом с уклоном отдельных ветвей по ходу воды снизу вверх, изображен на фиг. 9.

Экономайзеры типа Counterflow немецкой конструкции

Железный экономайзер для паровоза с давлением в 60 atm, построенный машиностроительным заводом в Винтертуре, указан буквой g на схеме фиг. 10, где а - верхний котел, b и с - основные трубы, d - водяные камеры, е - решетка, f - подогреватель, g - второй подогреватель питательной воды, h - воздухоподогреватель, i - пароотводная труба, k - дымовая труба, I - питательный насос, m - первый подогреватель питательной воды, n - водяной бак; о - паровая машина. Вода до вступления в трубы экономайзера предварительно подогревается в паровом подогревателе m. Трубы обоих подогревателей воды устроены так, что могут подвергаться чистке от накипи.

Железный экономайзер для паровоза с давлением в 60 atm

Ребристый экономайзер системы Каблица для давления до 20 atm (фиг. 11) состоит из чугунных ребристых труб диаметрами: 102/122 мм с диаметром ребер 226 мм. При помощи фланцев на болтах при клингеритовых прокладках трубы присоединяются: вверху к полой плите фасонной отливки, а внизу к полой коробке (калачу), одной на каждую пару труб. Верхняя плита и нижние калачи стянуты болтами. Комплект верхней коробки с присоединенными к ней трубами называется элементом. Верхняя полая плита имеет по краям по одному цилиндрическому отверстию диаметром 100 мм и ряд отверстий фасонной формы для каждой пары труб.

Ребристый экономайзер системы Каблица для давления до 20 atm

Для возможности удаления воздуха и пузырьков пара между отдельными частями полой плиты сделаны отверстия сечением 12/20 мм. Движение воды происходит т. о.: сначала вода идет по одной трубе вниз, а потом после прохода нижней коробки - по другой трубе вверх. Пройдя фасонный ход в верхней плите, вода опускается вниз, чтобы через нижнюю соединительную коробку перейти вверх и т. д. до выхода через крайнее отверстие в водопровод подогретой воды. Для возможности обдувки труб от налета золы между каждыми двумя соседними трубами вставляют конусы с клапанами, на конце которых имеется контргруз. Для возможности обдувки труб между двумя рядом расположенными элементами вставляются плиты с коническими отверстиями и с клапанами. В верхней плите против каждой трубы устроены лючки на болтах, причем крайние крышки лючков имеют серьги для продевания через них цепи или троса для подъема экономайзера. Обдувка труб производится специальным аппаратом с числом обдувочных труб соответственно количеству обдувочных отверстий. Элементы вертикального экономайзера Каблица стандартизованы для поверхностей нагрева: 27, 66, 90, 108, 110, 126, 132 и 154 м2.

Ребристый экономайзер системы Каблица для давления 20—35 atm (фиг. 12) состоит из ребристых труб со вставленными в них гладкими железными трубами. Движение воды идет так: через гладкую трубу вниз ребристой трубы, а потом по кольцевому промежутку вверх и во вторую секцию плиты и т. д. При своем движении вверх вода нагреваемся, а, входя в последующую железную вставленную трубу, освобождается от воздуха и пара, причем как пар, так и воздух могут удаляться через отверстия и воздухоотводчик в атмосферу.

Ребристый экономайзер системы Каблица для давления 20—35 atm

В экономайзере системы Каблица этой модели во избежание развития большой скорости вода опускается одновременно по трем вставным трубам и поднимается по трем кольцевым промежуткам между ребристой и гладкой трубами. Для возможности смены труб вставные трубы внизу опираются на особые железные поперечины, удерживаемые нижними крышками ребристых труб, верхние же концы гладких труб свободно вставляются в соответствующие отверстия распределительного корпуса. Ребристые трубы, как и в основной конструкции Каблица, присоединяются на болтах к верхней плите, почему и могут свободно расширяться. Распределительные плиты экономайзера системы Каблица высокого давления в целях придания элементу большей прочности выполняются по ширине вдвое меньших размеров, чем в экономайзере низкого давления. Эти экономайзеры, как уже было сказано выше, предназначаются для давления 20—35 atm. Другие фирмы, например, завод Штейнмюллера, допускают для своих чугунных экономайзеров давление до 60 atm, рекомендуя при более высоком давлении применять стальное литье. Уверенность фирмы Штейнмюллера в надежной работе чугунных экономайзеров до 60 atm обусловливается неоднократными испытаниями деталей экономайзеров, изготовленных из перлитового чугуна на давление до 250 atm, при котором не было обнаружено каких-либо повреждений.

Вертикальный ребристый чугунный экономайзер системы Липского (фиг. 13) состоит из верхней плиты, ребристых труб, расположенных в шахматном порядке, и из нижних соединительных калачей. Трубы вверху и внизу присоединяются с помощью болтов. Верхняя плита отлита по форме полукруглых колен, соединяющих каждую пару труб с плоской плитой снаружи для отделения газохода от наружной атмосферы.

Вертикальный ребристый чугунный экономайзер системы Липского

По концам диагонали плиты имеются приливы для присоединения на болтах угольников, подводящих и отводящих воду. Внизу калачей устроены конические лючки для спуска воды; такие же лючки имеются и вверху для возможности очистки труб от накипи. Для удаления газа и пара в плите имеется канал, связывающий верхние соединительные колена с подводящей и выводящими трубами. Вверху колен устанавливаются вантузы. Комплект, состоящий из плиты и восьми труб, называется элементом. Располагая такие элементы рядом, можно получить поверхности нагрева экономайзера в 24, 32, 40, 48 и 56 м2. Очистка труб от золы производится через автоматические лючки в плите с помощью специального аппарата.

Горизонтальный чугунный экономайзер системы Каблица (фиг. 14) состоит из таких же ребристых труб, как и его вертикальный экономайзер. Отдельные трубы снаружи соединяются калачами, сохраняя при этом шахматное расположение. Трубы кладутся свободно в отверстиях рам и уплотняются с помощью асбестового шнура и асбестовой прокладки, в силу чего расширение их обеспечено. При этом каждую трубу можно вытащить из обмуровки, не нарушая притом надолго работу экономайзера.

Горизонтальный чугунный экономайзер системы Каблица

Обдувка труб этого экономайзера производится паром или воздухом автоматически при помощи специального аппарата. Обдувочный аппарат, выдвинутый за обмуровку, занимает место в зависимости от поверхности нагрева экономайзера 1700— 2500 мм, работающий же аппарат - около 1765 мм. Водяной мотор расходует на одну очистку в среднем 100 л воды при 3—4 atm. Поверхность нагрева этих экономайзеров: 150, 198, 200, 240, 250, 300, 308, 350, 396, 400, 420, 480, 490, 500, 560, 600 и 700 м2.

Экономайзер Теплотехнического института (фиг. 15) имеет трубы с квадратными ребрами, срезанными под углами. Ребра к своему основанию утолщаются, что облегчает отливку труб. На каждом конце труб по два фланца: квадратный и круглый. Квадратные фланцы сделаны большего размера, чем ребра, почему между последними получается некоторый зазор.

Экономайзер Теплотехнического института

Сборка этих труб для образования требуемой поверхности нагрева производится так, чтобы каждая труба соприкасалась с вышележащей соответственными Сторонами своих квадратных фланцев. Последние т. о. не только фиксируют положение труб относительно друг друга, но и образуют сплошную перегородку, отделяющую дымовые газы от наружного воздуха. Для большего же уплотнения стыка этих фланцев в них сделаны канавки, приспособленные для уплотнения асбестовым шнуром и для расчеканки свинцом. Вторые (круглые) фланцы предназначены для последовательного соединения калачами труб экономайзера. В виду того что эти круглые фланцы расположены вне обмуровки, головки болтов, закладываемых сбоку в имеющиеся в них прорезы, не подвергаются действию высоких температур и окисляющему действию дымовых газов. Подвод воды производится в одну из крайних труб нижнего горизонтального ряда. Вода, пройдя последовательно все трубы нижнего ряда, переходит по калачу в трубу второго от низа ряда, а, пройдя последовательно все трубы этого ряда, идет в третий ряд и т. д. до выхода из одной из крайних труб верхнего ряда в водопровод. Воздухоотводчик (один на весь экономайзер) расположен в самой верхней его части. Нормально газы двигаются сверху вниз, но не исключается возможность хода газа и в горизонтальном направлении. Между каждыми четырьмя прямоугольными фланцами прикреплены сальники с набивкой из асбестового шнура, через которые вставлены трубы для обдувки наружной поверхности экономайзера. Эти обдувочные трубы или находятся все время внутри обмуровки между срезанными на угол ребрами или могут двигаться вперед и назад, причем установка труб м. б. только с одной стороны экономайзера или с двух его сторон. Экономайзер собирается последовательным укладыванием труб, причем нижний горизонтальный ряд опирается квадратными фланцами на железную балку. С боков и вверху экономайзера стягивается рамой из швеллеров, нажимающих на квадратные фланцы крайних вертикальных рядов. Такой способ сборки экономайзера практически неудобен, т. к. представляет известные затруднения при замене аварийных труб. Поверхность нагрева каждой трубы равна 7,5 м2.

Чугунные трубы экономайзера «Оhnе-Оhnе» (фирмы Hugo Szamatolski, Берлин) снабжены круглыми ребрами, причем соединение их между собою (фиг. 16) производится с помощью крышек k с ниппелями N из меди, бронзы, нержавеющей стали и другого материала. Развальцовка этих ниппелей производится через отверстия, расположенные против них и закрываемые бронзовыми пробками. Ниппели при развальцовке отбортовываются с обоих концов.

Экономайзер «Оhnе-Оhnе» (фирмы Hugo Szamatolski, Берлин)

Наличие ниппелей дает возможность иметь допуски длины труб значительно большими, чем то можно сделать в случае соединений с помощью фланцев. Вода через фланец Е вступает в соединительную трубу S, а из нее во все трубы первого ряда, пройдя которые, по коробкам переходит во второй ряд и т. д. Газы двигаются по стрелке F. Допустимым давлением для этих экономайзеров считают до 100 atm, основанием для этого служит пробное давление до 200-300 atm . Предельное давление, которое выдержал этот экономайзер при испытании его фирмой Ганомаг, 390 atm; при этом давлении разорвался не ниппель, а крышка k.

Ребристый экономайзер Главэнергопрома по системе Реймера (фиг. 17) состоит из чугунных труб с прямоугольными фланцами, соединяемыми внизу и вверху с помощью коллекторов, а в остальных рядах с помощью колен.

Ребристый экономайзер Главэнергопрома по системе Реймера

Расстояние первого ребра (фиг. 18) от фланца у каждых двух смежных труб разное, что способствует перемешиванию дымовых газов и уменьшению мертвых углов.

Ребристый экономайзер Главэнергопрома по системе Реймера

Трубы выполняются в двух конструкциях: одна для низких давлений - в виде нормальных ребристых труб - и другая для высоких давлений (до 65 atm при 100 atm во время гидравлической пробы) - в виде ребристых труб (фиг. 19), снабженных двумя продольными ребрами и с утолщением у фланцев; на концах труб также имеются добавочные продольные ребра, связанные для жесткости с поперечными ребрами уменьшенного размера.

Ребристый экономайзер Главэнергопрома по системе Реймера

При высоких давлениях выполняются с ребрами и переходные колена к коллектору (фиг. 20).

При высоких давлениях выполняются с ребрами и переходные колена к коллектору

Экономайзеры эти снабжаются специальным трубопроводом (фиг. 21) и эжектором М.

Ребристый экономайзер Главэнергопрома по системе Реймера со специальным трубопроводом

Нормально д. б. открыты вентили A, D и К, причем вода от насоса H, пройдя вентиль D, эжектор М и вентиль К, вступает через коллектор во все трубы нижнего ряда экономайзера. Нагретая вода, пройдя последовательно все ряды экономайзера, выходит из труб экономайзера в коллектор, а из него через вентиль А в магистраль к котлу. В тех случаях, когда питательная вода подается насосом Н с температуры ниже точки росы, открывают вентиль В, почему в силу эжекции питательной воды от насоса будет засасываться некоторое количество нагретой воды Из верхней части экономайзера, в результате чего повысится температура воды, вступающей в нижние трубы экономайзера. В силу того, что давление в трубопроводе до экономайзера больше, чем в трубопроводе за экономайзером, то при слабой эжекции в аппарате М не исключаются перепуски питательной воды через вентили В и А в трубопровод горячей воды. Вентиль Е назначен для питания котла помимо экономайзера. Промывка экономайзера производится через вентиль С, для чего открывают лишь вентили D и В. Обдувочный аппарат сострит из системы горизонтальных или вертикальных труб, располагаемых между ребристыми трубами и с тем расчетом, чтобы каждая труба могла обдуваться со всех четырех сторон. Конструкция обдувочного аппарата жесткая, передвигаемая по длине труб посредством роликовых направляющих. Поверхность нагрева одной трубы при длине 2,0 м равна 4 м2. Недостатки этого экономайзера общие с подобными конструкциями, собираемыми путем наложения труб одна на другую и без каких-либо промежуточных опор, позволяющих вынуть любую трубу, не нарушая всей системы экономайзера. Чугунные экономайзеры, указанные на фиг. 17, заводы Главэнергопрома выполняют до рабочего давления в 65 atm, при больших же давлениях они собирают трубы по модели 1932 г., изображенной на фиг. 22.

Чугунные экономайзеры, указанные на фиг. 17, заводы Главэнергопрома выполняют до рабочего давления в 65 atm, при больших же давлениях они собирают трубы по модели 1932 г.

Он состоит из цельнотянутых труб 1, на которые надеты в горячем состоянии (в дальнейшем предположена контактная сварка) ребристые восьмиугольные кольца 2 и установочные кольца по краям труб 3—4. Трубы ввальцовываются во фланцевые крышки по 4, 5, 6, 7, 8 и 9. Длина каждой трубы 4 м вместо 2 м в случае чугунных ребристых труб, что имеет большое значение в смысле уменьшения габаритных размеров по сравнению с чугунными трубами.

Экономайзер для высокого давления системы Фастера (фиг. 23) состоит из цельнотянутых труб, на которые надеваются на резьбе чугунные ребристые элементы, назначенные для предохранения стальных труб от действия газа. Стальные трубы развальцовываются в стальных же коллекторах через лючки, сделанные против каждой трубы. В Америке делают также ребристые экономайзеры, подобные экономайзерам системы Фастера, но с ребристой рубашкой из стального литья, покрытого снаружи свинцом.

Экономайзер для высокого давления системы Фастера

Игольчатые трубы (фиг. 24—26) в экономайзере системы С. Amme (Liesen а. Со., Krefeld) отлиты по две вместе с одним фланцем, в силу чего упрощается их сборка, а газоходы уменьшаются, зато при аварии одной трубы приходится удалять две трубы. На фиг. 26 вверху указан элемент воздушного экономайзера, а внизу - водяного.

Игольчатые трубы в экономайзере системы С. Amme

Игольчатые трубы в экономайзере системы С. Amme

Экономайзер непрямого действия системы Шмидта (фиг. 27) состоит из железных змеевиков с и f, соединенных между собою трубами d и e. Змеевики с расположены в газоходе, а f - в герметически закрытом баке i.

Экономайзер непрямого действия системы Шмидта

Трубопровод соединен трубой b с паровым пространством а парового котла, в силу чего вся система труб с—f заполнена конденсатом. К низу бака i по трубопроводу g подводится питательная вода, которая, поднявшись в верх бака по трубопроводу h, направляется в паровой котел. В этом экономайзере, следовательно, по змеевикам с и f циркулирует одна и та же вода, воспринимающая тепло газа в змеевике с и отдающая тепло питательной воде через змеевик f. Осадки из питательной воды располагаются на днище бака и на трубах змеевиков f, причем для чистки приходится последние вынимать наружу, что представляет определенные неудобства. Кроме того, с тепловой стороны эти экономайзеры не представляют никаких преимуществ против экономайзеров непосредственного действия, а стоимость их значительно выше.

Вращающийся экономайзер-дымосос чехословацкой фирмы Nebrich (фиг. 28) состоит из разъемного корпуса А, в котором расположен ротор Q. Последний, приводимый в движение от мотора или трансмиссии через шкив Т, производит подсос и нагнетание газов так же, как в нормальных дымососах.

Вращающийся экономайзер-дымосос чехословацкой фирмы Nebrich

Между всасывающим штуцером В для приема газа из борова и напорным С для отвода газа в боров находится шибер для выключения аппарата из потока газа. Осью ротора служит полый стальной вал J, оканчивающийся съемными концами К, проходящими через сальники W. Сальники снабжены масляным насосом L. Вал J покоится на подшипниках G с водяным охлаждением со стороны корпуса. В месте М полый вал имеет перегородку. На нем же укреплены специальные шкивы N, в ободе которых расположены медные или стальные нагревательные трубы X (фиг. 29) с железными пластинами Y.

Вращающийся экономайзер-дымосос чехословацкой фирмы Nebrich

Последние насаживаются на трубы путем постепенного повышения давления в трубах до 600 atm. Два конца двух соседних трубок X завальцовываются в стальные коробки Z и притом так, чтобы мог осуществляться замкнутый поток воды по следующему направлению: через сальник W в полый вал J и через соединительную трубу Р в трубу внутреннего ряда, из нее в трубу среднего ряда, далее в трубу верхнего ряда, а из нее в следующую трубу верхнего ряда и т. д. до последней трубы верхнего ряда, после чего вода через коробку Z спускается в средний ряд, проходит последовательно все его трубы, спускается в первый внутренний ряд и, пройдя последовательно трубы этого ряда, вступает в трубу R из нее в полый вал по другую сторону перегородки М и через сальник в соответствующий водопровод. Количество труб Р и R делают в зависимости от размеров экономайзера - 2, 4 и больше, такое же количество получается и параллельных потоков воды. Для очистки труб от накипи предусмотрены в коробках пробки S. Число оборотов вращающегося экономайзера в зависимости от величины его колеблется в пределах 160—500 об/мин. Создаваемая при этом тяга не только преодолевает собственное сопротивление экономайзера, но и достигает величины в 50 мм вод. ст., причем по данным фирмы путем специальной конструкции тяга м. б. доведена до 100 мм вод. ст. Расход энергии на вращение аппарата около 1 л.с. на 1000 кг воды при разрежении в 25 мм вод. ст. во всасывающем штуцере. Подогрев воды при нормальных условиях на 60—120°С. Могут строиться эти экономайзеры на любую производительность, начиная от 1000 кг/ч, причем наибольший из построенных экономайзеров имеет производительность 60 т/ч с поверхностью нагрева в 2600 м2. Давление, на которое могут эти экономайзеры строиться по данным фирмы, - до 150 atm, причем при повышенных давлениях нагревательные трубы выполняются из высококачественной стали. Хотя отложение золы на трубах и незначительно, все же предвидена обдувка их на ходу через специальные обдувочные устройства. Внутренняя очистка производится через отверстия пробок S. Вследствие компактности и портативности вращающийся экономайзер доставляется на место установки в собранном виде; длительность монтажа 7—8 дней.

Условия теплопередачи во вращающемся экономайзере благоприятны по нижеследующим причинам: а) достигается большая скорость движения газов; б) двигаясь вдоль поверхности нагрева, газы разбиваются на большое число отдельных струек; в) отсутствует т. н. пограничный слой холодных газов у поверхности нагрева; г) вследствие большой скорости движения газов и ротора отложение летучей золы незначительно; д) потеря тепла в окружающую среду незначительна, так как статор изолируется. При выборе подобных экономайзеров необходимо предвидеть запасный агрегат, т. к. остановка его на ремонт и на чистку выключает не только подогрев воды, но и тяговый аппарат. Отрицательным моментом также служит ременная передача, работающая в условиях относительно высоких температур.

Сравнительная характеристика водяных экономайзеров а) При одной и той же поверхности нагрева ребристые экономайзеры занимают меньшую площадь пола, чем гладкотрубные, б) Квадратная форма ребра по сравнению с круглой формой ребра дает лучшее отношение полезной поверхности нагрева к абсолютной, меньший габарит при одинаковой поверхности нагрева, в) Наибольшее омывание газами труб происходит при шахматном расположении их. г) Наибольший коэффициент теплопередачи К при одинаково чистых поверхностях нагрева получается у железных гладкотрубных экономайзеров, ниже - у гладкотрубных чугунных типа Грин и еще ниже у ребристых экономайзеров.

Коэффициенты теплопередачи приведены в таблице и на фигурах:

Характеристики экономайзеров

1) фиг. 30 - для железного экономайзера «Counterflow» с диаметром труб 50 мм;

Коэффициент теплопередачи для железного экономайзера «Counterflow»

2) фиг. 31 - для гладкотрубных чугунных экономайзеров: кривая I - для нормального Грина, кривая II - для Грин-Крюгер, кривая III - для циркуляционного Грина;

Коэффициент теплопередачи для гладкотрубных чугунных экономайзеров

3) фиг. 32 - для ребристых экономайзеров;

Коэффициент теплопередачи для ребристых экономайзеров

4) коэффициенты теплопередачи для Главэнергопрома даны на фиг. 33; сопротивление этого экономайзера дано на фиг. 34.

Коэффициенты теплопередачи для Главэнергопрома

Сопротивление экономайзера

д) Загрязнение поверхностей нагрева экономайзера уменьшает коэффициент теплопередачи больше у ребристых экономайзеров (0,7—0,8 от чистого), чем у гладкотрубных (0,8— 0,9 от чистого). е) В горизонтальных экономайзерах с трубами, не имеющими наклона по ходу воды, на внутренней поверхности могут осаждаться: внизу ил (шламм), ухудшающий теплопередачу, а вверху газы, способствующие разъеданию стенок экономайзера. ж) При одном и том же расстоянии между трубами (фиг. 35), при потоке газов перпендикулярно к осям труб и при одной и той же затрате тяги наибольшая скорость в свободном промежутке fs, между трубами Vs получается у гладкотрубных экономайзеров.

Расстояние между трубами экономайзерами

з) Для ребристых экономайзеров по типу фиг. 36 при одном и том же количестве газа и при одном и том же теплопоглощении число труб и общая их длина д. б. согласно фиг. 37 (затрата тяги для экономайзеров А—D—10 мм вод. ст., а для экономайзера Е—3,1 мм вод. ст.; экономайзеры А—D сравниваются с естественной тягой, а Е - с искусственной),

Ребристые экономайзеры

Число труб и общая их длина ребристых экономайзеров

и) Гладкотрубные экономайзеры с непрерывно действующими приспособлениями для очистки наружной поверхности нагрева имеют перед ребристыми и другими экономайзерами с периодической обдувкой то преимущество, что при правильной работе этих механизмов сохраняется постоянство коэффициента теплопередачи. Вместе с тем такой способ очистки труб, хотя и исключает надобность в паровой или воздушной обдувке, но зато сопровождается присосом воздуха внутрь обмуровки через отверстия для цепей или тросов и требует к тому же затраты механической энергии. к) Вес ребристых чугунных экономайзеров на 1 м2 приблизительно в 3 раза меньше, чем гладкотрубных чугунных экономайзеров. л) В смысле свободы расширения на первом месте стоят железные экономайзеры с гнутыми трубками, далее вертикальные экономайзеры типа Каблиц, горизонтальные экономайзеры и наконец вертикальные Грина по типу фиг. 1. м) Наиболее чувствительны к степени очистки воды от накипеобразователей и от газа железные змеевиковые экономайзеры, почему надежность их работы м. б. только при абсолютно чистой и абсолютно деаэрированной воде. н) В смысле возможности осмотра фланцевых соединений наиболее неблагоприятны экономайзеры с фланцевыми соединениями, находящимися в сфере действия горячих газов; в таком же положении находятся и места прессовок у экономайзера Грина. о) По стоимости 1 м2 экономайзеры распределяются так: наибольшая для железных, меньшая для гладкотрубных типа Грин и наконец еще меньше для ребристых экономайзеров.

Арматура и гарнитура водяных экономайзеров должны быть в соответствии с отделом IV/2 правил органов надзора СССР относительно устройства, установки, содержания и освидетельствования водяных экономайзеров. Согласно § IV/6 все экономайзеры должны подвергаться освидетельствованию и гидравлической пробе.

Питание водяных экономайзеров должно производиться равномерно и без толчков, причем рекомендуется: а) устанавливать лишь те регуляторы питания, которые не могут запираться внезапно; б) питание производить с помощью центробежных насосов; в) при наличии лишь поршневых насосов дополнять питательный трубопровод воздушными колпаками, допуская лишь равномерную работу насосов; г) иметь на экономайзере аппараты для тщательного удаления из него газа и пара; примером последнего устройства может служить аппарат фирмы Неring (фиг. 38).

Аппарат для удаления газов из экономайзера фирмы Неring

Обмуровка водяных экономайзеров должна соответствовать следующим требованиям: а) каркас экономайзера должен быть рассчитан на восприятие кроме нагрузок от действия веса металлических частей экономайзера и находящейся в трубах и коллекторах воды, также и нагрузок от расширения кладки; б) кирпичная кладка д. б. плотной, для чего необходимо выполнять ее толщиной не менее 1,5 кирпича, при железо-асбестовой или подобной обмуровке стыки отдельных щитов не должны пропускать воздух внутрь обмуровки; то же требование д. б. предъявлено как к стенкам, образуемым ребрами и коллекторами экономайзера, так и к гарнитуре экономайзера; в) профиль обмуровки должен иметь минимальное количество мертвых углов, для чего подвод и отвод газа должны производиться по всему сечению экономайзера; г) золовые камеры д. б. достаточного объема, причем спуск из них золы желателен без нарушения работы экономайзера; д) в обмуровке д. б. достаточное количество смотровых люков размером не менее 400 x 400 мм, хорошо уплотненных и изолированных во избежание потери тепла в окружающую среду; е) промежуток между крайними трубами соседних элементов для возможности их осмотра д. б. не менее 350—400 мм; ж) при элементах, вынимаемых вверх, необходимо иметь свободную высоту под обмуровкой, равную высоте металлической части их, увеличенной по крайней мере на 500 мм; при элементах, вынимаемых вбок, необходимо иметь свободное пространство от обмуровки, равное длине металлической части экономайзера, увеличенной по крайней мере на 300 мм; з) для возможности регулирования потока газа, а также и для выключения экономайзера на случай чистки и ремонта необходимо иметь обходный боров, отключаемый от экономайзера плотными заслонками; и) все металлические части экономайзера, выступающие за обмуровку, д. б. по возможности изолированы; к) расстояние между стеной здания и обмуровкой экономайзера должно быть не менее 70 мм, для уменьшения потери в окружающую среду этот промежуток д. б. заполнен изолирующим веществом (асбестом, инфузорной землей и т. п.).

Механический расчет деталей водяных экономайзеров должен производиться по правилам для сосудов, находящихся под давлением выше атмосферного.

Температура питательной воды, вступающей в экономайзер, во избежание наружного ржавления труб, ребер и других деталей экономайзера, д. б. не ниже точки росы.

Сопротивление водяных экономайзеров со стороны газа, возрастающее со скоростью движения газа, ориентировочно можно брать:

а) для гладкотрубных экономайзеров типа Грин

ekonomaizer f1

б) для ребристых типа Каблиц

ekonomaizer f2

(n - число рядов труб вдоль потока газа, w скорость движения газа в м/сек). Более точно значения сопротивления берутся по диаграммам испытаний, составленным по типу фиг. 39.

Сопротивление водяных экономайзеров со стороны газа

Установка водяных экономайзеров в зависимости от системы их и экономического подсчета делается или индивидуальной для каждого котла или групповой на несколько котлов. Все современные котлы высокого давления имеют индивидуальные экономайзеры, обмурованные с обходным боровом или без него. Последний способ обмуровки неудобен, т. к. при аварии с экономайзером приходится выключать весь котельный агрегат. Групповые экономайзеры всегда должны делаться с обходным боровом, плотно отключаемым заслонками от экономайзера.

При эксплуатации водяных экономайзеров необходимо наблюдать прежде всего, чтобы приборы (термометры, предохранительные клапаны, манометры, газоудалители и вентили) работали исправно, и чтобы рабочее давление не превышало разрешенного органами надзора СССР. Наполнение водой экономайзера, находящегося в горячем состоянии, из-за условий сохранения плотности фланцевых и других соединений недопустимо. При наполнении экономайзера водой также необходимо следить, чтобы воздух удалялся из него полностью, для чего следует приподнимать предохранительный клапан. Нельзя допускать резких колебаний в температуре питательной воды, т. к. последствием этого м. б. отрывы коллекторной коробки от труб и т. п.; температура питательной воды не д. б. ниже точки росы, т. к. иначе будут непроизводительно изнашиваться наружные поверхности экономайзера; температура воды при выходе из экономайзера также не д. б. ниже той, которая принята при расчете котельной установки, т. к. иначе повышается температура перегретого пара, достигая иногда (фиг. 40) недопустимо высоких значений. Заполнение выключенных экономайзеров газами должно производиться после установления хорошего горения топлива, т. к. иначе в мертвых углах и в мешках обмуровки может образоваться гремучая смесь, ведущая к взрывам газов. Предохранительные клапаны должны регулярно испытываться на плотность и надежность работы. Регулировка тяги должна производиться с помощью шибера между трубой и экономайзером, т. к. иначе при регистре, открытом полностью у дымовой трубы, будет подсасываться через неплотности экономайзера значительное количество холодного воздуха.

Температура перегретого пара

Взрывы водяных экономайзеров могут происходить от разных причин, из которых главные: гидравлический удар, взрыв газа, изношенность отдельных деталей экономайзера, неравномерная толщина стен труб, недоброкачественность материала, неправильная конструкция, недостаточный запас прочности материала, наличие под коркой литья пустот или шлака. Взрывы экономайзера сопровождаются разрушениями, не уступающими разрушениям, происходящим при взрывах паровых котлов. При повреждениях или взрывах экономайзера правила органа надзора СССР, требуют применения ст. ст. 89—91, касающихся паровых котлов. 

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 26 - 1934 г.