Назначение и способы изготовления экономайзера для котла отопления

Для пользователей автономных котлов реальность такова, что при номинальном КПД 90–95 %, справедливом при эксплуатации в идеальных условиях, на практике он часто не превышает 80–82 %. Поэтому многие пытаются повысить эффективность оборудования разными способами, в т. ч. установив экономайзер.

Что из себя представляет экономайзер для котла

Экономайзер котла (утилизатор теплового выхлопа) – это теплообменный агрегат, который повышает КПД устройства за счёт уже отработанной энергии.

Фактически он принимает на себя тепло отводных продуктов горения (дымовых газов), которое выделяется в процессе работы практически любого котла (в т. ч. твёрдотопливного и газового), аккумулирует его и направляет изначальному теплоносителю для дополнительного полезного использования.

По сути, экономайзер является опциональной деталью для котла, которая добавляет возможность предварительного нагрева теплоносителя без использования основной (высвобождаемой при сгорании топлива) тепловой энергии оборудования, что помогает максимально оптимизировать его работу:

• избежать загрязнения воздуха – предотвращение выброса перегретых (угарных) газов способствует сохранению экологической и гигиенической чистоты;
• продлить срок службы оборудования – быстрый нагрев и поддержание тепла позволяет не допускать пагубных для котла резких перепадов температуры;
• уменьшить затраты на отопление – снижение потребления энергоносителей (на 4–18 %) в конечном итоге приводит к заметной экономии денежных средств.

Таким образом, в связке с автономными котлами большой мощности стоимость экономайзера окупается уже через 2–3 года постоянного использования.

В базовом исполнении устройство экономайзера представляет собой многоступенчатую систему трубок змеевидной или зигзагообразной формы. Эти трубки объединяются по несколько секций (общей конфигурации) в один блок, который в целях безопасности обшивается теплоизоляционным каркасом.

В нижней части конструкции находится впускная труба для подачи воды, а сверху – выпускная труба для забора теплоносителя. Также, непосредственно перед впускной линией монтируется предохранительный клапан: его главное назначение – защита мест соединения труб от резких скачков давления (гидроудара).

Принцип работы экономайзера заключается в создании противоточной схемы движения нагреваемого элемента и уходящих дымовых газов: вода принудительно (насосом) нагнетается и последовательно идёт вверх, а продукты сгорания, наоборот, направляются вниз, что обеспечивает лучший теплообмен.

Виды экономайзеров

Процесс взаимодействия с теплоносителем, отличающий разные модели экономайзеров, позволяет отсортировать их по 2 основным направлениям:

• поверхностные экономайзеры – нагревают воду перед её поступлением в котёл (питательные) или воду, попадающую, непосредственно, в систему отопления (теплофикационные), через передачу энергии тепла от поверхности стенок каналов;
• контактные экономайзеры – нагревают теплоноситель за счёт прямого контакта высокотемпературных дымовых продуктов с водой, которая обязательно деаэрируется и применяется для горячего водоснабжения, в т. ч. технологического.

В зависимости от температуры внутренней среды экономайзер может быть как средством дополнительного подогрева, так и полноценным нагревателем:

• экономайзер кипящего типа – доводит температуру воды на выходе вплоть до точки полного насыщения, т. е. кипения (соответствующей уровню давления в котле), по достижению которой происходит частичное (15–25 %) парообразование;
• экономайзер некипящего типа – ограничен температурой воды при входе на 5–10°C выше точки конденсации дыма, а также при выходе ниже точки кипения на 20–30°C для индивидуального оборудования и на 40–50°C для группового.

Эти агрегаты требуют разного функционального обеспечения: так, например, «некипящий» тип обязательно дополняется коллекторами, термометрами, реле управления, манометрами и другими подобными устройствами, а «кипящий» – сгонными и обводными линиями, освобождающими пути выхода в барабан котла.

Также экономайзеры классифицируются по материалу изготовления труб, которым определяется их возможность работы с высокими температурами:

• стальной экономайзер – устанавливается на котлы с любым давлением и может быть как «кипящим», так и «некипящим». Изготавливается из гладких змеевиков (dH=20–40 мм), размещаемых, обычно, в шахматном порядке (реже – в коридорном). Единственный существенный недостаток – склонность к коррозии.
• чугунный экономайзер – обладает устойчивостью к физическому и химическому воздействию, но подходит для котлов с давлением не более 2,4 МПа и бывает только «некипящим», т. к. кипение разрушит его. Состоит из оребрённых труб (dH=60–80 мм), которые компонуются на поверхности нагрева в 1 или 2 колонки.

С целью повышения тепловосприятия и большей компактности предусмотрено также совершенствование конструкции стального экономайзера:

• плавниковый экономайзер – собирается изначально из труб плавникового профиля или обычных гладких труб с приваренными прямоугольными плавниками;
• мембранный экономайзер – изготавливается вручную из гладкотрубных змеевиков, ровные участки которых закрываются сплошными стальными листами.

Эти виды имеют свои преимущества: при одинаковом расходе металла и энергии на тягу трапециевидная поверхность нагрева уже округлой на 25–30 %, что в целом позволяет уменьшить габариты и вес экономайзера на 40–50 %, а кроме того полосовая сталь дешевле трубной, т. е. финансовая экономия очевидна.

Инструкция по изготовлению водяного экономайзера для парового котла

Если под рукой есть набор нержавеющих труб, устройство для их сгибания и сварочный аппарат, то можно попробовать самостоятельно произвести расчёт всех параметров и изготовить простой водяной экономайзер парового котла своими руками.

Ориентироваться можно на чертёж типовой конструкции стального агрегата.

Типовые конструкции экономайзеров набираются из гладкотрубных змеевиков длиной 1820 мм, диаметром 28×30 мм и радиусом гиба 50 мм. Сами места гибов отклоняются в угол на 5°, что позволяет разместить рядом несколько змеевиков и создать более высокоплотный пучок с шагами S1=70 и S2=50 мм. На фото ниже представлены стандартные подробные чертежи.

Компоновку домашнего водяного экономайзера рекомендуется проводить по 3–8 труб в одном ряду, при этом в каждый объединённый пакет оптимально включать только по 8–10 рядов, а их высота не должна составлять более 100 см для тесного размещения и 150 см для относительно редкого размещения труб.

Между пакетами предусматриваются лазы по 550–600 мм, что облегчает осмотр и ремонт экономайзера. Кроме того нужно рассчитывать сборку так, чтобы обдувочному аппарату не пришлось охватывать более 4 труб в горизонтальном ряду и более 8 самих рядов – это обеспечит хорошую очистку поверхности нагрева.

Монтаж и подключение к котлу

Наиболее компактные бытовые экономайзеры можно монтировать на весу, в остальных же случаях конструкцию монтируют на пол. При покупке экономайзера завод-изготовитель сам формирует блоки и уже в таком виде поставляет, поэтому в этом случае можно сразу приступать к монтажу:

1. Подготовить фундамент, проложив его листовым или шнуровым асбестом.
2. Собрать конструкцию и калачами объединить отдельные блоки друг с другом.
3. Сварить корпус устройства и приварить импульсные камеры к патрубкам.
4. Единым швом приварить газовый короб с взрывозащитным клапаном.
5. Подвести короб по каналу питательного трубопровода к отопительному котлу.
6. Установить систему импульсной очистки (если она предусмотрена проектом).

Газовый короб с предохранительным клапаном приобретается отдельно.

Перед вводом в эксплуатацию обязательно осматриваются все швы и соединения, а также проводятся гидравлические испытания. Если обнаруживается несовпадение отверстий под болты у трубы и калача, то необходимо поднять секцию до нужного уровня и при помощи прокладок закрепить в этом положении.

При установке параллельных коллекторов с 2 или 3 подводами нужно устанавливать (с обеих сторон) стальные конусные и паронитовые прокладки.

Экономайзер, как и другие хвостовые поверхности котла, желательно крепить сзади – в самом конце газового тракта (за 3–5 м до стены). Но если ввиду ограниченности пространства это сделать не получается, то можно сместить его на одну из боковых сторон (при выборе свободного направления отвода газов).

Обслуживание и ремонт

Конструкция экономайзера довольно примитивная, поэтому в нём просто нечему ломаться. Главная опасность – нарушение герметичности системы, при котором перестаёт поддерживаться необходимый для работы уровень давления и может появиться течь. Эта проблема решается путём заделывания дыр сваркой.

Способы очистки экономайзера

Внешняя очистка агрегата осуществляется обдувочным аппаратом, а для внутренней очистки был изобретён специальный способ – «продувка водой»:

1. В барабан котла подаётся горячая питательная вода, вырабатывается пар.
2. Продувочная вода по трубопроводу подаётся в обмывочный аппарат.
3. Аппарат в свою очередь направляет воду на внутреннюю поверхность нагрева.
4. Под давлением поверхность очищается от слипшихся топливных отложений.

Использование продувочной воды повышает экономичность и надежность оборудования, а также снижает риск образования сернокислотной коррозии.

В заключении стоит отметить, что экономайзер водогрейного котла – это, конечно, сравнительно новое в бытовом плане устройство, но, как показывает опыт промышленного использования, именно концепция его развития является наиболее перспективой для повышения прямой теплоотдачи даже небольших котлов.

ИнструкцииОборудование для котельнойСпособы экономииЭкономайзеры