Глава IV
ЭКОНОМАЙЗЕРЫ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
§ 5-11. Экономайзеры
Потеря с выпускными продуктами сгорания в котельных установках может доходить до 25% всего располагаемого тепла топлива. При наличии экономайзера экономичность котельной установки повышается ввиду того, что температура воды в экономайзере ниже, чем в котле, а поэтому и лучше используется теплота уходящих газов. В зависимости от ряда факторов увеличение к. п. д. котельной установки за счет работы экономайзера может быть от 5 до 12%. Помимо повышения к. п. д. установки, применение экономайзера дает следующие преимущества:
меньшую стоимость поверхности нагрева экономайзера по сравнению с котловой;
меньшую коррозию стенок котла;
подача нагретой воды в котел уменьшает вредные термические деформации в тех частях котла, куда поступает питательная вода.
По конструкции различают ребристые и гладкотрубные экономайзеры. Чугунный ребристый экономайзер состоит из горизонтальных труб (рис. 5-12). Каждая литая труба внутри имеет гладкий цилиндрический канал для воды, а по обоим концам — квадратный фланец большей площади и на его наружной поверхности по оси трубы круглый фланец. Трубы, положенные одна на другую, образуют дымоход с вертикальными плоскими стенками, составляющийся из квадратных фланцев. Подвод воды осуществляется через круглый фланец в крайнюю трубу нижнего горизонтального ряда, вывод воды сверху. Между собой трубы соединены литыми чугунными коленами — «калачами», прикрепляемыми на болтах. Между квадратными фланцами расположены круглые ребра несколько меньшего диаметра, чем сторона квадратного фланца, что удобно для монтажа и очистки от сажи и золы.
Питательная вода переходит по калачам последовательно из трубы в трубу с общим направлением снизу вверх. Такое направление движения воды соответствует условиям естественной циркуляции воды при нагревании и облегчает подъем пузырьков воздуха, выделяющихся при нагревании.
Ввиду организованного движения воды в трубах экономайзера любого типа коэффициент теплопередачи в них выше, чем в испаряющей поверхности нагрева.
Рис. 5-12. Чугунный ребристый экономайзер
Продукты сгорания, как это видно из рис. 5-12, идут сверху вниз, следовательно, теплообмен идет противотоком.
Движение газов сверху вниз выгоднее, чем обратное, за счет большего уноса газами при этом золы и сажи и меньшего осадка их на трубах.
Трубы от наружного загрязнения золой и сажей очищаются периодически, как правило, обдувкой их перегретым паром или сжатым воздухом.
В соответствии с правилами котлонадзора чугунные экономайзеры должны иметь: предохранительные клапаны на входе и выходе воды, запорные вентили, манометры, термометры, снизу спускной вентиль и сверху клапан для автоматического выпуска воздуха.
К числу достоинств ребристых экономайзеров следует отнести меньшую затрату металла в сравнении с гладкотрубными и меньшие общие размеры.
В производственно-отопительных котельных установках ставят теплофикационные экономайзеры, в которых нагревается не питательная вода, а сетевая вода, возвращающаяся от потребителей тепла.
§ 5-12. Тягодутьевые и питательные устройства
Тягодутьевые устройства применяются для равномерного подвода воздуха и удаления из котлоагрегата продуктов сгорания. Это обеспечивает непрерывное горение топлива в топке и теплообмен в поверхности нагрева.
По способу создания движения газов сгорания и воздуха внутри котельной установки различают:
естественную тягу, создаваемую дымовой трубой, выполняемой из кирпича, железобетона, листовой стали и т. д.;
искусственную тягу, создаваемую центробежным вентилятором- дымососом, устанавливаемым на выходе продуктов сгорания из котлоагрегата;
уравновешенную тягу, когда одновременно используются и дымовая труба, и дымосос. Большинство средних и крупных котельных установок имеет уравновешенную тягу.
Плотность газов при постоянном давлении зависит от температуры 
где р0 — плотность уходящих продуктов сгорания при нормальных условиях (760 мм рт. ст. и 0° С); tух — температура уходящих продуктов сгорания, °C.
Следовательно, плотность газов в трубе значительно меньше, чем для атмосферного воздуха. Поэтому в трубе создается подъемная сила, прямо пропорциональная ее высоте и разности температур газов и воздуха.
При надежности действия и простоте устройства естественная тяга имеет и существенные недостатки:
относительно малая сила тяги при небольшой высоте трубы, недостаточной при наличии хвостовых поверхностей нагрева и при cлоевом сжигании топлива;
зависимость тяги от времени года: зимой труба дает большую тягу, чем летом;
значительная потеря тепла с уходящими газами, так как их температура для сколько-нибудь достаточного разрежения в дымовой трубе должна быть не менее 200—250° С.
Для подачи питательной воды в паровые котлы применяют следующие устройства:
поршневые паровые насосы в котельных малой паропроизводительности;
центробежные насосы с электрическим или паротурбинным приводом в средних и крупных котельных;
пароструйные насосы-инжекторы.
Каждый паровой котел должен иметь не менее двух питательных насосов с независимым приводом. В соответствии с правилами котлонадзора подача воды каждым насосом должна быть не менее 120% номинальной паропроизводительности котла.
Паровые котлы большой паропроизводительности и водогрейные котлы имеют центробежные питательные насосы с электроприводом.
§ 5-13. Коэффициент полезного действия и тепловой баланс котельной установки
Коэффициент полезного действия котельной установки определяется по формуле
где Д — расход пара (или воды в водогрейном котле), кг;
i0 — энтальпия пара или воды, отпускаемой установкой, кДж/кг;
iп.в — энтальпия питательной воды, подаваемой насосом (перед экономайзером);
В — расход топлива, кг;
Qн — низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, кДж/кг.
При наличии хвостовых поверхностей нагрева к. п. д. современных мощных котлоагрегатов доходит до 93%. Малые паровые и водогрейные котлы без хвостовых поверхностей нагрева имеют к. п. д. 50% и выше.
Если обозначить 100ηκγ=q1, то можно составить упрощенное уравнение теплового баланса:
где q2 — потеря тепла с уходящими продуктами сгорания, %, в основном зависит от температуры этих продуктов сгорания, определяемой развитием хвостовых поверхностей нагрева. С увеличением коэффициента избытка воздуха в топке величина q2 также возрастает;
q3 — потеря от механической неполноты сгорания (провал через колосники, примесь несгоревшего топлива в золе и шлаке, унос в дымоходы и дымовую трубу). Для газового и жидкого топлива q3= 0. Для твердого q3=(1-10)% в зависимости от качества топлива, конструкции топки, работы тягодутьевых устройств и других факторов;
q4 — потеря от химической неполноты сгорания в основном зависит от наличия окиси углерода СО в продуктах сгорания. С увеличением коэффициента избытка воздуха в топке величина q снижается. При ручном обслуживании топки на твердом топливе q=(2-4)%;
q5 — потеря на внешнее охлаждение котельной установки, %, в основном зависит от наружной поверхности охлаждения котлоагрегата и хвостовых поверхностей нагрева. Для котлов паропроизводительностью десятки и сотни тонн в 1 ч q5 = (0,3-1)%. Для малых котлов q5 доходит до 3—5%.
Определение q5 непосредственным измерением весьма затруднительно и при испытании котельной установки ее обычно находят так: q5= 100 — (q1+ q2 + q3 + q4) проверяют, соответствует ли найденное значение средним эксплуатационным данным.