Ekonomizery kotłowe: odzyskiwanie ciepła spalin dla zwiększenia efektywności

Ekonomizery kotłowe: odzysk ciepła spalin dla zwiększenia sprawności to analiza wymiennika ciepła zamontowanego w drodze spalin kotła, który wychwytuje odpadowe ciepło gorących spalin i wykorzystuje je do wstępnego podgrzewania dopływającej wody zasilającej. Podnosząc temperaturę wody zasilającej zanim dotrze ona do bębna kotła, ekonomizer zmniejsza ilość paliwa potrzebnego do doprowadzenia tej wody do stanu nasycenia, zwiększając całkowitą sprawność cieplną o kilka punktów procentowych w typowym kotle przemysłowym lub elektroenergetycznym.

Jak działa ekonomizer

Spaliny opuszczające główne pola konwekcyjne kotła wciąż zawierają znaczne ciepło jawne, często 200, 350°C. Ekonomizer to pakiet rur z żeberkami lub bez żeber umieszczony w tym strumieniu spalin. Woda zasilająca przepływa przez rury, podczas gdy spaliny przepływają po ich zewnętrznej stronie, przekazując ciepło w przepływie przeciwnym, tak aby najzimniejsza woda spotykała się z najchłodniejszymi spalinami.

Ta odzyskana energia w przeciwnym razie opuściłaby komin jako strata. Ponieważ ekonomizer znajduje się na zimnym końcu toru spalin, pracuje przy najniższych temperaturach metalu w kotle, i właśnie dlatego kontrola korozji rządzi jego projektem.

Reguła praktyczna dla sprawności

W powszechnym przybliżeniu terenowym przyjmuje się, że sprawność kotła poprawia się o około jeden procent na każde 20°C obniżenia temperatury spalin. Przy kotle odprowadzającym spaliny o temperaturze 300°C obniżenie temperatury na wylocie o 100°C może więc zwrócić około pięciu procent oszczędności paliwa. Zależność nie jest idealnie liniowa, ale jest wystarczająco dokładna do oszacowania modernizacji lub oceny, czy zanieczyszczony ekonomizer opłaca się wyczyścić.

Granica punktu rosy kwasowej

Twardą granicą, jak bardzo można obniżyć temperaturę spalin, jest punkt rosy kwasowej. Gdy paliwa zawierają siarkę, spalanie wytwarza dwutlenek siarki, część którego utlenia się do trójtlenku siarki i łączy z parą wodną, tworząc gazowy kwas siarkowy. Jeśli jakakolwiek powierzchnia metalowa opadnie poniżej punktu rosy kwasowej, kwas kondensuje i atakuje stal. To jest korozja zimnego końca. Punkt rosy rośnie gwałtownie wraz z zawartością siarki w paliwie, więc ciężki olej opałowy wymusza znacznie wyższe minimalne temperatury metalu niż czysty gaz ziemny.

Konstrukcje kondensacyjne i niekondensacyjne

Niekondensacyjny ekonomizer ma wymiary takie, aby każda powierzchnia metalowa pozostawała bezpiecznie powyżej punktu rosy kwasowej, więc odzyskuje tylko ciepło jawne i pozostawia parę wodną w spalinach nietkniętą.

Ekonomizer kondensacyjny świadomie obniża temperaturę spalin poniżej punktu rosy wody, aby uwolnić ciepło parowania, co daje dodatkowy przyrost sprawności, ale wymaga konstrukcji odpornej na korozję, takiej jak stal nierdzewna lub powlekane rury, oraz odpływu kwaśnego kondensatu.

Konstrukcje kondensacyjne są najpraktyczniejsze przy paliwach o niskiej zawartości siarki, przede wszystkim przy gazie ziemnym, gdzie punkt rosy kwasowej jest niski, a odzyskiwane ciepło utajone jest znaczne.

Osadzanie po stronie gazowej i kamień po stronie wodnej

Dwa problemy osadów dominują w utrzymaniu ekonomizera:

• Osadzanie po stronie gazowej. Sadza, popiół i cząstki stałe osadzają się na zewnętrznej stronie rur i żeber, izolując powierzchnię i ograniczając przepływ spalin. Zanieczyszczenie podnosi temperaturę spalin, zmniejsza zysk sprawności i, jeśli jest zaniedbane, może całkowicie zespolić pakiety żeber. Ten sam mechanizm izolacyjny występuje w każdej jednostce rekuperacyjnej, o czym piszemy w naszej notatce o zanieczyszczeniu wymienników ciepła.
• Kamień po stronie wodnej. Wapniowo-magnezowa twardość obecna w słabo uzdatnionej wodzie zasilającej wytrąca się jako kamień na wewnętrznej powierzchni rur. Kamień jest silną barierą termiczną, więc nawet cienka warstwa znacznie ogranicza wymianę ciepła i może doprowadzić do przegrzania metalu rur.

Standardowe zabezpieczenia to dmuchawy sadzy, okresowe czyszczenie po stronie gazowej w trybie offline oraz rygorystyczne uzdatnianie wody. Dmuchiwanie sadzy trzeba również wyważyć pod kątem spłukiwania kwaśnego kondensatu po zimnym metalu.

Związek z uzdatnianiem wody zasilającej i spuszczaniem kotła

Niezawodność ekonomizera jest nierozerwalnie związana z chemią wody zasilającej. Rozpuszczony tlen przyspiesza korozję zimnego końca, dlatego właściwe odpowietrzanie jest niezbędne, o czym szczegółowo piszemy w naszym przewodniku po odpowietrzaczu i wodzie zasilającej kotła .

Kontrola twardości zapobiega tworzeniu się kamienia po stronie wodnej, a kontrolowane spuszczanie kotła utrzymuje rozpuszczone substancje stałe w granicach, by nie osadzały się na powierzchniach ekonomizera. Traktuj ekonomizer, odpowietrzacz i reżim spuszczania kotła jako jedną pętlę chemiczną, a nie jako odrębne elementy.

Planowanie konserwacji

Stan ekonomizera najlepiej śledzić za pomocą danych trendowych: temperatura spalin, spadek ciśnienia po stronie gazowej i temperatura wody zasilającej na wylocie razem ujawniają zanieczyszczenie lub osadzanie się kamienia długo zanim straty sprawności staną się oczywiste.

Zespoły, które zapisują te odczyty w powiązaniu z wynikami inspekcji w systemie CMMS, takim jak Fabrico, mogą planować czyszczenie na podstawie dowodów, a nie według stałego kalendarza, i wykryć każde zbliżanie się do punktu rosy kwasowej zanim rozpocznie się korozja.

Zarezerwuj demo Fabrico , aby zobaczyć, jak trendy kondycji i zlecenia pracy łączą się ze sobą.

Najczęściej zadawane pytania

Ile sprawności może dodać ekonomizer do kotła?

To zależy od ilości ciepła dostępnego w spalinach i od tego, o ile temperaturę można bezpiecznie obniżyć. Stosując regułę około jednego procenta na każde 20°C obniżenia temperatury spalin, dobrze zaprojektowany ekonomizer zwykle zwraca 4, 7%, a konstrukcje kondensacyjne na gazie ziemnym odzyskują dzięki ciepłu utajonemu jeszcze więcej.

Dlaczego nie można obniżyć temperatury spalin jeszcze bardziej, aby oszczędzić więcej paliwa?

Ponieważ punkt rosy kwasowej wyznacza dolną granicę. Przy paliwach zawierających siarkę schłodzenie jakiejkolwiek powierzchni metalowej poniżej tego punktu powoduje kondensację kwasu siarkowego i korozję zimnego końca. Tylko ekonomizery kondensacyjne wykonane z materiałów odpornych na korozję, zwykle stosowane przy paliwach o niskiej zawartości siarki, mogą bezpiecznie pracować poniżej tej granicy.

Jakie są główne problemy konserwacyjne ekonomizera?

Osadzanie po stronie gazowej z sadzy i popiołu, kamień po stronie wodnej wynikający z twardości wody zasilającej oraz korozja zimnego końca, gdy metal opada poniżej punktu rosy kwasowej. Dmuchiwanie sadzy, czyszczenie offline i dobre uzdatnianie wody rozwiązują wszystkie trzy problemy.

Czy ekonomizer pomaga w kotle na gaz ziemny?

Tak, i często bardziej niż przy paliwach o wysokiej zawartości siarki. Gaz ziemny ma znikomą zawartość siarki, więc punkt rosy kwasowej jest niski, a ekonomizer kondensacyjny może odzyskać zarówno ciepło utajone, jak i jawne, co daje większy ogólny wzrost sprawności.