Установка низкого давления в основном используется как средство снижения температуры уходящих газов , особенно в порядке реконструкции, там, где это допустимо по условиям сернистой коррозии. При этом экономайзер низкого давления чаще всего включают в систему теплофикации.
Так, например, экономайзеры низкого давления дымогарного типа устанавливались за котлоагрегатами нескольких ленинградских ТЭЦ, экономайзеры из чугунных ребристых труб — на Омской ТЭЦ, змеевиковые гладкотрубные экономайзеры — на Сумгаитской, Челябинской, Комсомольской ТЭЦ, на , Нижне-Туринской, Рижской ГРЭС ,и др.
Экономайзеры низкого давления широко применяются с 1948 г. на электростанциях Новосибирскэнерго , на многих (около 20) котлоагрегатах среднего и высокого давления, сжигающих кузнецкие угли. При этом, по данным В. А. Комиссарова, установка гладкотрубного экономайзера окупается менее чем за год; установка экономайзера из чугунных ребристых труб окупается за 4 года. На этих котлоагрегатах температура уходящих газов за экономайзерами низкого давления была низкой (90—95 °С), что возможно лишь при сжигании малосернистых топлив.
В крупных котельных агрегатах применяют системы «экономайзер низкого давления — калорифер», которые ниже будут называться замкнутыми, в том смысле, что экономайзер низкого давления замкнут только на калорифер собственного котлоагрегата. В этих системах существуют трудности балансирования количеств тепла, необходимых для подогрева воздуха и для снижения потерь с уходящими газами, а также трудности, связанные с зависимостью температуры воды в системе от температуры холодного воздуха и изменением объема воды в системе, требующим специальных устройств для компенсации этого изменения.
Замкнутая система «экономайзер низкого давления — калорифер» была применена на трех котлах НЗЛ, сжигающих кусковой торф, еще в 1953 г.
В экономайзере из чугунных ребристых труб вода нагревалась с 85 до 115 °С, снижая температуру уходящих газов с 139 до 118 °С, а затем в калорифере из ребристых труб нагревала воздух с 40 до 75 °С. Калорифер был расположен выше экономайзера, что позволило осуществить естественную циркуляцию воды в замкнутой системе, без перекачивающего насоса. Контур имеет гидрозатвор со сливом в дренажньй бак. Срок окупаемости установки, по данным авторов, менее полу-года.
В дальнейшем замкнутые системы «экономайзер низкого давления — калорифер» применялись в качестве составных частей более сложных систем , включающих газовые испарители, на котлоагрегатах Кизеловской ГРЭС, Руставской ТЭЦ (ТГМ-153) и Дзержинской ТЭЦ (ТГМ-88).
За рубежом схемы с установкой экономайзеров низкого давления и калориферов нашли широкое применение.
В Швеции на промышленных котельных установках производительностью до 28 кг/с (100 т/ч) широко применяют схемы «экономайзер низкого давления — калорифер» трех типов. Преимущества простейшей схемы (воздух греется только в калорифере): резкое уменьшение присосов, отсутствие воздухопроводов, так как калориферы устанавливают у самых горелок. Недостаток — ограниченный подогрев воздуха.
Смешанная схема (в калорифере осуществляется только предварительный подогрев воздуха) была применена для котла 22,2 кг/с (80 т/ч). В этой схеме общий подогрев воздуха (в калорифере и воздухоподогревателе) не ограничен.
Непрямой подогрев воздуха в системе «экономайзер низкого давления — калорифер» абсолютно выгоднее, чем обычный непосредственный подобрев воздуха: стоимость установки (при той же температуре уходящих газов) на 15% ниже; эксплуатационные расходы также ниже вследствие уменьшения присосов воздуха и аэродинамического сопротивления газоходов.
В США и Канаде широко применяются экономайзеры низкого давления (обычно из чугунных ребристых труб), в том числе и на мощных котлоагрегатах. При этом рекомендуется устанавливать чугунный экономайзер низкого давления после дымососа (как это сделано, в частности, на ТЭС Эддистон) с тем, чтобы избежать коррозии дымососов и металлических газоходов, а также для частичного использования энергии дымососа, превратившейся в тепло. Для открытых установок оборудования, а также при низких температурах наружного воздуха система заполняется не водой, а антифризом (вода+этиленгликоль).
На котлоагрегате 485 кг/с (1740 т/ч) блока № 4 ТЭС Таннере-Крик мощностью 600 МВт установкой экономайзера низкого давления удалось снизить температуру уходящих газов до 104 °С.
Во Франции экономайзеры низкого давления установлены на многих мощных котлоагрегатах, например на ТЭС Шампань-сгор-Уаз (блоки мощностью 250 МВт). На одном из котлоагрегатов ТЭС Сент-Уэн производительностью 214 кг/с (770 т/ч) установлена система из экономайзера низкого давления и калорифера, подогревающего воздух с 20 до 62 °С. На котлоагрегате 1111 кг/с (400 т/ч) ТЭС Дюнкерк, предназначенном для сжигания столь различных топлив, как мазут и доменный газ, в любых соотношениях, в рассечке между ступенями воздухоподогревателя установлен экономайзер среднего давления. Вода в нем подогревается до 183 °С и служит для нагревания доменного газа до 165 °С.
Конструкция систем «экономайзер низкого давления — калорифер» обладает некоторыми специфическими особенностями. Для экономайзера низкого давления применяют наряду с обычными гладкотрубными змеевиками чугунные ребристые трубы, а за рубежом также стальные трубы с чугунными насадными ребрами.
В качестве перекачивающих насосов для больших расходов горячей воды и небольших напоров могут быть использованы насосы сетевой воды. Во избежание коррозии система заполняется деаэрированной водой.
Наиболее специфичной для работы замкнутой системы большой емкости с переменной температурой среды (что характерно для условий эксплуатации системы «экономайзер низкого давления — калорифер») является компенсация изменений удельного объема среды в этих условиях. Трудность здесь связана с физическими свойствами воды. Как известно, холодная вода почти несжимаема. При повышении давления с 20 до 100 кгс/см2 вода с температурой 20 °С сжимается лишь на 0,35 %; горячая вода с температурой 200 °С в этих условиях сожмется на 0,66%. С другой стороны, коэффициент объемного расширения воды сравнительно велик: при нагревании воды под давлением 20 кгс/см2 с 190 до 195 °С она расширится на те же 0,66%.
Таким образом, если не предусмотреть специальных устройств для компенсации объема, то сравнительно небольшие изменения режима работы котлоагрегата или температуры наружного воздуха вызовут колебания давления в системе «экономайзер низкого давления — калорифер» от вакуума до сотен атмосфер.
Если расчетная температура воды в системе не превышает 120— 130 °С, что соответствует давлению кипения 2—3 кгс/см2, то таким устройством может быть открытый уравнительный бак, расположенный на высоте 30—40 м, сравнительно небольшой емкости. Чтобы деаэрированная вода в открытом баке не обогащалась кислородом, на поверхности воды размещают плоский поплавок, занимающий все сечение бака с зазором между стенками поплавка и бака в несколько миллиметров.
Если система работает при более высоких температурах и давлениях воды, например, котлоагрегат типа ТГМ-153 работает при 20 кгс/см2 и 190°С, то к системе приходится подсоединять более сложные компенсирующие устройства, например резервуары с регуляторами уровня воды, заполненные выше уровня воды нейтральным газом — азотом или углекислотой.
В замкнутых системах «экономайзер низкого давления — калорифер» и «газовый испаритель — калорифер» для охлаждения дымовых газов и для предварительного подогрева воздуха используется один и тот же теплоноситель. Это не обязательно. При достаточно большой разности температур между дымовыми газами и воздухом можно использовать для охлаждения газов теплоноситель более высокого потенциала, чем теплоноситель для нагрева воздуха. Такую систему можно называть разомкнутой.
Если использовать в качестве этих теплоносителей (прямо или посредством промежуточного контура) конденсат из различных ступеней системы регенерации паросилового цикла, вытесняя отбор более высокого давления и развивая отбор более низкого давления, то можно получить существенный выигрыш в К.П.Д. цикла. Другое преимущество по сравнению с замкнутой системой «экономайзер низкого давления — калорифер» — отсутствие устройств для компенсации изменения объема воды в системе.
Схема с частичным подогревом питательной воды в экономайзере низкого давления и с подогревом воздуха отборным паром была проработана ВТИ совместно с ТЭП применительно к энергетическому блоку сверхкритического давления с котельным агрегатом паропроизводительностью 198 кг/с (710 т/ч) и турбиной с противодавлением мощностью 100 МВт. В этой установке подогрев воздуха с 30 до 90 °С намечалось производить в калорифере водой, подогретой до 100—120 °С в ПНД № 3 отборным паром давлением 1,3 кгс/см2. В калорифере пар конденсируется, конденсат охлаждается до 70 °С и направляется по тракту регенеративного подогрева, в который вместо ПНД № 3 включен экономайзер низкого давления.
Указанным выше отбором 1,3 кгс/см2 заменяется отбор с давлением 2 кгс/см2 обычной тепловой схемы, что и обусловливает экономию топлива величиной 0,7% и окупаемость затрат в срок около 9 мес.
Разомкнутая система была также разработана ЦКТИ (Л. Е. Апатовский и А. Э. Гельтман) применительно к котлоагрегату ТП-108 с . При этом экономайзер низкого давления включается по воде параллельно одному или нескольким подогревателям низкого давления. Подогрев воздуха осуществляется в калориферах конденсатом, отбираемым из водяного тракта более низкого давления. Подогрев воды в экономайзере низкого давления уменьшает отбор пара на соответствующие подогреватели и приводит к некоторому снижению экономичности блока; однако увеличение отборов пара, связанное с регенеративным подогревом воздуха, перекрывает это снижение и обеспечивает значительную экономию топлива. Для этого часть конденсата после ПНД № 2 (или ПНД № 3), нагретая до 98 или 121°С, нагревает воздух в калориферной установке с 15 до 70 °С. Охлажденный до 28 °С конденсат возвращается в тепловую схему перед ПНД № 1. Таким образом, часть конденсата постоянно рециркулирует через подогреватели и калорифер; через ПНД № 1 и 2 (или № 1, 2 и 3) проходит увеличенное количество воды. Соответственно возрастает расход пара на эти подогреватели и возрастает выработка энергии на внутреннем тепловом потреблении.
Непосредственно использовать конденсат в экономайзере низкого давления и калорифере было бы проще всего; однако при этом увеличивается опасность загрязнения конденсата продуктами коррозии, а в некоторых случаях и риск потери вакуума. Приходится экономайзер низкого давления и калорифер включать в замкнутый контур, в котором циркулирует деаэрированный конденсат. В этот контур можно было бы включить часть поверхности нагрева, выделенной в подогреватель, либо при невозможности реконструкции подогревателя установить дополнительные водоводяные теплообменники.
Точный подсчет повышения экономичности цикла, достигаемого от применения этой схемы на котлоагрегате ТП-108, весьма сложен вследствие сочетания ее с разделением газоходов котлоагрегата, которое само по себе обеспечивает снижение температуры уходящих газов.
Можно, однако, оценить экономию следующим образом. Применение для подогрева воздуха от 15 до 70 °С вместо пара 6 кгс/см2 пара отборов 1,25 и 0,25 кгс/см2 соответствует снижению средних коэффициентов ценности используемых отборов от 0,62 до 0,324, т. е. равноценно экономии этого тепла. Поскольку на подогрев воздуха на 55 °С расходуется столько же тепла, сколько отводится при снижении температуры уходящих газов на 30 °С, то достигнутая экономия эквивалентна снижению температуры уходящих газов примерно на 10°С.
Сходная схема (но не связанная с разделением газоходов) была применена в США на первом котлоагрегате сверхкритического давления ТЭС Эддистон.
При разработке схемы предварительного подогрева воздуха вначале предполагалось использовать для этой цели третий отбор с давлением 1,55 кгс/см2. Более экономичной оказалась схема подогрева воздуха и снижения температуры уходящих газов при помощи замкнутой системы «экономайзер низкого давления — калорифер». Была выбрана наиболее экономичная схема с подогревом воздуха последовательно паром первого (вакуумного) отбора давлением 0,38 кгс/см2 и подогревом дымовыми газами конденсата в экономайзере н. д., включенном взамен ПНД № 2 с отбором при давлении 0,77 кгс/см2.
Чтобы использовать вакуумный отбор для подогрева воздуха в калорифере (с 18 до 52 °С) был установлен дополнительный замкнутый водяной контур. Давление в этом контуре выше, чем давление греющего пара или нагреваемого воздуха, и, следовательно, нарушение вакуума в случае течи исключено. ПНД № 1 состоит из двух пакетов U-образных труб, один из которых греет конденсат, а другой — воду калориферного контура. Калориферы из ребристых труб расположены над диффузорами каждого вентилятора.
Секции экономайзера низкого давления расположены непосредственно перед дымовой трубой, за золоуловителями и дымососами и, следовательно, работают на очищенных дымовых газах. При этом используется некоторое количество тепла от сжатия газов в дымососах. Вода на входе в экономайзер низкого давления имеет постоянную температуру (~75 °С) при полной нагрузке независимо от температуры холодного воздуха. Экономайзер состоит из труб наружным диаметром 50 мм из стали кортен, с чугунными ребрами диаметром 127 и шагом 25 мм. Предусмотрена посекционная обмывка экономайзера низкого давления. Экономайзером низкого давления предполагалось снизить температуру уходящих газов с 135 до 94 °С; однако сведений о том, какая температура была достигнута в действительности, не было опубликовано.
На блоке мощностью 300 МВт электростанции Мерсер (США) предусмотрен подогрев воздуха водой, циркулирующей в замкнутом контуре «экономайзер низкого давления — калорифер», а также отборным паром турбины. Дымовые газы охлаждаются в экономайзере низкого давления до 93 °С.
На энергоблоке мощностью 600 МВт сверхкритических параметров с двукратным перегревом пара 245 кгс/см2, 538/551 /566°С электростанции Таннерс-Крик (США) запроектирован замкнутый водяной контур, сходный с контуром на ТЭС Мерсер. Вода в контуре проходит сперва через экономайзер низкого давления, в котором дымовые газы охлаждаются с 145 до 107°С, далее вода поступает в калорифер, где подогревает воздух до температуры 68 °С.
Схема имеет особенность: в холодное время года вода, циркулирующая в контуре, может дополнительно подогреваться в пароводяных подогревателях, включенных в байпас контура. Пар на эти подогреватели подается из отбора турбины, предусмотренного для ПНД № 4. По литературным данным схема для подогрева воздуха на блоке Таннерс-Крик дает дополнительную экономию тепла нетто 75— 84 кДж (18—20 ккал) на 1 кВт*час.
При реконструкции действующих установок можно получить экономию топлива, используя отборный пар для подогрева воздуха и частично подогревая питательную воду в экономайзере низкого давления, если при этом расширить использование отборов низкого давления и сократить потребление пара из отборов более высокого давления. Проводя работы по реконструкции и ремонту оборудования, Вы можете заказать строительные материалы на stroika-mo.ru. Потерю тепла с уходящими газами в подобных случаях удается сохранить неизменной или даже уменьшить. Примером может служить разработанный цкти проект реконструкции хвостовой части котлоагрегатов типа ТПП-110 блоков мощностью 300 МВт, работающих на АШ.