УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕГАЗАЦИИ ЖИДКОСТИ

Изобретения относятся к теплотехнике и водоснабжению и могут быть применены в системах тепловых электростанций при декарбонизации воды и водоснабжении при десорбции агрессивных газов.
Известен способ термической деаэрации воды путем нагревания ее греющим паром до температуры кипения. При этом увеличение поверхности раздела вода-пар, через которую происходит удаление газа, достигается путем барботирования через воду греющего пара, подаваемого под давлением через сопло. (В.Ф.Вихров, М.С.Широв, "Водоподготовка", М.: Энергия, 1973 г., с.69-170.)
Недостатком этого способа является большой расход пара для нагрева воды до кипения и большая длительность процесса, а также необходимость регулирования подвода греющего пара для поддержания температуры кипения воды. Процесс удаления газов таким способом малоэффективен.
Известно устройство для деаэрации, содержащее корпус с входным и выходным патрубками для жидкости, патрубок отвода выпара и патрубок подачи греющей среды, причем внутри корпуса размещены струйные тарелки (авт. св. СССР N 257511 кл. С 02 F 1/20, 1968 г.)
Одним из существенных недостатков известных деаэраторов является то, что в них требуется подавать большой удельный расход греющей среды, то есть у них низкая эффективность работы.
Известен вакуумный способ деаэрации воды по авт. св. СССР N 1255805 (кл. С 02 F 1/20, опубл. 1986 г.). Способ заключается в подаче потока воды в зону пониженного
давления при разгоне воды в специальном сопле. Дальнейшая дегазация исходной воды происходит за счет температурного перепада, возникающего в результате подачи греющего пара.
Недостатком данного способа является также дополнительный расход тепловой энергии с использованием острого пара с температурой выше 100° и длительность процесса дегазации. Данный способ не обеспечивает содержание газов в деаэрированной воде, требуемое нормами.
Известно устройство по этому же авторскому свидетельству. Это устройство состоит из корпуса, струйных и барботажной тарелок, патрубков подвода недеаэрированной воды и греющей среды, патрубков отвода деаэрированной воды и выпара, а в патрубке подвода недеаэрированной воды установлено сопло. В известном деаэраторе деаэрируемая вода перед поступлением на верхнюю тарелку частично деаэрируется в патрубке подвода воды в деаэратор. За счет этого повышается эффективность деаэратора.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции внутри деаэратора, большой удельный расход греющей среды. Для отвода парогазовой смеси необходимо поддержание в процессе деаэрации глубокого вакуума, в связи с чем деаэрирущая емкость должна обязательно устанавливаться на вакуумометрической высоте.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ дегазации жидкости (патент RU №2166349, кл. В 01 D 19/00, опубл. 2001 г.).
Способ заключается в том, что жидкость сначала подают под давлением через вакуумную распылительную головку в зону пониженного давления. Далее газожидкостный поток поступает в вакуумную камеру. Образующийся на выходе вакуумной камеры поток газожидкостной смеси подают в замкнутую зону по касательной к боковой поверхности замкнутой зоны и под углом к оси замкнутой зоны и придают потоку вращательное и поступательное движение таким образом, что поток образует спиральный вихрь с вертикальной осью и уменьшающимся книзу радиусом закрутки
вихря. Перечисленные процессы позволяют глубоко выделить и отделить газы из потока жидкости.
В том же патенте описано устройство для деаэрации жидкости, наиболее близкое к предлагаемому. Это устройство, содержит патрубок подачи дегазируемой жидкости, распылительную головку, состоящую из сопла и закрепленной на его конце насадки, вакуумную камеру, патрубки отвода дегазированной жидкости и пара. На выходе вакуумной камеры установлен циклон таким образом, что ось вакуумной камеры направлена по касательной к боковой поверхности циклона и под углом к оси циклона.
Недостатком данного способа и устройства является необходимость дополнительных энергозатрат по созданию глубокого вакуума для отделения и отвода газа, а также низкая производительность за счет ограничения технологических возможностей конструкции циклона.
Предлагаемыми изобретениями решается задача эффективного снижения энергозатрат, повышения производительности.
Для достижения такого технического результата в предлагаемом способе дегазации жидкость сначала подают в зону пониженного давления при разгоне ее в распылительной головке.
Отличительные признаки предложенного способа заключаются в том, что образующийся на выходе вакуумной камеры скоростной поток газожидкостной смеси подают в замкнутую зону. За счет кинетической энергии струи и удара о нижнюю часть замкнутой зоны идет расплющивание потока и его дробление с одновременным разворотом струи. При дроблении струи идет интенсивный процесс отделения газа и пара, накапливающегося в верхней части сепаратора. Присутствие пара предотвращает смешивание капель воды и газа. За счет непрерывности движения газожидкостного потока создается избыточное давление, в результате которого освободившиеся газы
подвергаются сепарации и выходят наружу самопроизвольно без дополнительных энергозатрат, а сконденсировавшийся пар и капли воды отводятся вниз.
Для наиболее эффективного процесса отделения газов их отвод осуществляют принудительной вытяжкой с одновременной осушкой. Осушка осуществляется за счет центробежной силы вращающегося потока газа внутри вытяжки.
Перечисленные процессы позволяют глубоко выделить и отделить газы из газожидкостной смеси и существенно снизить энергозатраты, так как технологический процесс идет без применения глубокого вакуума. Также появляется возможность повышения производительности без увеличения энергозатрат за счет увеличения пропускной способности сопла.
Для достижения названного технического результата предлагается устройство для дегазации жидкости, содержащее патрубок подачи дегазируемой жидкости, распылительную головку, состоящую из сопла и закрепленной на его конце насадки, вакуумную камеру, патрубки отвода дегазированной жидкости и газов. Выход вакуумной камеры соединен с трубным сепаратором, размещенным в герметической емкости для сбора и отвода жидкости и газа, в нижней части которого встроена отбойная пластина.
Выполнение отбойной пластины вогнутой и снабженной рассеивающими пластинами обеспечивает разворот струи на 180°, в результате которого происходит удвоение ударной силы для дробления струи и увеличение давления парогазовой смеси внутри сепаратора за счет непрерывности газожидкостного потока. Ударяясь об рассеивающие тарелки, газожидкостная струя дробится вторично и рассеивается до мельчайших капель, за счет чего идет более интенсивный процесс отделения газа и пара.
Установка перед патрубком выхода осушителя газа вихревого типа обеспечивает эффективную осушку газа вращением потока газа внутри него и более интенсивный вывод очищенного газа.
Предлагаемые изобретения поясняются чертежом.
Предлагаемое устройство для дегазации жидкости содержит распылительную головку 1, состоящую из сопла и закрепленной на его конце насадки, вакуумную камеру 2, патрубок подвода дегазируемой жидкости (на чертеже не показано). Выход вакуумной камеры 2 соединен с трубным сепаратором 3, размещенным в герметической емкости для сбора и отвода газа и жидкости 4 на успокоительной решетке 5. В нижней части трубного сепаратора 3 встроена отбойная пластина вогнутой формы 6, снабженная рассеивающими тарелками 7. На выходе из сепаратора 3 установлен осушитель газа вихревого типа 8, соединенный с патрубком отвода газа 9. В нижней части герметической емкости для сбора и отвода газа и жидкости 5 установлен патрубок отвода жидкости 10.
Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности. Исходная жидкость через патрубок подвода дегазируемой жидкости под давлением 0,4 Мпа подается в конусное сопло распылительной головки 1, где происходит увеличение скорости истечения жидкости, что приводит к понижению давления в струе. При истечении из сопла происходит объемное вскипание жидкости и выделение растворимых в ней газов. Далее газожидкостная смесь поступает в вакуумную камеру 2, где продолжается процесс понижения давления и, как следствие, объемно-вакуумного вскипания растворенных газов. Газожидкостная смесь, продолжая свое движение с огромной скоростью поступает в сепаратор 3. Ударяясь об отбойную пластину 6 газожидкостный поток расплющивается и разворачивается. Вогнутая форма отбойной пластины обеспечивает разворот струи на 180° и способствует распылению струи до капель размером 0,5-1,0 мм, которая ударяясь о рассеивающие тарелки 7 дробится вторично, чем обеспечивается более эффективный процесс газоотделения. За счет непрерывности движения газожидкостного потока создается избыточное давление, в результате чего выделившийся газ через отверстия трубного сепаратора 3 выходит и поступает в осушитель газа вихревого типа 8, проходя через который газ приобретает вихревое вращательное движение и, освобождаясь от влаги за счет центробежной силы,
выходит через патрубок отвода газа 9 наружу, а капли жидкости через успокоительную решетку 5 стекают в герметическую емкость для сбора и отвода газа и жидкости 4. Отделившаяся в трубном сепараторе 3 жидкость также через успокоительную решетку 5 стекает в герметическую емкость для сбора и отвода газа и жидкости 4 и поступает в патрубок отвода жидкости 10.
Перечисленные процессы обеспечивают отделение агрессивных газов из потока жидкости до 96-99%.
В таблице 1 приведены результаты экспериментов.
Газ
Содержание газа в исходной воде, мг/л, при 120°C
Газ
Содержание газа в деаэрированной воде, мг/л, при 155°C
Без вытяжки
с вытяжкой
Сероводород, H<sub>2</sub>S
2,0-6,0
Сероводород, H<sub>2</sub>S
0
0
Метан, СH<sub>4</sub>
3,5-15
Метан, СH<sub>4</sub>
0,5
0
Диоксид углерода, CO<sub>2</sub>
90-140
Диоксид углерода, СО<sub>2</sub>
2,0
0
Кислород, O<sub>2</sub>
10-12
Кислород, O<sub>2</sub>
0,5
0,002
2
4
2
2
Данные таблицы показывают, что предложенным способом эффективно отделяют СО, СН, HS практически до 0, а - O до 0,002 мг/л.
Положительный эффект предложенного способа и устройства заключается в том, что позволяет:
1. Значительно упростить конструкцию устройства за счет:
- исключения вакуумных насосов;
- возможности встраивать устройство в зависимости от конструкции здания действующих котельных различным способом (сверху, сбоку или снизу);
2. Расширить технологические возможности:
- в зависимости от конструкции и мощности котлов предложенный способ и устройство позволяет изменить температуру воды на входе в схему дегазации без снижения эффекта дегазации;
- за счет возможности использования в любой теплотехнической схеме.