УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ДЕАЭРАЦИИ ВОДЫ

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована для удаления газов из питательной воды систем отопления и горячего водоснабжения с помощью установок термической деаэрации воды.
При проектировании и эксплуатации деаэраторов необходимо руководствоваться следующими правилами:
- во всем пространстве колонки деаэратора должен быть четкий противоток между паром и водой, что обеспечивает максимальную разность между равновесным давлением газа в воде и его парциальным давлением над водой;
- для обеспечения надежной и бесперебойной работы деаэратора его пароводяное пространство должно вентилироваться необходимым количеством пара;
- в деаэраторах на всех ступенях дегазации должна происходить многократная обработка воды паром и максимальное развитие поверхности контакта фаз;
- для достижения наибольшего эффекта дегазации, целесообразно применять двухступенчатые схемы деаэрации воды и т.д.
(Шарапов В.И. Термические деаэраторы. Ульян. гос. техн. унт. Ульяновск: УлГТУ, 2003, с.43-44).
Деаэраторы могут классифицироваться по применяемому в них способу распределения воды в паре и пара в воде - пленочные, струйные, капельные, барботажные, щелевые и др.
Известны, также, центробежно-вихревые термические деаэраторы, в которых деаэрируемая вода и деаэрирующая среда (перегретая вода или пар) подаются во входные отсеки тангенциально и радиально - соответственно, где они перемешиваются и приобретают вращательное движение, благодаря чему давление в центре потока падает и образуется граница раздела фаз. Пузырьки пара проходят через слой воды и выталкиваются за границу раздела фаз, вода при этом нагревается и освобождается от растворимых в ней газов, затем удаляется из деаэратора, а выделившиеся газы вместе с паровой фазой удаляются из деаэратора, при этом пар конденсируется и конденсат возвращается в деаэратор или выбрасывается в атмосферу. В действующих установках, в частности в паровых котлах, возникает необходимость в деаэрированной воде не содержащей не только кислород, но и различные соли, а значит, при ее деаэрации к выпару предъявляются повышенные требования, в частности, пар не должен содержать капельную аэрозоль, т.к. при его охлаждении, конденсат может смешиваться с деаэрированной водой, ухудшая ее качество.
Так, известно устройство циклонного деаэратора (RU 2102329 С1, 20.01.98), содержащее вертикально размещенный корпус, с патрубками подвода нагретой деаэрируемой воды, располагаемыми в его верхней части тангенциально, при этом в каждый из патрубков врезан дробящий узел, содержащий дробящую решетку, проходя которую вода распыляется, а также воронку с патрубком слива деаэрированной воды в нижней части корпуса, в нем соосно уставлена труба выпара, с выходным фланцем на верхнем конце трубы для подключения магистрали выпара.
Установка решетки не позволяет создать стабильный двухфазный поток из-за возможных изменений в реальных условиях параметров деаэрируемой воды, в частности, температуры или ее расхода, а значит, в выпар может попадать капельная аэрозоль, что не дает возможности получения качественного выпара.
Наиболее близким из известных к предложенному является центробежно-вихревой деаэратор (SU 1511525 А 1, 30.09.1989), цилиндрический корпус которого выполнен с верхней и нижней торцевыми крышками, разделен кольцевой перегородкой на входной и выходной отсеки и содержит трубопроводы подвода деаэрируемой и отвода деаэрированной воды. Во входном отсеке установлена кольцевая пластина, к которой подсоединен патрубок отвода выпара и над пластиной рсположена линия слива конденсата. Обечайка выходного отсека выполнена перфорированной.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании вышеуказанного изобретения, принимаемого за прототип, относится то, что в нем возможен унос капель воды и капельной аэрозоли через патрубок отвода выпара из-за непосредственного расположения на одном уровне с ним патрубка подвода деаэрируемой воды, что, в конечном результате, не позволит получить качественный выпар.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения качества деаэрации за счет получения сухого выпара с меньшими энергозатратами.
Техническим результатом, достигаемым настоящей полезной моделью является уменьшение массового расхода выпара из-за отсутствия аэрозольной составляющей (на выходе образуется сухой выпар), что позволяет уменьшить его унос в атмосферу и обеспечить возможность полной его утилизации и, в конечном счете, повысить экономичность и надежность теплоэнергетических установок.
Для достижения такого технического результата в устройстве для термической деаэрации воды, содержащем цилиндрический корпус с верхней и нижней торцевыми крышками, разделенный кольцевой перегородкой на входной с перфорированной обечайкой в нижней части, и выходной отсеки, тангенциальный патрубок подвода деаэрируемой воды и радиальный патрубок подвода деаэрирующей среды, трубу отвода выпара, патрубок отвода деаэрированной воды, в нем в верхней части входного отсека установлен сепарационный узел, встроенный вовнутрь разреза трубы выпара, закрепленный по центру с верхней торцевой крышкой, содержащий защитный кожух и сепарационный элемент, состоящий из дугообразных пластин, расположенных радиально по образующей цилиндра и ориентированных выпуклостью к оси устройства навстречу набегающему потоку, а по внутренней поверхности перфорированной обечайки, перпендикулярно к ней, между отверстиями расположены штыри.
Отличием заявляемой полезной модели является то, что установка сепарационного узла, встроенного в трубу выпара с сепарационным элементом в виде дугообразных пластин, расположенных радиально по образующей цилиндра с ориентацией их выпуклостью навстречу набегающему потоку выпара, позволяет обеспечить высокое качество выпара (сухой выпар) без дополнительных энергозатрат на утилизацию аэрозольной составляющей, присутствующей в известных деаэраторах.
Предлагаемое устройство для деаэрации воды иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.
На фиг.1 изображен продольный разрез деаэратора;
на фиг.2 - общий вид вид фильтровального элемента;
на фиг.3 - разрез по Б-Б;
на фиг.4 - вид А на фиг.1.
Деаэратор содержит цилиндрический корпус 1 (фиг.1) с верхней и нижней торцевыми крышками 2 и 3 соответственно, кольцевую перегородку 4. разделяющую корпус 1 на входной отсек 5 и выходной - 6 и окна 7 их соединяющие, тангенциальный патрубок 8 подвода деаэрируемой воды и радиальный патрубок 9 подвода деаэрирующей среды, трубу 10 отвода выпара, патрубок 11 отвода деаэрированной воды. (Возможна установка па деаэраторах нескольких патрубков для подвода и отвода указанных сред, фланцы на патрубках на чертеже не указаны).
В верхней части входного отсека 5 установлен сепарационный узел 12, закрепленный по центру с верхней торцевой крышкой 2 и грубой 10 отвода выпара, который содержит защитный кожух 13 и сепарационный элемент 14 (фиг.2), состоящий из дугообразных пластин 15 (фиг.3), расположенных радиально по образующей цилиндра и ориентированных выпуклостью к оси устройства и навстречу набегающему потоку.
Обечайка 16 нижней части входного отсека 5 выполнена перфорированной, при этом по внутренней ее поверхности, перпендикулярно к ней, между отверстиями расположены штыри 17 (фиг.4).
Устройство для термической деаэрации воды работает следующим образом.
Деаэрируемая вода через патрубок 8 подается во входной отсек 5 тангенциально, поток деаэрирующей среды - пар(перегретая вода) через радиальный патрубок 9 подается во входной отсек 5, в котором и образуется вращающийся двухфазный поток с вертикальной границей раздела фаз (по стенке вода, в центре пар). Пузырьки пара проходят через слой воды и выталкиваются за границу раздела фаз, вода при этом нагревается и освобождается от растворенных в ней газов. При прохождении отверстий в обечайке 16 исчезает разделение сред (воды и пара), т.е. увеличивается эффективная поверхность контакта сред, пар при этом конденсируется, а вода нагревается с образованием выпара, который вместе с газами удаляется по трубе 10, а далее он или конденсируется, и конденсат возвращается в процесс деаэрации, или выбрасывается в атмосферу. Для увеличения поверхности контакта между жидкой и паровой фазами по внутренней поверхности перфорированной обечайки 16 между отверстиями расположены штыри 17, что также улучшает процесс деаэрации. Деаэрированная вода проходит вдоль перегородки 4 и попадает в выходной отсек 6 через окна 7, продолжая вращаться, с увеличением радиуса закрутки, что приводит к увеличению давления, а значит к уменьшению паровой фазы. Затем деаэрированная вода удаляется через патрубок 11 в бак-аккумулятор (на черт. не показан).
Как указывалось выше, выпар в реальных условиях содержит значительное количество влаги вследствие выноса ее из парового потока, а это может привести к смешиванию некачественного конденсата с деаэрированной водой, а в случае выброса в атмосферу его надо охлаждать, что ведет к дополнительным энергозатратам.
Дли получения чистого выпара на выходе трубы 10 выпара установлен сепарационный узел 12, в котором установлен сепарационный элемент 14, состоящий из дугообразных пластин 15, расположенных радиально по образующей цилиндра, на которых происходит взаимодействие частиц крупнодисперсной жидкой фазы, находящейся в паровом потоке, при этом от потока пара отделяется жидкая фаза, чему способствует также и защитный кожух 13 и, в конечном результате, образуется сухой выпар. При этом пленка жидкости под действием центробежной силы вытесняется па периферию пластины 15 и под действием силы тяжести стекает вниз и направляется к выходному патрубку 11.
Эксплуатация термических деаэраторов должна способствовать повышению надежности и экономичности теплоэнергетических установок. Эта цель достижима при совершенствовании термической деаэрации как части технологического процесса тепловой электростанции или котельной в целом.
Данное устройство может применяться в качестве деаэратора первой ступени в деаэрационных установках, как двойного назначения (одновременного получения конденсата), так и других деаэрационных установках, обеспечивая высокое качество выпара, не содержащего капельной жидкости, а следовательно будет обеспечено высокое качество конденсата, который будет образовываться в охладителях выпара. Полученный конденсат без дальнейшей обработки можно возвращать в технологический процесс.