ДЕАЭРАЦИОННАЯ УСТАНОВКА
DEAERATION PLANT

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для термической деаэрации питательной воды паровых котлов, подпиточной воды тепловых сетей, а так же для получения конденсата (обессоленной воды) для паровых котлов из выпара сетевых деаэраторов.
Наибольшее распространение в энергетике России для деаэрации подпиточной воды теплосети получили атмосферные деаэраторы струйного и струйно-барботажного типа ДА и ДСА и вакуумные деаэраторы типа ДВ и ДСВ. (И.И.Оликер «Термическая деаэрация воды в отопительно-производственных котельных и тепловых сетях. Стр.23, рис.8, стр.54, 55, рис 27, 28. Издательство литературы по строительству. Ленинград. 1972).
Деаэрационные установки струйно-барботажного типа имеют много недостатков, приводящих к их неудовлетворительной работе:
1. Требуют большого удельного выпара, чем предусмотрено Нормами и СНИПами. При нормативном выпаре (1,5-2,0 кг на тонну деаэрированной воды для атмосферных деаэраторов и 5 кг/т.д.в. - для вакуумных) резко падает качество деаэрации. Часто выпарные трубопроводы проектируются недостаточного диаметра (особенно в вакуумных установках), не пропускающего необходимого количества выпара.
2. Требуют обязательной подачи в деаэратор пара на барботаж. Не могут работать на «начальном эффекте» (без подачи деаэрирующей среды). При этом конденсат, образованный при конденсации греющего пара, уходит в теплосеть и пропадает для использования в паровых котлах и его приходится компенсировать дорогостоящей обессоленной водой.
3. Имеют малую глубину регулирования производительности.
4. Имеют большую металлоемкость.
5. При пуске наблюдаются сильные гидроудары.
Большинства из этих недостатков устранены в двухступенчатых деаэрационных установках, использующих центробежно-вихревые деаэраторы - ДЦВ (авт. св. СССР №1134842, Патент РФ №2131555) в качестве первой ступени и капельные деаэраторы КД - в качестве второй ступени, представляющие собой диспергирующие устройства в виде перфорированных труб с завихривающими головками, расположенными в верхней части бака аккумулятора деаэрированной воды (см. Патент РФ №1454781 «Деаэрационная установка», где в качестве первой ступени используется деаэратор, защищенный патентом РФ №2131555, или Патент РФ №2151341 «Деаэратор», в котором центробежно-вихревой деаэратор и капельный деаэратор совмещены в одном блоке. «Деаэрационная установка» Патент РФ №2242672. Статьи в журналах «Промышленная энергетика» №11 за 1999 г., стр.11-14, «Новости теплоснабжения» №1 за 2001 г., стр.28, журнал «Энергетик» №4 за 2000 г., стр 28-29, «Новости теплоснабжения» №1 за 2006 г.).
Эти деаэраторы могут работать на «начальном эффекте» (без подачи в деаэратор деаэрирующей среды) как в атмосферном, так и в вакуумном режимах, если деаэрируемую воду перегреть выше температуры кипения, а так же работать без предварительного нагрева воды перед деаэрационной установкой (если в ДЦВ подать пар, который нагревает воду без гидроударов от любой температуры).
В качестве прототипа выбрана деаэрационная установка, защищенная патентом РФ №1454781. Эта установка широко используется при работе в атмосферном и в вакуумном режимах. При работе в атмосферном режиме обычно используется поверхностный охладитель выпара для конденсации водяных паров выпара.
Прототип имеет в качестве первой ступени центробежно-вихревой деаэратор (ДЦВ) с подводящими трубопроводами деаэрируемой (исходной) воды, предварительно нагреваемой в поверхностном теплообменнике, бак-аккумулятор деаэрированной воды, в верхней (паровой) части которого расположено в качестве второй ступени диспергирующее устройство (капельный деаэратор КД), охладитель выпара поверхностного типа (ОВ), трубопроводы отвода выпара (парогазовой смеси) из бака и из ДЦВ в ОВ, трубопроводы подвода к ОВ и отвода из ОВ охлаждающей воды, трубопровод отвода деаэрированной воды из бака-аккумулятора, трубопровод отвода неконденсируемых газов из ОВ в атмосферу или в эжектор (при вакуумной деаэрации), трубопровод слива конденсата (в канализацию).
Недостатком этой деаэрационной установки является то, что конденсат, образующийся от конденсации паров выпара, насыщенный агрессивными газами, сливают в канализацию. Конденсат, являющийся обессоленной водой, пропадает.
Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и создание такой деаэрационной установки с поверхностным охладителем выпара, которая бы не только деаэрировала питательную воду паровых котлов, но и деаэрировала конденсат выпара, сливая деаэрированный конденсат выпара в аккумуляторный бак деаэратора, а так же обеспечивала сохранение конденсата выпара сетевых деаэраторов (для дальнейшего использования в цикле паровых котлов), чтобы в котловых деаэраторах конденсат выпара поступал в деаэрационную установку, не ухудшая качества деаэрированной воды, а в сетевых деаэраторах конденсат выпара деаэрировался и отводился из деаэрационной установки для использования его в цикле паровых котлов в качестве обессоленной воды. Чтобы, при необходимости, можно было увеличить выпар сетевых деаэраторов и использовать конденсат выпара в качестве обессоленной воды для питания котлов. Сделать сетевые деаэраторы установками двойного назначения (деаэрация подпиточной воды сетевых деаэраторов и генерация обессоленной воды - конденсата).
Указанная цель достигается тем, что в известной деаэрационной установке, содержащей подводящий трубопровод деаэрируемой (исходной) воды, бак-аккумулятор деаэрированной воды, двухступенчатое деаэрационное устройство, первой ступенью которого является центробежно-вихревой, деаэратор-ДЦВ, второй ступенью - капельный деаэратора-КД (диспергирующее устройство), отводящий трубопровод деаэрированной воды из бака-аккумулятора, поверхностный охладитель выпара (ОВ) с подводящим и отводящим патрубками охлаждающей воды и с патрубками подвода выпара от бака-аккумулятора и от центробежно-вихревого деаэратора, с патрубком отвода выпара из ОВ, соединенным с атмосферой или с отсасывающим патрубком эжектора или вакуумного насоса, подводящий трубопровод выпара от бака-аккумулятора к ОВ представляет собой деаэратор конденсата выпара-ДКВ, выполненный в виде вертикальной обечайки с полками, перекрывающими часть сечения обечайки, нижняя часть которой опущена в бак-аккумулятор и имеет дно в виде плоского диска или конуса, а в стенке нижней части обечайки находятся окна, через которые выпар поступает в ОВ через обечайку, а ниже окон расположены отверстия для выпуска конденсата, или нижняя часть конического днища переходит в трубу, отводящую конденсат из установки.
Изобретение поясняется схемами.
На фиг.1 изображена схема деаэрационной установки атмосферного типа для деаэрации питательной воды паровых котлов с поверхностным охладителем выпара (конденсатором) и деаэратором конденсата выпара (ДКВ), выполненным в виде вертикальной обечайкой с переливными полками.
На фиг.2 - схема деаэрационной установки вакуумно-атмосферного типа для деаэрации подпиточной воды теплосети с поверхностным охладителем выпара и деаэратором конденсата выпара (ДКВ), с трубопроводом отвода конденсата из ДКВ для дальнейшего использования в системе паровых котлов.
На фиг.3 - узел соединения аккумуляторного бака деаэратора с ОВ через ДКВ (вертикальную обечайку с переливными полками, выполняющую роль деаэратора конденсата выпара, без отвода конденсата выпара из деаэрационной установки).
На фиг.4 - узел соединения аккумуляторного бака деаэратора с ОВ через ДКВ (вертикальную обечайку с переливными полками, выполняющую роль деаэратора конденсата выпара) с трубопроводом отвода конденсата выпара из деаэрационной установки.
Деаэрационная установка (фиг.1) имеет бак-аккумулятор деаэрированной воды 1, центробежно-вихревой деаэратор 2 (ДЦВ), капельный деаэратор 3 - КД (диспергирующее устройство), поверхностный охладитель выпара 4 - ОВ (конденсатор), вертикальную обечайку 5 с переливными полками, выполняющую роль деаэратор конденсата выпара (ДКВ), паропровод греющего пара 6 с регулятором расхода пара 7, трубопровод 8 отвода выпара из ДЦВ в ОВ, присоединенный к ОВ непосредственно или через ДКВ, трубопровод 9 отвода выпара (неконденсируемых газов) из ОВ, трубопровод 10 исходной (деаэрируемой) воды, теплообменник 11 - охладитель деаэрированной воды, клапан 12 - регулятор расхода деаэрируемой воды (по уровню в баке 1), трубопровод 13, соединяющий ДЦВ с КД, трубопровод 14 - отвода деаэрированной воды из бака 1.
Деаэрационная установка (фиг.2) имеет дополнительно подогреватель 15 второй ступени для нагрева воды до температуры выше температуры кипения в баке 1 и в ДЦВ 2, трубопровод 16 отвода деаэрированного конденсата выпара, трубопровод 9а отвода неконденсируемых газов выпара из ОВ в эжектор, каплеуловитель 25 в виде жалюзей (для улучшения качества конденсата выпара).
Узлы (фиг.3, 4) имеют охладитель выпара поверхностного типа 4, деаэратор конденсата выпара (ДКВ), состоящий из обечайки 17 с окнами 23 в нижней части, полок 18, плоского днища 19 (или конусного днища 19а, выполненного в виде воронки), отверстий 20 для слива конденсата в бак 1 (или трубы 16 отвода конденсата выпара из деаэрационной установки, присоединенной к нижней части конусного днища). Верхняя часть обечайки 17 имеет горловину 21, соединяющую ДКВ с ОВ, по которой выпар поступает из ДКВ в ОВ и по ней противотоком может сливаться конденсат выпара. Труба 24 служит для слива конденсата из ОВ на верхнюю полку 18 (ее можно не устанавливать при отсутствии перегородок в ОВ и при достаточном диаметре горловины 21), патрубок 22 - для отвода неконденсируемых газов из ОВ в атмосферу или в эжектор. Жалюзи 25 перегораживают паровое пространство бака 1 и служат для сепарации выпара от капель воды перед поступлением выпара в ДКВ и в ОВ (для улучшения качества конденсата выпара).
2
Работа котловой деаэрационной установки (фиг.1) в атмосферном режиме осуществляется следующим образом. Исходная (деаэрируемая) вода подается по трубопроводу 10 через охладитель деаэрированной воды 11, через регулятор уровня 12, через охладитель выпара 4 (конденсатор) и поступает в ДЦВ 2. Если вода недогрета до температуры кипения, то в ДЦВ подают пар, который нагревает исходную воду (без гидроударов от любой температуры) до температуры выше температуры кипения при установившемся давлении в баке 1 и в ДЦВ. Далее перегретая исходная вода поступает в капельный деаэратор 3 (КД), где приобретает вращательное движение и, выходя из отверстий КД, разбрызгивается на мелкие капли, охлаждается на 2-6°С, дает выпар и стекает в бак 1. Температура воды снижается до 102-104 град.С, давление в баке 1 устанавливает 0,1-0,2 кгс/см. Выпар из ЦВД поступает в ДКВ 5, через окна 23 и далее в ОВ 4, где водяные пары конденсируются и сливаются обратно в ДКВ через горловину 21 и (или) через трубу 24. Конденсат выпара, насыщенный кислородом и углекислотой, переливаясь с полки на полку 1, контактирует с выпаром и деаэрируется. Деаэрированный конденсат сливается из ДКВ в бак 1 через отверстия 20, разбрызгивась на капли и подвергаясь дополнительной деаэрации в паровом пространстве бака 1 (на фиг.3, 4 конденсат выводится из деаэрационной установки по трубе 16). Деаэрационная установка может работать и в вакуумном режиме, если выпарной трубопровод 9а присоединить к эжектору.
Работа сетевой деаэрационной установки (фиг.2) в атмосферном режиме осуществляется следующим образом. Исходная (деаэрируемая) вода поступает по трубопроводу 10 в ДЦВ через охладитель выпара 4, через теплообменник 11, через подогреватель 15 и регулятор уровня 12. В подогревателе 15 вода нагревается выше температуры кипения до 106-108°С (при работе для получения дополнительного количества конденсата выпара - до 110-130°С). Проходя две ступени деаэрации, вода вскипает, образуя выпар, и освобождается от агрессивных газов. Образовавшийся конденсат выпара сливается из деаэрационной установки по трубе 16 из ДКВ 5. Деаэрационная установка становится аппаратом двойного назначения (деаэрация сетевой воды и образования обессоленной воды для питания паровых котлов). Выпар, проходя жалюзи 25, освобождается от капель воды, что улучшает качество конденсата.
Работа этой установки в вакуумном режиме отличается только тем, что выпарная труба 9 перекрыта, а выпарная труба 9а присоединена к эжектору, создающему вакуум в установке. При этом конденсатный бак слива конденсата должен находиться ниже бака 1 на величину вакуума, выраженного в метрах водяного столба.
Выполнение трубы, соединяющей бак-аккумулятор с охладителем выпара (с конденсатором), в виде деаэратора конденсата выпара ДКВ (в виде обечайки 17 с окнами 23 в нижней части, с полками 18, с плоским днищем в виде диса 19 (или с конусным днищем 19а в виде воронки), с отверстиями 20 для слива конденсата в бак 1 (или с трубой 16 отвода конденсата выпара из деаэрационной установки, присоединенной к нижней части конусного днища), позволяет деаэрировать конденсат выпара, насыщенный агрессивными газами, перед сливом его в аккумуляторный бак 1 или перед отводом конденсата выпара из установки для другого применения и избежать потерь конденсата. Это позволяет увеличить выпар за счет увеличения температуры воды перед деаэрационной установкой, за счет чего получать повышенное количество деаэрированной воды и конденсата (обессоленной воды). Позволяет использовать сетевой деаэратор для генерации обессоленной воды (в качестве аппарат двойного применения). При повышенном выпаре остаточное содержание кислорода в деаэрированной воде, стремится к нулю - многократно ниже установленной нормы. Не пропадает ни одной калории затраченного тепла.