УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ ДЕАЭРАЦИИ ВОДЫ

Полезная модель относится к устройствам для химической деаэрации и может быть использована для водоподготовки в различных областях, в частности в теплоэнергетике и водоснабжении для подпитки тепловой сети и системы отопления, в водогрейных и паровых котлах, а также в любых областях промышленности и сельского хозяйства, где требуется деаэрированная вода.
Известен содержащий катодные камеры обескислороживающий аппарат, состоящий из двух одинаковых частей, в которые помещен зернистый медьсодержащий слой редоксита. Через слой редоскита пропускают воду, содержащую кислород с наложением электрического тока перпендикулярно потоку воды, причем величина электрического тока зависит от высоты слоя редоксита (авт. свид. СССР №1270119, C02F 1/46, 1986).
Недостатком аппарата является необходимость применения дорогостоящих реактивов и аппаратуры.
Известны устройства для удаления кислорода из воды, в которых деаэрация осуществляется при пропускании воды через сложные высокомолекулярные химические реактивы (авт. свид. №1359255, C02F1/20, 1983; авт. свид. №1430352, C02F 1/20, 1988).
Основным недостатком устройств является необходимость контроля за концентрацией и дозировкой реактивов, а также высокая стоимость реактивов.
Известно устройство для двухступенчатой термохимической деаэрации воды, в котором на первом этапе производится термическая обработка воды с последующим отводом части коррозионноактивных газов, а на втором этапе осуществляется химическое поглощение растворенного в воде кислорода переходными металлами (например, железо), которые находятся в восстановленной форме в нерастворимом в воде сложном радикале ионита. (патент Украины UA 18984, C02F 9/04, 2006).
Недостатком устройства является необходимость контроля температуры воды и автоматизация первого этапа, что усложняет и удорожает устройство.
Известно устройство для термохимической деаэрации воды в водяном котле, содержащем конденсор, насос подачи конденсата, сопло для подачи пара и камеру раскисления с вставленными в нее кассетами, в которых содержится агент, нейтрализующий кислород, такой как железная или стальная стружка (патент США №1540179, B01D 19/00, заявлен в 1921 г, опубликован в 1925 г.; патент-аналог Канады №242953, 1924).
К недостаткам аппарата следует отнести узкую область применения устройства, т.к. оно может быть использовано только на тепловых электростанциях, где имеется пар, необходимый для обработки воды. Другим недостатком устройства является сложность замены кассет, т.к. это требует дополнительных грузоподъемных механизмов.
Прототипом полезной модели является устройство для химической деаэрации воды, содержащее корпус, имеющий стенки, дно и съемную крышку, устройство для ввода питательной воды в корпус, устройство для вывода деаэрированной воды из корпуса, причем корпус разделен по меньшей мере на два сообщающихся между собой отсека перегородкой, высота которой внутри корпуса меньше высоты корпуса, а отсеки заполнены измельченным металлом. Корпус выполнен в виде горшка. Дно и стенки горшка соединены неразъемно. Перегородка неразъемно соединена со съемной крышкой и при подъеме крышки вынимается вместе с ней. Перегородка не доходит до дна и образует снизу горшка пространство, сообщающее два отсека. В оба отсека вставлены две сетчатые корзины с металлической стружкой. Верхняя часть корпуса, свободная от измельченного металла, разделена этой же перегородкой на две части. Питательная вода подается из водопровода через устройство для ввода питательной воды в верхнюю часть корпуса, откуда вода поступает в одну из корзин и проходит сквозь толщу металлической стружки вниз, затем в другой корзине вода проходит сквозь толщу металлической стружки вверх, и далее деаэрированная вода через устройство для вывода деаэрированной воды из корпуса подается потребителю (патент РСФСР №585, класс 13b, заявлен 1918 г., опубликован 1925 г.).
Недостатком прототипа является отсутствие сброса воздуха из верхней части корпуса, что приводит к насыщению (аэрации) воздухом (а, следовательно, и кислородом) питательной воды, поступающей в устройство. В верхней части корпуса, в которую поступает питательная вода, создается «воздушная подушка», снижающая производительность устройства для химической деаэрации воды.
Задачей полезной модели является повышение производительности устройства для химической деаэрации воды.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для химической деаэрации воды, содержащем корпус, имеющий стенки, дно и съемную крышку, устройство для ввода питательной воды в корпус, устройство для вывода деаэрированной воды из корпуса, причем корпус разделен на два сообщающихся между собой отсека перегородкой, высота которой внутри корпуса меньше высоты корпуса, а отсеки заполнены измельченным металлом, съемная крышка корпуса снабжена устройством для сброса воздуха, дно корпуса выполнено съемным, перегородка выполнена сплошной и неразъемно соединена со стенками корпуса, нижняя часть перегородки примыкает к съемному дну корпуса, а отсеки заполнены измельченным металлом на высоту перегородки.
Наличие устройства для сброса воздуха в съемной крышке корпуса позволяет отводить воздух из верхней части корпуса и уменьшать насыщение воздухом а, следовательно, и кислородом воды, деаэрируемой в устройстве. Сброс воздуха препятствует образованию в верхней части корпуса насыщенной кислородом «воздушной подушки», что повышает производительность заявляемого устройства.
Конструктивное выполнение перегородки сплошной, неразъемно соединенной со стенками корпуса и примыкающей к съемному дну способствует повышению производительности устройства следующим образом. Ввод питательной воды, подлежащей деаэрации, осуществляется в нижнюю часть одного из отсеков корпуса, при этом устройство для сброса воздуха закрыто, а устройство для вывода деаэрированной воды открыто. Так как устройство для вывода деаэрированной воды находится в открытом положении, то за счет перепада давлений происходит движение потока питательной воды по отсеку вверх через толщу измельченного металла, например, через железную и/или стальную стружку. Затем поток деаэрированной воды переливается через верхнюю часть перегородки и стекает вниз, проходя сквозь толщу измельченного металла в другом отсеке. При переходе потока питательной воды из устройства для ввода питательной воды в отсек корпуса, за счет разницы в площади сечения происходит падение скорости потока воды. При резком снижении скорости питательной воды движение потока воды переходит из турбулентного в ламинарное. Для увеличения контакта воды с измельченным металлом необходимо поддерживать турбулентное движение потока в отсеках. Для этого необходимо разбить поток воды на отдельные струйки с изменением направления их движения. Это достигается тем, что перегородка выполнена сплошной и неразъемно соединена со стенками корпуса, нижняя часть перегородки примыкает к съемному дну корпуса, что создает, по существу, два отдельных отсека. Сплошная перегородка и стенки корпуса задают направление движения потока, а примыкание нижней части перегородки к съемному дну корпуса не позволяет измельченному металлу перемещаться из одного отсека в другой, что создает одинаковые турбулентные потоки в отсеках. Это увеличивает скорость прохождения воды через измельченный металл, что повышает производительность заявленного устройства для химической деаэрации воды.
Производительность устройства является более высокой, если отсеки заполнены измельченным металлом на высоту перегородки, т.к. в этом случае не имеет место образование слоя воды наверху первого отсека, в который поступает деаэрируемая вода. При образовании слоя воды наверху первого отсека часть воды, уже прошедшая через измельченный металл, стекает вниз, а другая часть воды медленнее переливается через перегородку во второй отсек. При заполнении отсеков измельченным металлом на высоту перегородки, как описано в заявленной полезной модели, повышается производительность устройства, т.к. вода переливается из отсека в отсек, не преодолевая сопротивления слоя воды наверху первого отсека.
Выполнение дна корпуса съемным повышает производительность устройства за счет сокращения перерыва в работе устройства, обусловленного заменой отработанного окисленного металла в отсеках на новую партию измельченного металла. Возможность извлечения отработанного окисленного металла через съемное дно корпуса путем проталкивания отработанного металла сверху вниз (при снятой съемной крышке) значительно ускоряет этот процесс и повышает производительность устройства.
В качестве измельченного металла может использоваться железная и/или стальная стружка, опилки, металлические шарики, а также измельченный металл иного вида и любые их сочетания.
Прохождение питательной воды через железную и/или стальную стружку, опилки, металлические шарики, а также измельченный металл иного вида и любые их сочетания способствует преобразованию ламинарного потока в турбулентный в отсеках, что обеспечивает больший контакт воды с окисляющим агентом. При этом с измельченным железом или сталью происходит более быстрая реакция окисления, чем если бы окисляющий агент был выполнен, например, в виде листового железа или полос стали. Таким образом, использование в качестве окисляющего агента железной и/или стальной стружки, опилок, металлических шариков, а также измельченного металла иного вида и любые их сочетания повышает производительность устройства.
Съемная крышка и съемное дно корпуса выполнены, например, в виде фланцевых соединений, причем верхний фланец съемного дна и нижний фланец съемной крышки неразъемно соединены с корпусом.
Данное конкретное выполнение съемной крышки и съемного дна устройства в виде фланцевых соединений обеспечивает с одной стороны, достаточную герметичность устройства, что позволяет избежать утечек воды, а с другой стороны быстроту замены окисляющего агента. Это в целом повышает производительность устройства.
Ответные фланцы съемного дна и съемной крышки могут быть выполнены глухими.
При выполнении ответных фланцев съемного дна и съемной крышки глухими также улучшается герметичность устройства, что повышает его производительность.
К ответным фланцам съемного дна и съемной крышки могут быть герметично прикреплены заглушки.
В варианте выполнения ответных фланцев съемного дна и съемной крышки не глухими фланцами - желательно герметично прикрепить заглушки. Наличие заглушек в данном варианте обеспечивает герметичность устройства, и исключает утечки воды, что способствует повышению производительности устройства.
Заявленное поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 показано устройство для химической деаэрации воды с глухими ответными фланцами съемного дна и съемной крышки;
- на фиг.2 показано устройство для химической деаэрации воды с заглушками;
- на фиг.3 показано устройство для химической деаэрации воды с устройствами для ввода и вывода воды, расположенными в дне корпуса.
Устройство для химической деаэрации воды (фиг.1 и фиг.2) содержит корпус 1, имеющий стенки 2 съемное дно 3, съемную крышку 4. Съемная крышка 4 и съемное дно корпуса 3 состоят из двух частей и выполнены, например, в виде фланцевых соединений, причем верхний фланец 5 съемного дна 3 и нижний фланец 6 съемной крышки 4 неразъемно соединены с корпусом 1, например, с помощью сварки. Ответный съемный фланец 7 дна корпуса соединен с фланцем 5 дна корпуса через уплотнительную герметичную прокладку 8. Ответный съемный фланец 9 крышки соединен с фланцем 6 крышки через уплотнительную герметичную прокладку 10. Съемная крышка 4 снабжена устройством для сброса воздуха 11. В нижней части стенки 2 корпуса 1 имеется устройство для ввода 12 питательной воды в корпус и устройство для вывода 13 деаэрированной воды из корпуса. Устройства 12 и 13 могут быть выполнены, например, в виде патрубков, диаметр которых соответствует диаметру подводящего водопровода. Корпус 1 разделен на два сообщающихся между собой отсека перегородкой 14, высота которой внутри корпуса меньше высоты корпуса. Перегородка 14 выполнена сплошной и неразъемно соединена со стенками 2 корпуса 1. Нижняя часть перегородки 14 примыкает к съемному дну 3 корпуса 1. Отсеки, образованные в корпусе 1 перегородкой 14, заполнены измельченным металлом 15 на всю высоту перегородки 14. В качестве измельченного металла может использоваться железная и/или стальная стружка, опилки, металлические шарики, а также измельченный металл иного вида и любые их сочетания. Устройство снабжено дренажным устройством 16 для слива воды при ремонте или перезагрузке измельченного металла 15 в отсеках корпуса 1. Корпус 1 может быть выполнен в виде цилиндра, параллелепипеда, усеченного конуса, усеченной пирамиды или иной, в том числе и сложной, формы. Закрепление съемного дна 3 и съемной крышке 4 на корпусе 1 может осуществляться любым известным образом. В варианте конкретного выполнения заявленного устройства, представленном на фиг.1, ответный съемный фланец 7, который является нижним фланцем съемного дна 3 и ответный съемный фланец 9, который является верхним фланцем съемной крышки 4, выполнены глухими. В данном варианте выполнения нижняя часть перегородки 14 примыкает к глухому фланцу 7 дна 3. В варианте конкретного выполнения заявленного устройства, представленном на фиг.2, к ответному съемному фланцу 7 съемного дна 3 герметично прикреплена заглушка 17, а к ответному съемному фланцу 9 съемной крышки 4 герметично прикреплена заглушка 18. Заглушки 17 и 18 могут быть выполнены, например, из металлического листа. В данном варианте выполнения (фиг.2) нижняя часть перегородки 14 примыкает к заглушке 17. Устройство для ввода 12 питательной воды и устройство для вывода 13 деаэрированной воды могут располагаться в съемной дне 3 корпуса. В варианте конкретного выполнения заявленного устройства, представленного на фиг.3 устройство для ввода 12 питательной воды и устройство для вывода 13 деаэрированной воды выполнены в ответном глухом съемном фланце 7 при выполнении дна 3 заявленного устройства по варианту, представленному на фиг.1. Устройства 12 и 13 могут также располагаться в заглушке 17 при выполнении дна 3 заявленного устройства по варианту, представленному на фиг.2.
Устройство для химической деаэрации работает следующим образом. Перед началом работы устройство для вывода 13 деаэрированной воды и дренажное устройство 16 находятся в закрытом положении. Устройство для сброса воздуха 11 находится в открытом положении, и устройство химической деаэрации воды заполнено воздухом при атмосферном давлении. Питательная вода подается через устройство для ввода 12 в корпус 1. Воздух, вытесняемый из корпуса 1 питательной водой, выходит в атмосферу через устройство для сброса воздуха 11. После заполнения обоих отсеков корпуса 1 питательной водой, устройство для сброса воздуха 11 закрывается и открывается устройство для вывода 13 деаэрированной воды. Так как устройство 13 находится в открытом положении, то за счет перепада давлений происходит движение потока питательной воды по отсеку вверх через толщу измельченного металла 15, например, через железную и/или стальную стружку. Затем поток воды переливается через верхнюю часть перегородки 14 и стекает вниз, проходя сквозь толщу измельченного металла 15 в другом отсеке. При переходе потока питательной воды из устройства для ввода 12 в отсек корпуса 1 за счет разницы в площади сечения происходит падение скорости потока воды. Это увеличивает время контакта воды с измельченным металлом 15, которым заполнены оба отсека корпуса 1. Деаэрация воды осуществляется за счет химической реакции измельченного металла, например, железа и/или стали с растворенным в воде кислородом. Деаэрированная вода поступает в устройство для вывода 13 деаэрированной воды и затем подается потребителю.
Перегрузка измельченного металла 15 в отсеках корпуса 1 устройства для химической деаэрации воды осуществляется следующим образом. После того, как устройство для ввода 12 питательной воды и устройство для вывода 13 деаэрированной воды установлены в закрытое положение, открывается дренажное устройство 16 для удаления воды из корпуса 1, а также открывается устройство для сброса воздуха 11. Затем удаляются съемные части дна 3 и крышки 4 (ответный съемный фланец 7 дна 3 и ответный съемный фланец 9 крышки 4). Окисленный измельченный металл удаляется, например, механическим путем, из отсеков корпуса 1. После удаления измельченного металла производится зачистка стенок корпуса 1 и перегородки 14. Затем дно 3 закрывается (ответный съемный фланец 7 соединяется с фланцем 5) и измельченный металл 15 загружается через открытую крышку 4 в отсеки корпуса 1. Крышка 4 закрывается (ответный съемный фланец 9 соединяется с фланцем 6 крышки) и устройство готово к дальнейшей работе.
Предложенное устройство для химической деаэрации воды обладает высокой производительностью за счет того, что
- съемная крышка корпуса снабжена устройством для сброса воздуха, что исключает возможность образования «воздушной подушки»;
- перегородка выполнена сплошной и неразъемно соединена со стенками корпуса и нижняя часть перегородки примыкает к съемному дну корпуса, что способствует увеличению скорости прохождения воды через измельченный металл;
- выполнение дна корпуса съемным сокращает перерывы в работе устройства, обусловленного заменой отработанного окисленного металла в отсеках на новую партию измельченного металла;
- наличие большого количества измельченного металла деаэрирует большее количество воды;
- варианты конструктивного выполнения дна корпуса обеспечивают отсутствие утечек воды.
Кроме того, отсутствует необходимость предварительной термической обработки воды.