УСТАНОВКА ДЛЯ ДЕКАРБОНИЗАЦИИ ВОДЫ

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована на тепловых электростанциях и котельных установках.
Известны установки для декарбонизации воды Ульяновского государственного технического университета, каждая из которых содержит декарбонизатор, подключенные к нему трубопроводы исходной и декарбонизированной воды, патрубок выпара, воздуховод с включенным в него вентилятором, установленный на воздуховоде регулирующий орган шиберного типа, соединенный с ним регулятор расхода воздуха, связанный с датчиком одного из параметров, влияющих на процесс декарбонизации воды, при этом, каждая установка содержит либо датчик расхода исходной воды, либо датчик начального содержания свободного диоксида углерода в исходной воде, либо датчик температуры исходной воды (Патент РФ №2148207, С1, дата приоритета 16.11.1998, дата публикации 27.04.2000; патент РФ №2148021, С1, дата приоритета 23.03.1999, дата публикации 27.04.2000; патент РФ №2153630, С1, дата приоритета 17.09.1999, дата публикации 27.07.2000; авторы патентов Шарапов В.И. и Сивухина М.А., RU).
Общим недостатком известных установок для декарбонизации воды является низкая их эффективность из-за низкого качества очистки воды ввиду отсутствия комплексного учета всех факторов, влияющих на процесс декарбонизации и отсутствия контроля качества удаления газа, а также высокие энергозатраты на подачу воздуха в связи с нерациональной эксплуатацией вентилятора, так как регулирование расходом воздуха вентилятора с помощью регулирующего органа шиберного типа, установленного на воздуховоде, является самым неэкономичным.
Главным фактором для обоснования указанных недостатков является наличие множества технологических параметров процесса декарбонизации воды, которые могут изменяться в широких пределах и при этом влиять как на эффективность работы установки, так и на ее надежность. Так, например температура исходной воды может изменяться в широких пределах с разницей между минимальным и максимальным значениями более, чем в 3 раза, исходная концентрация углекислого газа, зависящая от сезона и от технологии очистки воды перед декарбонизатором, может колебаться от 10 до 110 мг/кг, а расход воды, в основном находится в пределах от 50 до 100% от номинального значения. Кроме того, щелочной показатель обрабатываемой воды, также влияющий на качество очистки, может быть разным. Из этого следует, что все известные установки производят некачественную декарбонизацию воды при изменении каких-либо параметров процесса, так как каждая из них учитывает изменение лишь одного параметра, регистрируемого соответствующим датчиком
В качестве прототипа принята известная установка для декарбонизации воды, содержащая декарбонизатор, подключенные к нему трубопроводы исходной и декарбонизированной воды, патрубок выпара, воздуховод с включенным в него вентилятором, установленный на воздуховоде регулирующий орган шиберного типа, соединенный с ним регулятор расхода воздуха, связанный с датчиком концентрации свободного диоксида в декарбонизированной воде (Патент РФ №2151952, С1, дата приоритета 09.04.1999, дата публикации 27.06.2000, авторы Шарапов В.И. и Сивухина М.А., RU, прототип).
Недостатком прототипа является низкая эффективность установки для декарбонизации воды, во-первых, из-за возможного ухудшения качества очистки воды по причине отсутствия комплексного учета всех факторов, влияющих на процесс декарбонизации, а также, в связи с тем, что возникает существенное транспортное запаздывание, а именно, задержка во времени изменения остаточной концентрации газа после изменения производительности вентилятора (расхода воздуха), существенно снижающая качество очитки при переменных параметрах процесса; во-вторых, из-за существенных энергозатрат на подачу воздуха в связи с нерациональной эксплуатацией вентилятора, так как регулирование расходом воздуха вентилятора осуществляется с помощью регулирующего органа шиберного типа, установленного на воздуховоде.
Задачей полезной модели является повышение эффективности установки путем более качественного удаления углекислого газа при минимальных затратах электроэнергии на подачу воздуха в декарбонизатор.
Для решения поставленной задачи установка для декарбонизации воды, содержащая декарбонизатор, подключенные к нему трубопроводы исходной и декарбонизированной воды, патрубок выпара, воздуховод с включенным в него вентилятором, регулятор расхода воздуха, связанный с датчиком конечной концентрации углекислоты, и регулирующий орган, связанный с регулятором расхода воздуха и вентилятором, согласно полезной модели, она дополнительно содержит датчики исходной концентрации углекислоты, температуры и расхода исходной воды, связанные с регулятором расхода воздуха, управляющим производительностью вентилятора с помощью системного блока, содержащего преобразователь частоты и асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, связанный с вентилятором.
В отличие от известных установок, в заявленной установке имеются датчики контроля основных параметров процесса (производительность декарбонизатора, температура исходной воды, исходной и конечной концентрации углекислоты), а управление расходом воздуха осуществляется в системе преобразователь частоты-асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Данная система выполнена в едином блоке.
Отличительные признаки предложенного решения имеет ряд положительных свойств, которые влияют на технический результат, а именно:
- регулятор расхода воздуха получает сигналы от датчиков, измеряющих четыре основных технологических параметров. При этом устраняется транспортное запаздывание, и регулятор управляет величиной расхода воздуха в зависимости от этих параметров;
- для регулирования расходом воздуха используется система преобразователь частоты-асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Таким образом, используется самый экономичный и надежный способ регулирования производительности вентилятора (скоростью вращения двигателя).
Приведенные признаки необходимы и достаточны для решения поставленной задачи, находятся в причинно-следственной связи с полученным результатом, решают на высоком техническом уровне поставленную задачу и дают возможность создать установку для качественного удаления углекислого газа при минимальных затратах электроэнергии на привод вентилятора.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором приведена схема установки для декарбонизации воды.
Установка для декарбонизации воды содержит декарбонизатор 1 с подключенными к нему трубопроводами исходной (обрабатываемой) воды 2, декарбонизированной воды 3 и воздуховодом 4, в который включен вентилятор 5 с регулируемой производительностью. Для этого установка содержит соединенный с вентилятором 5 асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 6, связанный с преобразователем частоты 7, образующими единый системный блок. В установку включен регулятор расхода воздуха 8, который соединен с датчиками начальной концентрации свободного диоксида углерода 9, температуры исходной воды 10, расхода воды 11, установленными на трубопроводе 2, и с датчиком остаточной концентрации свободного диоксида углерода 12, установленным на трубопроводе 3. В верхней части декарбонизатора расположен патрубок выпара 13. В трубопровод 3 включен насос декарбонизированной воды 14. Воздух в декарбонизатор 1 подается по воздуховоду 4.
Установка для декарбонизации воды работает следующим образом. Обрабатываемая вода по трубопроводу 2 подается в декарбонизатор 1. Вентилятором 5 по воздуховоду 4 в декарбонизатор подается атмосферный воздух. При прохождении воздуха через декарбонизатор навстречу потоку воды в него переходит выделяющийся из воды избыточный диоксид углерода. Насыщенный свободным диоксидом углерода пар удаляется из декарбонизатора через патрубок выпора 13. Декарбонизированная вода откачивается из декарбонизатора насосом 14. Технологические параметры измеряются датчиками начальной концентрации свободного диоксида углерода 9, температуры исходной воды 10, расхода воды 11 и остаточной концентрации свободного диоксида углерода 12. Сигналы от датчиков передаются на регулятор расхода воздуха 8, который в зависимости от величин сигналов управляет преобразователем частоты 7. Преобразователь частоты выполнен на базе автономного инвертора напряжения, что позволяет реализовать оптимальное для управления двигателем 6 вентилятора 5 соотношение задающего электрического напряжения и частоты. Двигатель, в свою очередь, приводит в движение исполнительный орган (вентилятор 5), который подает воздух через воздуховод 4 в декарбонизатор 1. Расход воздуха, подаваемого в декарбонизатор, регулируется в зависимости от показаний датчиков 9, 10, 11, 12 с помощью регулятора 8 и системы преобразователь частоты-асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 7-6, которая регулирует скорость вращения двигателя, а следовательно величину произодительности вентилятора.
Таким образом, заявляемое техническое решение является новым, работоспособным, позволяющим наиболее качественно удалять углекислый газ из воды при минимальных затратах электроэнергии на привод вентилятора.