ДЕАЭРАТОР ПЕРЕГРЕТОЙ ВОДЫ
SUPERHEATED WATER DEAERATOR

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в установках для деаэрации питательной воды паровых котлов и подпиточной воды тепловых сетей.
Известен аналог - деаэратор перегретой воды (см. патент РФ №2321545, БИ №10, 2008), содержащий корпус, трубопровод подвода деаэрируемой воды, на выходе которого размещено сопло переменного поперечного сечения, присоединенное к корпусу деаэратора и состоящее из последовательно расположенных конфузорного, цилиндрического и диффузорного участков, трубопровод подвода перегретой воды с коническим соплом, расположенным в конфузорном участке сопла переменного поперечного сечения, присоединенные к корпусу деаэратора трубопроводы отвода деаэрированной воды и выпара. Данный аналог принят за прототип.
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известного деаэратора перегретой воды, принятого за прототип, относится то, что известный деаэратор перегретой воды обладает пониженной экономичностью, поскольку не осуществляется регулирование расхода перегретой воды, подаваемой через коническое сопло, в зависимости от скорости движения пароводяного потока в цилиндрическом участке сопла переменного поперечного сечения и содержания растворенного кислорода в деаэрированной воде на выходе из деаэратора перегретой воды.
В процессе работы деаэратора перегретой воды расход деаэрируемой воды изменяется. Поэтому может возникнуть ситуация, когда расход перегретой воды будет недостаточен для вскипания воды и образования устойчивой паровой фазы во всем ее объеме в конце конфузорного участка сопла переменного поперечного сечения. В этом случае скорость пароводяного потока в цилиндрическом участке сопла будет ниже скорости звука в данной среде и не будет достигаться сверхзвуковая скорость потока в диффузорном участке сопла, что приведет к снижению эффективности деаэрации воды, то есть к увеличению содержания растворенного кислорода в деаэрированной воде.
Может возникнуть и обратная ситуация, когда значение расхода перегретой воды будет выше значения ее расхода, при котором также будет происходить вскипание воды и образование устойчивой паровой фазы во всем ее объеме, разгон пароводяного потока до скорости звука в данной среде на входе в цилиндрический участок сопла переменного поперечного сечения и достижение сверхзвуковой скорости потока в диффузорном участке сопла. В этом случае будет происходить перерасход перегретой воды, который не влияет на эффективность деаэрации, а приводит к снижению экономичности работы деаэратора перегретой воды.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Для повышения экономичности работы деаэратора перегретой воды целесообразно осуществлять автоматическое регулирование расхода перегретой воды по содержанию растворенного кислорода в деаэрированной воде и скорости движения пароводяного потока в цилиндрическом участке сопла переменного поперечного сечения. Для этого предлагается установить в деаэраторе перегретой воды регулятор расхода перегретой воды, соединенный с датчиком содержания растворенного кислорода, установленным в трубопроводе отвода деаэрированной воды, с датчиком скорости движения пароводяного потока, установленным в цилиндрическом участке сопла переменного поперечного сечения, и с регулирующим органом, установленным на трубопроводе подвода перегретой воды.
Технический результат заявленного решения заключается в повышении экономичности работы деаэратора перегретой воды.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известный деаэратор перегретой воды содержит корпус, трубопровод подвода деаэрируемой воды, на выходе которого размещено сопло переменного поперечного сечения, присоединенное к корпусу деаэратора и состоящее из последовательно расположенных конфузорного, цилиндрического и диффузорного участков, трубопровод подвода перегретой воды с коническим соплом, расположенным в конфузорном участке сопла переменного поперечного сечения, присоединенные к корпусу деаэратора трубопроводы отвода деаэрированной воды и выпара. Особенность заключается в том, что деаэратор перегретой воды снабжен регулятором расхода перегретой воды, соединенным с датчиком содержания растворенного кислорода, установленным в трубопроводе отвода деаэрированной воды, с датчиком скорости движения пароводяного потока, установленным в цилиндрическом участке сопла переменного поперечного сечения, и с регулирующим органом, установленным на трубопроводе подвода перегретой воды.
На чертеже представлена схема деаэратора перегретой воды.
Деаэратор перегретой воды содержит корпус 1, трубопровод 2 подвода деаэрируемой воды, на выходе которого размещено сопло переменного поперечного сечения, присоединенное к корпусу 1 и состоящее из последовательно расположенных конфузорного 3, цилиндрического 4 и диффузорного 5 участков, трубопровод 6 подвода перегретой воды с коническим соплом 7, расположенным в конфузорном участке 3, присоединенные к корпусу 1 трубопроводы 8 и 9 отвода соответственно деаэрированной воды и выпара, регулятор 10 расхода перегретой воды, соединенный с датчиком 11 содержания растворенного кислорода, установленным в трубопроводе 8 отвода деаэрированной воды, с датчиком 12 скорости движения пароводяного потока, установленным в цилиндрическом участке 4 сопла переменного поперечного сечения, и с регулирующим органом 13 расхода перегретой воды, установленным на трубопроводе 6. При этом конфузорность участка 3 составляет 45÷60°, угол раскрытия диффузорного участка 5-4÷10°. Длина цилиндрического участка 4 выбирается в пределах 2÷4 его диаметра.
Работа деаэратора перегретой воды осуществляется следующим образом.
Поток деаэрируемой воды подается в сопло переменного поперечного сечения по трубопроводу 2. В конфузорном участке 3 сопла переменного поперечного сечения в поток деаэрируемой воды по трубопроводу 6 через коническое сопло 7 подается перегретая вода. При этом в сечении конфузорного участка 3, расположенном на выходе конического сопла 7, вследствие высокой скорости истечения перегретой воды из конического сопла 7 скоростной напор возрастает, а статическое давление падает и становится ниже давления насыщения при температуре деаэрируемой воды на входе в деаэратор. Это приводит к вскипанию общей массы воды и образованию устойчивой паровой фазы во всем ее объеме в конце конфузорного участка 3, то есть на входе в цилиндрический участок 4. Вследствие образования паровой фазы объем потока возрастает и на входе в цилиндрический участок 4 скорость пароводяного потока становится равной скорости звука в данной среде. В цилиндрическом участке 4 происходит выравнивание скоростных и температурных полей по сечению потока. В диффузорном участке 5 давление в потоке снижается до давления, равного давлению в корпусе 1, что вызывает разгон потока до сверхзвуковой скорости. Вследствие достижения сверхзвуковой скорости интенсифицируются процессы кипения и турбулизации потока, увеличивается поверхность массообмена и, как следствие, активизируется процесс выделения растворенных в воде газов в паровую фазу. Таким образом, для того, чтобы обеспечивалось заданное значение содержания растворенного кислорода в деаэрированной воде, необходимо, чтобы скорость пароводяного потока в цилиндрическом участке 4 была равна скорости звука в данной среде.
В процессе работы деаэратора перегретой воды осуществляется непрерывное измерение содержания растворенного кислорода в деаэрированной воде датчиком 11 и скорости движения пароводяного потока в цилиндрическом участке 4 датчиком 12. Сигналы от датчиков 11 и 12 поступают на вход регулятора 10 расхода перегретой воды, выход которого соединен с регулирующим органом 13 расхода перегретой воды, установленным на трубопроводе 6. В случае, когда содержание растворенного кислорода в деаэрированной воде превысит заданное значение, по сигналу от датчика 11 регулятором 10 вырабатывается командный сигнал на увеличение расхода перегретой воды. Командный сигнал, вырабатываемый регулятором 10, воздействует на регулирующий орган 13, которым осуществляется увеличение расхода перегретой воды. Увеличением расхода перегретой воды добиваются увеличения скорости пароводяного потока в цилиндрическом участке 4. И в момент, когда скорость пароводяного потока в цилиндрическом участке 4 станет равной скорости звука в данной среде, по сигналу от датчика 12 регулятором 10 будет вырабатываться командный сигнал на прекращение увеличения расхода перегретой воды, воздействующий на регулирующий орган 13, поскольку дальнейшее увеличение расхода перегретой воды не повлияет на эффективность деаэрации, а приведет к перерасходу перегретой воды.
При возникновении обратной ситуации, когда содержание растворенного кислорода в деаэрированной воде будет ниже заданного значения, системой автоматического регулирования осуществляется уменьшение расхода перегретой воды, тем самым будет обеспечена качественная деаэрация воды при минимальных затратах. При этом для обеспечения заданного значения содержания растворенного кислорода в деаэрированной воде скорость пароводяного потока в цилиндрическом участке 4 должна быть равна скорости звука в данной среде. Выпар из корпуса 1 отводится по трубопроводу 9, а деаэрированная вода - по трубопроводу 8.
Таким образом, дополнительная установка регулятора расхода перегретой воды, соединенного с датчиком содержания растворенного кислорода в деаэрированной воде, датчиком скорости движения пароводяного потока в цилиндрическом участке сопла переменного поперечного сечения и регулирующим органом, установленным на трубопроводе подвода перегретой воды, позволяет осуществлять автоматическое регулирование расхода перегретой воды, то есть при разных расходах деаэрируемой воды устанавливать минимальный расход перегретой воды, необходимый для осуществления эффективной деаэрации, что повышает экономичность работы деаэратора перегретой воды.