СЕКЦИОНИРОВАННАЯ ДЕАЭРАЦИОННАЯ КОЛОНКА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована для деаэрирования питательной воды в паросиловых установках.
Известна деаэрационная колонка для обработки питательной воды паросиловой установки, содержащая установленный на баке для приема деаэрированной воды вертикальный цилиндрический корпус, размещенные внутри корпуса в верхней его части форсунки для распыла деаэрируемой воды, расположенный по оси корпуса цилиндрический выпарной канал, установленную соосно с ним обечайку, имеющую в нижней своей части сужение с выводным концом для отвода деаэрированной воды, и кольцевой пристенный по отношению к корпусу канал для подвода пара в зону его контакта с распыливаемой водой, а под зоной контакта пара с распыливаемой водой - открытый стакан для приема деаэрированной воды с образованием гидрозатвора с водоспускным и подъемным каналами [1]. В деаэрационной колонке данного типа достигается достаточно полная степень деаэрирования воды, однако имеет место высокое гидравлическое сопротивление форсунок и сравнительно узкий диапазон их регулирования. Основным параметром, определяющим эффективную работу форсунок, является срабатываемый на них перепад давления. При перепаде давления менее 0,1 МПа эффективность процесса распыливания заметно снижается, а при повышении его сверх 0,45 МПа увеличение энергозатрат на распыливание не компенсируется повышением эффективности процесса. Реально минимально допустимое значение перепада давления на форсунках устанавливается с запасом на уровне 0,11 МПа. С учетом квадратичной зависимости между расходом и перепадом давления на форсунках диапазон допустимых нагрузок при регулируемом перепаде давления 0,44-0,11 МПа составляет от 100 до 50% их номинальной производительности. Для поддержания необходимого перепада давления при снижении нагрузки ниже 50% необходимо отключение части форсунок, однако такое отключение в деаэрационной установке с одной колонкой недопустимо, так как каждая из параллельно работающих форсунок создает эжекционный напор с некоторым перепадом статического давления. В результате этого в местах отключения форсунок возможно образование обратных течений, способных привести к нарушению гидродинамики всей контактной зоны. При этом деаэрационную установку необходимо выполнять по меньшей мере с двумя колонками, одна из которых при нагрузках ниже 50% отключается, поддерживая необходимый перепад давления на оставшихся в работе форсунках другой колонки. Однако наличие двух колонок усложняет компоновку деаэрационной установки и условия ее эксплуатации.
Достигаемый полезной моделью технический результат заключается в возможности регулировании производительности деаэрационной установки в широких пределах при использовании в ней одной колонки.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что по одному из вариантов полезной модели в деаэрационной колонке для обработки питательной воды паросиловой установки, содержащей установленный на баке для приема деаэрированной воды вертикальный цилиндрический корпус, размещенные внутри корпуса в верхней его части форсунки для распыла деаэрируемой воды, расположенный по оси корпуса цилиндрический выпарной канал, установленную соосно с ним обечайку, имеющую в нижней своей части сужение с выводным концом для отвода деаэрированной воды, и кольцевой пристенный по отношению к корпусу канал для подвода пара в зону его контакта с распыливаемой водой, а под зоной контакта пара с распыливаемой водой - открытый стакан для приема деаэрированной воды с образованием гидрозатвора с водоспускным и подъемным каналами, согласно полезной модели зона контакта пара с распыливаемой водой разделена по всей ее высоте, включая водоспускной канал гидрозатвора, по меньшей мере двумя радиальными перегородками на по меньшей мере две секторные секции с автономно управляемыми форсунками. При этом количество секторных секций может быть равно, например, шести, и в каждой указанной секции размещена одна форсунка.
Согласно другому варианту полезной модели указанный технический результат обеспечивается тем, что в деаэрационной колонке для обработки питательной воды паросиловой установки, содержащей установленный на баке для приема деаэрированной воды вертикальный цилиндрический корпус, размещенные внутри корпуса в верхней его части форсунки для распыла деаэрируемой воды, расположенный по оси корпуса цилиндрический выпарной канал и соосно с ним обечайку, образующую совместно со стенкой корпуса кольцевой канал для подвода пара в зону его контакта с распыливаемой водой, причем указанная обечайка имеет в нижней своей части сужение с выводным концом для отвода деаэрированной воды, а под зоной контакта пара с распыливаемой водой - открытый стакан для приема деаэрированной воды с образованием гидрозатвора с водоспускным и подъемным каналами, согласно полезной модели зона контакта пара с распыливаемой водой разделена по меньшей мере одной дополнительной обечайкой на по меньшей мере две концентрические кольцевые секции с автономно управляемыми форсунками, причем выводные концы всех дополнительных обечаек помещены в указанном открытом стакане, а каждая из всех обечаек, кроме примыкающей к цилиндрическому выпарному каналу, имеет с внутренней стороны цилиндрической части соосную обечайке цилиндрическую выгородку с образованием заглушенного сверху кольцевого выпарного канала с боковым отводом выпара. При этом каждая кольцевая секция зоны контакта пара с распыливаемой водой содержит f=6·n форсунок, где f - количество форсунок в секции, n - порядковый номер секции от центра к периферии, а в по меньшей мере одной кольцевой секции зоны контакта пара с распыливаемой водой по всей ее высоте, включая водоспускной канал гидрозатвора, установлены по меньшей мере две радиальные перегородки, разделяющие упомянутую кольцевую секцию на по меньшей мере две секторные подсекции с автономно управляемыми форсунками.
Согласно еще одному варианту полезной модели указанный технический результат обеспечивается тем, что в деаэрационной колонке для обработки питательной воды паросиловой установки, содержащей установленный на баке для приема деаэрированной воды вертикальный цилиндрический корпус, размещенные внутри корпуса в верхней его части форсунки для распыла деаэрируемой воды, расположенный по оси корпуса цилиндрический выпарной канал, установленную соосно с ним обечайку, имеющую в нижней своей части сужение с выводным концом для отвода деаэрированной воды, и кольцевой пристенный по отношению к корпусу канал для подвода пара в зону его контакта с распыливаемой водой, а под зоной контакта пара с распыливаемой водой - открытый стакан для приема деаэрированной воды с образованием гидрозатвора с водоспускным и подъемным каналами, согласно полезной модели в кольцевом пространстве между корпусом и выпарным каналом помещены равномерно по соосной с корпусом окружности, по меньшей мере три вертикальные цилиндрические выгородки, суммарное внутреннее пространство которых образует зону контакта пара с распыливаемой водой, над каждой цилиндрической выгородкой установлена по меньшей мере одна автономно управляемая форсунка, верхний торец обечайки, имеющей в нижней своей части сужение с выводным концом для отвода деаэрированной воды, заглушен, а нижние участки всех цилиндрических выгородок введены внутрь указанной обечайки, и торец ее выводного конца помещен в указанном открытом стакане для приема деаэрированной воды, причем кольцевое пространство между стенкой указанной обечайки и выпарным каналом разделено радиальными перегородками, включая водоопускной канал гидрозатвора, на секторные секции по числу расположенных над ними цилиндрических выгородок.
Во всех указанных вариантах деаэрационная колонка согласно полезной модели дополнительно содержит второй открытый стакан и вертикальную открытую воронку, причем указанные открытые стаканы расположены один под другим, верхний из них помещен внутри раструба воронки, а выводной конец последней - внутри нижнего открытого стакана.
Секционирование контактной зоны с возможностью последовательного отключения отдельных секций на частичных режимах работы аппарата обеспечивает расширение диапазона допустимых нагрузок деаэрационной колонки, позволяет выполнить деаэрационную установку с одной колонкой и тем самым упростить компоновку и условия эксплуатации указанной установки. При этом достигается также снижение максимального перепада давления на форсунках. Например, выделение отключаемых секций мощностью до одной трети по расходу питательной воды на работающие форсунки обеспечивает снижение максимального перепада давления на форсунках с 0,44 до 0,25 МПа, что уменьшает энергозатраты на функционирование деаэрационной установки. Дальнейшего снижения перепада давления на форсунках можно достигнуть путем уменьшения мощности отключаемых секций.
Полезная модель иллюстрируется следующими чертежами, где на фиг.1 изображена деаэрационная колонка согласно полезной модели по одному из вариантов ее выполнения с разделением кольцевой зоны контакта пара с распыливаемой водой на секторные секции; на фиг.2 - поперечный разрез по А-А фиг.1; на фиг.3 - деаэрационная колонка по другому варианту ее выполнения с разделением зоны контакта пара с распыливаемой водой на две кольцевые секции; на фиг.4 - то же с разделением указанной зоны на три кольцевые секции; на фиг.5 - деаэрационная колонка еще по одному варианту ее выполнения с размещением в зоне контакта пара с распыливаемой водой цилиндрических выгородок; на фиг.6 - поперечный разрез по Б-Б фиг.5; на фиг.7 - поперечный разрез по В-В фиг.5.
Деаэрационная колонка для обработки питательной воды, например, для парогазовой установки (ПГУ), согласно полезной модели содержит установленный на баке 1 (фиг.1, 3, 4) для приема деаэрированной воды (в данном случае на барабане низкого давления котла-утилизатора ПГУ) вертикальный цилиндрический корпус 2 (фиг.1-7). Внутри корпуса 2 в верхней его части установлены форсунки 3 для распыла деаэрируемой воды. По оси корпуса 2 расположен цилиндрический выпарной канал 4 с выпускным отверстием в его верхней части и примыкающим к этому отверстию выводным штуцером 5. Соосно с корпусом 2 и с выпарным каналом 4 размещена обечайка 6 (фиг.1-5, 7), имеющая в нижней своей части сужение с выводным концом 7 (фиг.1, 3, 4, 5) для отвода деаэрированной воды. Внутри корпуса 2 во всех вариантах выполнения предусмотрен пристенный канал 8 (фиг.1-7) для подвода пара в зону 9 (фиг.1, 3, 4, 5) его контакта с распыливаемой водой, а под указанной зоной помещен открытый стакан 10 для приема деаэрированной воды с образованием гидрозатвора 11 (фиг.1, 3, 4, 5). По варианту выполнения деаэрационной колонки фиг.1, 2 кольцевая зона 9 контакта пара с распыливаемой водой разделена по всей ее высоте в данном примере шестью радиальными перегородками 12 соответственно на шесть секторных секций 13 (фиг.2) с автономно управляемыми форсунками 3. Рекомендуемое число форсунок - по одной в каждой секции 13.
По варианту выполнения деаэрационной колонки фиг.3-4 кольцевая зона 9 контакта пара с распыливаемой водой разделена одной 14 (фиг.3) или двумя 14 и 15 (фиг.4) дополнительными обечайками, в первом случае на две, а во втором - на три концентрические кольцевые секции: 16, 17 (фиг.3) и 16, 17, 18 (фиг.4) с автономно управляемыми форсунками 3, равномерно распределенными по окружности кольца каждой секции. В секции 16 размещено 6 форсунок, в секции 17-12 форсунок, в секции 18-18 форсунок. Выводные концы 19, 20 дополнительных обечаек 14, 15 помещены в открытом стакане 10, а каждая обечайка, кроме обечайки 14, примыкающей к цилиндрическому выпарному каналу 4, то есть обечайки 6 (фиг.3, 4) и 15 (фиг.4), имеют с внутренней стороны цилиндрической части соосную обечайке цилиндрическую выгородку соответственно 21, 22 с образованием заглушенного сверху кольцевого выпарного канала 23 (фиг.3, 4) и 24 (фиг.4), в верхней части которого предусмотрено выпускное отверстие с выводными штуцерами 26 (фиг.3, 4) и 27 (фиг.4). Во всех кольцевых секциях 16, 17, 18 могут быть установлены радиальные перегородки, разделяющие их на секторные подсекции с автономно управляемыми форсунками (на чертеже не показаны). Для подвода воды ко всем форсункам 3 предусмотрены штуцеры 28 (фиг.1, 3, 4, 5) и кольцевые коллекторы 29 (фиг.3, 4).
По варианту фиг.5-7 в деаэрационной колонке согласно полезной модели в кольцевом пространстве между корпусом 2 и цилиндрическим выпарным каналом 4 помещены равномерно по соосной с корпусом 2 окружности по меньшей мере три (в данном примере - шесть) вертикальные цилиндрические выгородки 30, суммарное внутреннее пространство которых образует зону контакта пара с распиливаемой водой, над каждой цилиндрической выгородкой установлена в данном примере одна автономно управляемая форсунка 3. В установленной соосно с корпусом обечайке 6, имеющей в нижней своей части сужение с выводным концом 7 для отвода деаэрированной воды верхний торец указанной обечайки заглушен, а нижние участки всех цилиндрических выгородок 30 введены внутрь обечайки 6, и торец ее выводного конца 7 помещен в открытом стакане 10 для приема деаэрированной воды. При этом кольцевое пространство между стенкой обечайки 6 и выпарным каналом 4 разделено радиальными перегородками 31, включая водоспускной канал гидрозатвора 11, на секторные секции 32 по числу расположенных над ними цилиндрических выгородок 30.
Во всех вариантах выполнения деаэрационной колонки на водоотводящих устройствах деаэрированной воды с целью повышения устойчивости их работы предусмотрена установка двух последовательно расположенных по ходу воды кольцевых гидрозатворов 11 и 34. Гидрозатвор 11 расположен в нижней части корпуса 2 деаэрационной колонки, гидрозатвор 34 - в нижней части бака (барабана низкого давления) 1, куда сливается вся вода. Гидрозатвор 11 образован стаканом 10 и нижним концом обечайки 6 (фиг.1, 3, 4, 5), обечайки 14 (фиг.3, 4), обечайки 15 (фиг.4). Гидрозатвор 34 образован стаканом 33 и выводным концом 36 воронки 35 (фиг.1, 3, 4, 5).
Для исключения негативного взаимного влияния гидрозатворов друг на друга и обеспечения их независимого функционирования воронка 35, отводящая воду от гидрозатвора 11 к гидрозатвору 34, имеет гидравлическую связь с паровым пространством корпуса 2.
Входная часть цилиндрического выпарного канала 4 во всех вариантах выполнения деаэрационной колонки может быть выполнена с открытым торцом, расположенным выше уровня воды в гидрозатворе 11 (фиг.3, 4) или с торцом, погруженным под уровень воды в гидрозатворе 11 (фиг.1, 5), в последнем случае стенка цилиндрического выпарного канала 4 над уровнем воды имеет входные перфорационные отверстия. Последний вариант предпочтительней в части уменьшения уноса с выпаром капель деаэрированной воды.
Кроме того, во всех вариантах в верхней части корпуса 2 деаэрационной колонки предусмотрен фланцевый разъем 37, обеспечивающий возможность обследования состояния внутренних элементов колонки, их ремонта, а при необходимости и замены.
Во всех вариантах на трубопроводах подвода воды к форсункам 3 могут быть предусмотрены фланцевые разъемы 38 (фиг.5), обеспечивающие индивидуальное извлечение из корпуса 2 каждой форсунки 3 для ее обслуживания или замены.
Деаэрационная колонка согласно полезной модели работает следующим образом. К форсункам 3 каждой секции 13, 16, 17, 18, 32 подводится питательная вода. Форсунки 3 осуществляют распыливание воды и эжектирование пара из пристенного канала 8 в зону 9 его контакта с распыленной водой в каждой указанной секции. Деаэрированные из воды при ее нагреве паром газы вместе с частью не сконденсировавшегося пара в виде выпара и частицами уносимой деаэрированной воды отводятся через расположенный по оси корпуса 2 цилиндрический выпарной канал 4 со штуцером 5, а также через примыкающие к каждой секции 17, 18 кольцевые выпарные каналы 23, 24 со штуцерами 26, 27 (фиг 3, 4). Отвод деаэрированной воды осуществляется из секций последовательно через два гидрозатвора 11 и 34 (фиг.1, 3, 4), отделяющие пространство зоны контакта пара с распыливаемой водой каждой секции от пристенного канала 8 для подвода пара. Попадая в бак (барабан низкого давления) 1, деаэрированная вода смешивается в нем с котловой водой.
При необходимости отключения отдельных секций деаэрационной колонки соответствующие устройства подвода питательной воды закрываются. На линиях подвода пара к форсункам и отвода деаэрированной воды и выпара отключающие устройства не предусмотрены. При отключении отдельной секции эжектирующий эффект соответствующих форсунок прекращается и пар в отключенную секцию практически не поступает, в гидрозатворе остается стационарный столб воды, отделяющий внутреннее пространство отключенной секции от работающей, а выпар в отводящих каналах отключенной секции замещается свежим паром.
Источники информации:
1. Внедрение центробежно-струйных распиливающих форсунок в деаэрационных устройствах ПГУ-39 Сочинской ТЭС / Гомболевский В.И., Афанасьев Б.П. и др. // Электрические станции, 2009, №5, стр.15.