ТЕРМИЧЕСКИЙ ДЕАЭРАТОР Российский патент 1996 года по МПК C02F1/20 F28C3/06 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для деаэрации питательной воды котлов ТЭС, а также подпиточной воды тепловых сетей и основного цикла ТЭС.

Известны термические деаэраторы, содержащие корпус, струйные и барботажную тарелки, патрубки подвода недеаэрированной воды и греющей среды, патрубки отвода деаэрированной воды и выпара [1]
Одним из существенных недостатков известных деаэраторов является то, что в них требуется подавать большой удельный расход греющей среды, т.е. у них низкая эффективность работы.

Указанный недостаток частично устранен в деаэраторе [2] который состоит из корпуса, струйных и барботажной тарелок, патрубков подвода недеаэрированной воды и греющей среды, патрубков отвода деаэрированной воды и выпара, а в патрубке подвода недеаэрированной воды установлено сопло. В известном деаэраторе деаэрируемая вода перед поступлением на верхнюю тарелку частично деаэрируется в патрубке подвода воды в деаэратор. За счет этого повышается эффективность деаэратора.

Однако такие деаэраторы недостаточно эффективны, а конкретнее деаэраторы не обеспечивают малое содержание газов в деаэрированной воде (требуемое нормами), при этом в деаэраторы необходимо подавать большой удельный расход греющей среды. Указанный недостаток обусловлен тем, что в деаэраторе из деаэрируемой воды мало выделяется растворенных газов за счет образования пузырьков внутри объема жидкости, так как вода, входящая в сопло, имеет высокую кавитационную прочность. Кроме того, из воды, вышедшей из сопла, недостаточно интенсивно выделяются растворенные газы за счет диффузии, так как вода, вышедшая из сопла, не разбрызгивается на мелкие капли.

Целью изобретения является повышение эффективности деаэратора.

Цель достигается за счет уменьшения кавитационной прочности воды, поступающей в сопло, и за счет дополнительного разбрызгивания в паровом отсеке деаэратора воды, вышедшей из сопла.

Цель достигается тем, что в известном деаэраторе, содержащем корпус с патрубками подвода недеаэрированной воды и греющей среды и патрубками отвода деаэрированной воды и выпара, установлены струйные и барботажная тарелки, а в патрубке подвода недеаэрированной воды последовательно (по ходу движения воды) установлены винтовые направляющие лопатки, решетка турбулизации и конфузорное сопло, а длина патрубка недеаэрированной воды после сопла определена по формуле
l
В предложенном деаэраторе поток недеаэрированной воды закручивается винтовыми лопатками в патрубке подвода вокруг продольной оси патрубка. При этом повышается турбулентность потока. Затем, проходя через решетку, поток приобретает повышенную турбулентность. Далее в сопле вода разгоняется, а давление воды падает до давления паров упругости воды. Однако парообразования в сопле не происходит, так как скорость воды в сопле больше критической (при температуре воды 30-40^оС критическая скорость потока воды равна 2,5-4,0 м/с). При повышенной турбулентности вода имеет низкую кавитационную прочность, поэтому при снижении давления в потоке воды (при прохождении сопла) по всему поперечному сечению потока интенсивно образуются газовые пузырьки, т. е. из воды интенсивно выделяются растворенные газы.

При выходе из сопла вода вскипает, так как поперечное сечение канала, по которому течет поток, выйдя из сопла, увеличилось, а давление в патрубке после сопла меньше, чем в сопле. При этом давление в патрубке после сопла меньше, чем в деаэраторе, что достигается за счет эжектирующего действия пароводяного потока, вышедшего из сопла. Для обеспечения высоких эжектирующих свойств потока в патрубке поперечное сечение потока при выходе из патрубка равняется поперечному сечению патрубка.

Так как поток в сопле вскипающий и закручен по спирали, то, выйдя из сопла в паровое пространство, частицы воды в потоке движутся по касательной к окружности, по которой они двигались в сопле, за счет этого по мере удаления потока от сопла поперечное сечение потока увеличивается и на расстоянии, определенном по приведенной формуле, сечение потока равно сечению патрубка. В этой связи для обеспечения высоких эжектирующих свойств потока в патрубке длина патрубка за соплом должна быть определена по приведенной формуле. При такой длине патрубка пароводяной поток, двигаясь в патрубке, не соприкасается со стенкой патрубка, в результате пароводяной поток, вышедший из патрубка, имеет однородную структуру в поперечном сечении. Далее частицы воды продолжают двигаться за счет инерционных сил от центра потока к периферии. В результате поток воды распадается на мелкие капли, из которых выделяются растворенные газы.

В результате закрутки потока винтовыми лопатками и повышения турбулентности потока винтовыми лопатками и решеткой из деаэрируемой воды интенсивно выделяются растворенные газы за счет образования газовых пузырьков в жидкости, а также происходит разбрызгивание воды на мелкие капли, из которых выделяются растворенные газы перед поступлением на верхнюю тарелку. В результате в предложенном деаэраторе в воде на верхней тарелке содержится мало растворенных газов, что обеспечивает малое содержание газов в деаэрированной воде при небольшом удельном расходе греющей среды, т.е. предложенный деаэратор обладает более высокой эффективностью, чем известные деаэраторы.

На фиг.1 и 2 изображен предлагаемый деаэратор в разрезе.

Деаэpатор содержит корпус 1, направляющую перегородку 2, струйные тарелки 3, 4, барботажную тарелку 5, патрубки подвода недеаэрированной воды 6 и греющей среды 7, патрубки отвода деаэрированной воды 8 и выпара 9, в патрубке 7 установлены направляющие винтовые лопатки 10, решетка 11 турбулизации и конфузорное сопло 12. Сопло 12 установлено на расстоянии l от выходящего в деаэратор отверстия патрубка.

Деаэратор работает следующим образом. Недеаэрированная вода поступает в патрубок 6. Винтовыми лопатками 10 элементарные струйки потока воды в патрубке направляются по винтовой траектории и турбулизуются. Проходя через решетку 11 турбулизации, поток воды приобретает повышенную турбулентность и затем разгоняется в сопле 12, при этом давление в потоке падает до давления паров упругости воды. Однако парообразование в сопле не происходит, так как скорость воды в сопле больше критической (при температуре воды 30-40^оС, критическая скорость потока воды равна 2,5-4,0 м/с). При повышенной турбулентности вода имеет низкую кавитационную прочность, поэтому при снижении давления в потоке воды при прохождении сопла по всему поперечному сечению потока интенсивно образуются газовые пузырьки, т.е. из воды интенсивно выделяются растворенные газы. При выходе из сопла вода вскипает, так как поперечное сечение канала, по которому течет поток, выйдя из сопла, увеличилось, а давление в патрубке после сопла меньше, чем в сопле. При этом давление в патрубке после сопла меньше, чем давление в деаэраторе, что достигается за счет эжектирующего действия пароводяного потока, вышедшего из сопла. Для обеспечения высоких эжектирующих свойств потока в патрубке поперечное сечение потока при выходе из патрубка равняется поперечному сечению патрубка.

Так как поток в патрубке закручен, то, выйдя из сопла 12 в паровое пространство, частицы воды в потоке движутся по касательной к окружности, по которой они двигались в сопле, за счет этого по мере удаления потока от сопла поперечное сечение потока увеличивается. Длина патрубка после сопла выбрана такой, что в конце патрубка поперечное сечение потока становится равным поперечному сечению патрубка. Благодаря этому в патрубке после сопла создается давление меньшее, чем давление в деаэpаторе. Под действием пониженного давления в патрубке происходят вскипание и деаэрация воды. Длина патрубка после сопла выбрана такой, что расширяющийся паровой поток, двигаясь в патрубке, не соприкасается со стенкой патрубка, в результате пароводяной поток, вышедший из патрубка, имеет однородную структуру в поперечном сечении. За счет этого в потоке, вышедшем из патрубка, обеспечивается интенсивный массообмен по всему поперечному сечению.

В результате закрутки потока винтовыми лопатками 10 поток, выйдя из патрубка, разбрызгивается на мелкие капли. В мелких каплях вода подогревается и деаэрируется, Далее капли воды попадают на струйные тарелки, откуда затем вода стекает тонкими струями. В струях вода подогревается до температуры насыщения в деаэраторе и деаэрируется. Деаэрация воды завершается на тарелке 5 в барботажном слое, после чего деаэрированная вода отводится из деаэратора по патрубку 8. Греющая среда (перегретая вода) поступает в деаэратор по патрубку 7, под барботажную тарелку. Здесь перегретая вода вскипает. Образовавшийся при этом пар направляется в отверстия тарелки 5, далее проходит через слои воды на тарелке и затем выходит в струйные отсеки деаэратора. Здесь пар конденсируется при нагреве воды, стекающей с тарелки тонкими струями. Конденсация пара завершается в отсеке над тарелкой 3 при нагреве воды в мелких каплях, а неконденсирующиеся газы по патрубку 9 отводятся из деаэратора.

Неиспарившаяся вода из-под барботажной тарелки отводится по каналу 13, затем, смешавшись с деаэрируемой водой, по патрубку 8 отводится из деаэратора.

Деаэратор обеспечивает высокое качество деаэрации при малом удельном расходе греющей среды (пара), за счет этого повышается экономичность режима деаэрации. Использование предлагаемого технического решения в вакуумных деаэраторах, деаэрирующих подпиточную воду тепловых сетей, позволяет использовать в качестве греющей среды в деаэраторе перегретую воду с низкой температурой, например сетевую воду. За счет этого повышается экономичность режима деаэрации, а также упрощается тепловая схема деаэрационной установки.

Использование: в теплоэнергетике для деаэрации питательной воды котлов, а также подпиточной воды тепловых сетей и основного цикла теплоэлектросети. Сущность изобретения: термический деаэратор содержит корпус, струйные и барботажную тарелки, патрубки подвода недеаэрированной воды и греющей среды, патрубки отвода деаэрированной воды и выпара. В патрубке подвода недеаэрированной воды установлено сопло, а перед соплом установлены винтовые направляющие лопатки и решетка. 2 ил.

ТЕРМИЧЕСКИЙ ДЕАЭРАТОР, содержащий корпус с патрубками подвода недеаэрированной воды и греющей среды и патрубками отвода деаэрированной воды и выпара, в котором установлены струйные и барботажная тарелки, а в патрубке подвода недеаэрированной воды - конфузорное сопло, отличающийся тем, что он снабжен винтовыми направляющими лопатками и турбулизирующей решеткой, укрепленными в патрубке подвода недеаэрированной воды перед соплом.