ДЕАЭРАТОР Российский патент 1997 года по МПК C02F1/20 

Изобретение предназначено для очистки воды от растворенных примесей и может найти применение в энергетике.

Известны термические и вакуумные деаэраторы (Стерман Л. С. Покровский В. Н. Химические и термические методы обработки воды на ТЭС. М. Энергия, 1981, с. 115 122).

Недостатком известных вакуумных деаэраторов заключаются в необходимости применения пара повышенного давления и в невозможности снижения давления ниже чем 0,0075 МПа. Известен вакуумный деаэратор (а. с. СССР N 861329), содержащий горизонтально установленный цилиндрический корпус с патрубками подвода греющей среды, в верхней части которого расположен коллектор деаэрируемой воды, отделенный посредством перфорированного листа от нижерасположенной камеры смешения и отсека парообразования, примыкающего к боковым стенкам корпуса и камеры, в корпусе по другую сторону камеры выполнен второй отсек парообразования, примыкающий к боковой стенке корпуса.

Недостаток данного деаэратора, а также других подобных деаэраторов - большие энергетические затраты на создание вакуума, недостаточная эффективность удаления растворенных газов и невозможность удаления из воды растворенный в ней солей.

Наиболее близким по своей сущности к заявляемому деаэратору является деаэратор (а. с. СССР N 992430), содержащий установленные на баке-аккумуляторе цилиндрические колонки, каждая из которых имеет патрубок подвода воды, и снабженный сепарационным отсеком, соединенным с колонками и образованным установленными между колонками вертикальным перегородками.

Это деаэратор выбран в качестве прототипа. Недостатками прототипа является то, что он не обеспечивает удаление растворенных в воде солей и процесс деаэрации связан с высокими энергетическими затратами, связанными с необходимостью использования греющей среды с относительно высокой температурой.

Цель изобретения заключается в устранении отмеченных недостатков.

Технический результат изобретения заключается в том, что деаэратор, содержащий установленные на баке-аккумуляторе колонки, каждая из которых имеет патрубок, сепарационный отсек, образованный вертикальными перегородками, патрубок отвода выпара, согласно изобретению, снабжен баками для неочищенной и очищенной воды и баком для сбора конденсата, размещенным ниже уровня установки баков для очищенной и неочищенной воды, колонки снабжены задвижками, размещенными ниже уровня воды в баках, колонка для подвода неочищенной воды выполнена с образованием бункера, над которым размещен теплообменник, вход в который связан с выходом из системы отвода выпара, бак-аккумулятор выполнен с образованием по меньшей мере одного бункера, размещенного в нижней части бака-аккумулятора, над бункером размещен теплообменник, связанный с вводом греющей среды, в сепарационном отсеке размещен теплообменник, вход в который связан с насосом подачи неочищенной воды, а выход размещен в баке для неочищенной воды, уровень воды в котором на 10 м ниже уровня воды в баке-аккумуляторе.

Технический результат заключается также в том, что деаэратор содержит дополнительный отсек, образованный вертикальными перегородками, нижняя часть дополнительного отсека снабжена задвижкой, размещенной ниже уровня воды в дополнительном баке, одна из вертикальных перегородок снабжена установленной с возможностью вращения и с зазором по отношению к боковым стенкам пластиной, нижний край который шарнирно связан с вертикальной перегородкой, а верхний край связан по меньшей мере с одним элементом, обладающий положительной плавучестью.

Технический результат заключается также в том, что на наружной поверхности теплообменников размещены жестко закрепленные одним концом рабочие элементы, выполненные из металла с памятью формы.

Технический результат заключается также в том, что теплообменники изготовлены из металла с памятью формы.

На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый деаэратор; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Деаэратор содержит (фиг. 1) бак-аккумулятор 1, связанный с колонками 2 и 3. Каждая из колонок 2 и 3 имеет патрубок, размещенный соответственно в баках 4 и 5, верхняя часть которых связана с атмосферой. Каждый патрубок снабжен задвижками (позиции 6 и 7 на фиг. 1). В бак 4, являющийся приемным, неочищенная вода подается насосом 8 по трубопроводу 9. Направление движения неочищенной воды показано стрелкой 10. Очищенная вода поступает в бак 5 и откачивается из этого бака с помощью насоса 11 в направлении стрелки 12. Бак-аккумулятор 1 снабжен по меньшей мере одним бункером 13, размещенным в нижней части бака 1. Бункер 13 содержит герметично закрытую крышку (не показана). Колонка 2 выполнена с образованием бункера 14, также содержащего герметично закрытую крышку (не показана). В объеме бака 1 над бункером 13 размещен теплообменник 15. Во внутренней полости колонки 2 над бункером 14 размещен теплообменник 16. Ввод и вывод греющей среды в теплообменник 15 показан стрелками 17 и 18. Бак-аккумулятор 1 разделен на первой объем 19 и водяной объем 20. Для отвода выпара в верхней части деаэратора размещена система отвода выпара, состоящая из парового элемента 21 м патрубков подвода активной среды 22 (направление движения пара показано стрелкой 23) и патрубка отвода выпара 24, направление отвода выпара из парового объема 19 показано стрелкой 25. После эжектора 21 смесь активной среды (пара) и выпара по трубопроводу 26 поступает на вход теплообменника 16. Выход частично сконденсированной воды, пара и неконденсирующихся газов показан стрелкой 27.

Деаэратор содержит также дополнительный отсек 28, верхняя часть которого образована наклонной перегородкой 29, боковыми стенками бак-аккумулятора 1 и установленной с возможностью вращения и с зазором по отношению к боковым стенкам бака 1 пластиной 30, нижняя часть которой с помощью, например, шарнира 31 связан со стенкой дополнительного отсека 28. Верхний край пластины 30 соединен с элементом 32 (фиг. 2), обладающим положительной плавучестью и выполненным, например, в виде полого герметичного цилиндра. Нижняя часть дополнительного отсека 28 снабжена задвижкой 33, размещенной в баке 34, содержащем патрубок вывода 35 воды из бака.

Деаэратор содержит также сепарационный отсек 36, нижняя часть которого снабжена задвижкой 37 и размещена в баке 38, содержащем патрубок вывода воды из бака 39. Бак 38 размещен ниже уровня установки баков 4, 5 и 34. В паровом объеме сепарационного отсека 36 размещен теплообменник 40, вход в который связан с выходом насоса 8 для подачи неочищенной воды в приемный бак 4.

В верхней части бака-аккумулятора 1 размещены снабженные задвижками патрубки 41 и 42.

На наружной поверхности теплообменников 15 и 16 размещены жестко закрепленные одним концом рабочие элементы, выполненные из металла с памятью формы (не показаны). Элементы могут быть выполнены, например, в виде пружин, витки которых плотно прилегают к наружной поверхности труб теплообменников 15 и 16. Рабочие элементы могут быть также выполнены в виде ребер, плотно насажанных или приваренных к наружной поверхности труб теплообменника.

Сами теплообменники 15 и 16 могут быть выполнены из металлов с памятью формы, например, в виде спиральных теплообменников.

Деаэратор работает следующим образом. Перед пуском его в работу закрываются задвижки 6, 7, 33 и 37. Патрубок 42 подсоединяется к нагнетательной водяной линии и задвижка на патрубке 42 открывается. Патрубок 41 сообщен с атмосферой, и задвижка на этом патрубке также открывается. Вода по патрубку 42 поступает во внутренний объем деаэратора, заполняет его, при этом воздух вытесняется по патрубку 41 в атмосферу. Как только весь объем деаэратора станет заполнен водой и вода пойдет через патрубок 41, закрываются задвижка на патрубке 42 и задвижка на патрубке 41. Затем заполняются водой баки 4, 5, 34 и 38, после чего открываются задвижки 6, 7 и 37. Так как блоки 4, 5 и 38 сообщены с атмосферой, то при открывании задвижек 6, 7 и 37 часть воды из внутреннего объема деаэратора поступает в бак 4, 5 и 37, а внутри бака-аккумулятора 1 уровень воды устанавливается так, что образуется паровой объем 19, при этом разность уровней воды в баке-аккумуляторе 1 и баках 4, 5 и 38 составляет примерно 10 м (соответствует атмосферному давлению, выраженному в метрах водяного столба). В паровом объеме 19 устанавливается давление насыщенных паров воды, соответствующее температуре заполнившей деаэратор воды.

Далее подают греющую среду в теплообменник 15. Греющей средой может быть поступающая в дренажи воды, или выпар из расширителя непрерывной продувки парового котла, или любая среда при температуре, превышающей температуру насыщения пара в паровом объеме 19. На практике это может быть любой теплоноситель при температуре, превышающей 30 40^oC.

Затем в эжектор 21 подают пар (активная среда), который начинает эжектировать пары из парового объема 19, создавая там дополнительное разрежение. Выпар из объема 19 поступает в эжектор по патрубку 24 в направлении стрелки 25. Смесь активного пара и выпара по трубопроводу 26 начинает поступать в теплообменник 16 и отдает свою теплоту воде, находящейся в объеме колонки 2.

Далее включается насос 8, который нагнетает холодную неочищенную воду через теплообменник 40 в бак 4 по трубопроводу 9. Одновременно включается насос 11, который откачивает очищенную воду из бака 5, которая после подогрева может быть подана в паровой котел.

Очистка воды (деаэрация и одновременное частичное удаление растворенных в воде солей) происходит следующим образом. Так как количество растворенных в воде газов (в первую очередь, кислород и диоксид углерода) зависит от давления, то при движении воды в колонке 2 ее давление понижается и в объеме бака-аккумулятора 1 на границе раздела парового объема 19 и водяного объема 20 равно давлению насыщения при соответствующей температуре воды. Если, например, температура воды равна 28,6^oC, то давление насыщения составляет 0,004 МПа. При понижении давления растворенные в воде газы выделяются из воды и попадают в паровой объем 19, откуда они вместе с выпаром отсасываются с помощью эжектора 21. При движении воды в колонке 2 она омывает наружную поверхность теплообменика 16, который размещен по высоте колонки 2 таким образом, чтобы на его поверхности происходило кипение воды. Если, например, теплообменник 16 размещен в верхней части колонки 2, то вода будет кипеть при температурах порядка 30-40^oC. Образующийся при кипении пар барботирует через толщу воды в колонке 2 и в банке 1, при этом усиливается выделение растворенных в воде газов. Одновременно при поверхностном кипении воды на наружной поверхности теплообменника 16 начинают откладываться растворенные в воде соли в виде накипи. Точно также происходит поверхностное кипение воды на наружной поверхности теплообменника 15 с выделением растворенных в воде газов и с отложение в виде накипи солей на наружной поверхности теплообменника.

В результате такой работы деаэратора в бак 5 через колонку 3 поступает деаэрированная и частично очищенная от солей вода.

Одновременно происходит конденсация капельной влаги в сепарационном отсеке 36. Так как бак 38 установлен на отметке, более низкой, чем соответствующая установке баков 4, 5 и 34 отметка (по горизонтали), то при открытии задвижки 37 при пуске деаэратора в работу уровень воды в сепарационном отсеке 36 стал ниже, чем уровень воды в баке-аккумуляторе 1. Пары воды омывают наружную поверхность теплообменника 40, по которому протекает более холодная вода, и частично конденсируются, при этом капли конденсата стекают с поверхности теплообменника 40 и накапливаются в объеме сепарационного отсека 36, при этом уровень воды в этом отсеке будет подниматься, но при этом разность уровней в отсеке 36 и баке 38 остается постоянной и равной примерно 10 м. По мере необходимости конденсат из бака 38 откачивается потребителю чистого конденсата через патрубок 39 с помощью насоса (не показан).

Деаэратор может работать также следующим образом. При установке в реаэраторе дополнительного отсека 28 (фиг. 1 и 2 ) при открытой задвижке 33 начинают откачивать воду из бака 34 с помощью дополнительного насоса (не показан). При этом в отсек 28 поступает вода из объема 20 бака-аккумулятора 1. Так как в воде, поступившей в бак 4, могут находиться примеси различных нефтепродуктов, масел, жиров и т. д. то эти примеси с меньшей плотностью всплывают в объеме 20 и концентрируются в верхних слоях воды на границе раздела парового 19 и водяного объемов 20. Пластина 30 обеспечивает поступление в отсек 28 именно воды из верхних слоев. Так как при работе деаэратора может изменяться атмосферное давление и вследствие этого может меняться уровень воды в баке-аккумуляторе 1, то для обеспечения поступления в отсек 28 верхнего достаточного тонкого слоя загрязненной воды верхняя кромка пластины 30 соединена с элементами 32, обладающими положительной плавучестью и обеспечивающими постоянную величину зазора между поверхностью воды в баке 1 и верхней кромкой пластины 30. При изменении уровня в баке пластина поворачивается вокруг оси шарнира 31. Скопившаяся в баке 34 загрязненная сконцентрированными примесями вода направляется на очистку (системы очистки не рассматриваются в материалах заявки).

Деаэратор может работать также следующим образом.

Когда отложения накипи на наружных поверхностях теплообменников 15 и 16 достигают определенной величины (эта величина устанавливается экспериментально), повышают температуру теплоносителей, поступающих на вход теплообменников 15 и 16. Например, это можно выполнить путем повышения расхода пара, подаваемого на вход эжектора 21 по патрубку 22. Как только в результате подачи в теплообменник теплоносителя с повышенной температурой температура рабочих элементов, выполненных из материала с памятью формы и размещенных на наружной поверхности теплообменников 15 и 16, станет больше, чем температура перехода металла из одной геометрической формы в другую, рабочие элементы "вспоминают" свою первоначальную форму, например, пружина увеличивается по длине и ее незакрепленный конец скользит по наружной поверхности трубы. При этом происходит разрушение слоя накипи на поверхности теплообменников. Твердые частицы накипи под действием силы тяжести падают вниз и попадают в объемы бункеров 13 и 14. При накоплении в бункерах 13 и 14 определенного количества частиц накипи деаэратор может быть временно остановлен и скопившаяся накипь может быть удалена через крышки, размещенные на бункерах.

Затем понижают температуру теплоносителей, поступающих в теплообменники 15 и 16 до такой величины, что рабочие элементы, выполненные из металла с памятью формы, принимают первоначальную геометрическую форму.

Деаэратор может работать также следующим образом. Если теплообменники 15 и 16 изготовлены из металла с памятью формы, например, в виде спиральных теплообменников, то при поверхностном кипении воды на наружной поверхности этих теплообменников отлагается накипь. Когда толщина слоя накипи достигает определенной величины (устанавливается экспериментально), повышают температуру теплоносителей, поступающих в эти теплообменники. Как только температура металла, из которого изготовлены теплообменники, станет больше температуры перехода из одной геометрической формы в другую, теплообменники "вспоминают" свою первоначальную форму, при этом, например, может меняться расстояние между витками спирального теплообменника. При этом происходит разрушение слоя накипи на наружной поверхности теплообменников, а твердые частицы накипи падают вниз и оседают в бункерах 13 и 14. После разрушения слоя накипи на поверхности теплообменников понижают температуру теплоносителей, поступающих в теплообменники до такой величины, что они принимают первоначальную геометрическую форму.

Металлы с памятью формы применяются в технике (а. с. NN 893334, 1100423, 1148678 и др. ). Температура перехода элемента, выполненного из металла с памятью формы, зависит прежде всего от состава компонентов, входящих в сплав. Например, у никелида титана T46H54 начало восстановления формы происходит при температуре 75^oC, а никелида титана T45H55 при 35^oC.

Деаэратор обеспечивает глубокую дегазацию воды при малых энергетических затратах, позволяет произвести очистку воды от органических примесей (прежде всего от масел) и частично удалить растворенные в воде соли, за счет чего и достигается технико-экономический эффект.

Использование: для очистки воды, в энергетике. Сущность изобретения: деаэратор содержит бак-аккумулятор, связанный с колонками, каждая из которых имеет патрубок, размещенный в баке. Каждый патрубок снабжен задвижками. Насос подает неочищенную воду в бак по трубопроводу. Очищенная вода откачивается из бака с помощью насоса. Бак-аккумулятор снабжен по меньшей мере одним бункером. Колонка выполнена с образованием бункера. В объеме бака-аккумулятора над бункером размещен теплообменник. Диаэратор содержит также паровой эжектор, патрубок подвода активной среды, патрубок отвода выпара, дополнительный отсек и сепарационный отсек, нижние части отсеков снабжены задвижками и размещены в баках. В паровом объеме отсека размещен теплообменник. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Деаэратор, содержащий установленные на баке-аккумуляторе колонки, каждая из которых имеет патрубок, сепарационный отсек, образованный вертикальными перегородками, патрубок отвода выпара, отличающийся тем, что деаэратор снабжен баками для неочищенной и очищенной воды и баком для сбора конденсата, размещенным ниже уровня установки баков для неочищенной и очищенной воды, колонки снабжены задвижками, размещенными ниже уровня воды в баках, колонка для подвода неочищенной воды выполнена с образованием бункера, над которым размещен теплообменник, вход в который связан с выходом из системы отвода выпара, бак-аккумулятор выполнен с образованием по крайней мере одного бункера, размещенного в нижней части бака-аккумулятора, над бункером размещен теплообменник, связанный трубопроводом с вводом греющей среды, в сепарационном отсеке размещен теплообменник, вход в который связан с выходом насоса для подачи неочищенной воды, а выход размещен в баке для неочищенной воды, уровень воды в котором ниже уровня воды в баке-аккумуляторе на выраженную в метрах линейную величину, соответствующую атмосферному давлению. 2. Деаэратор по п. 1, отличающийся тем, что он содержит дополнительный отсек, образованный вертикальными перегородками, нижняя часть дополнительного отсека снабжена задвижкой, размещенной ниже уровня воды в дополнительном баке, одна из вертикальных перегородок снабжена установленной с возможностью вращения и с зазором по отношению к боковым стенкам пластиной, нижний край которой шарнирно связан с вертикальной перегородкой, а верхний край связан по меньшей мере с одним элементом, обладающим положительной плавучестью. 3. Деаэратор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что на наружной поверхности теплообменников размещены жестко закрепленные одним концом рабочие элементы, выполненные из металла с памятью формы. 4. Деаэратор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что теплообменники изготовлены из металла с памятью формы.