СПОСОБ ДОКОТЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ВОД В ТЕПЛОМ ЯЩИКЕ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F22D1/28 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к сборникам конденсатов отработанного пара и добавочной воды, в частности для судовых вспомогательных котельных установок с бездеаэраторной схемой водоподготовки.

Докотловая обработка питательной воды котельной установки заключается в удалении из нее взвешенных механических примесей, растворенных примесей, масла и кислорода.

Известен способ докотловой обработки воды в теплом ящике котельной установки, содержащей операции подвода грязных и чистых конденсатов и добавочной воды в теплый ящик, смешения вод, их нагрева и отвода питательной воды к котлу [1]
Недостатком известного способа является возможность загрязнения питательной воды нефтепродуктами, поступающими с грязными конденсатами от подогревателей топлива и масла и, как следствие, снижение надежности работы котлов вследствие образования отложения с водяной стороны поверхностей теплообмена.

Использование теплообменника для подогрева воды, размещенного в верхней части ящика, обеспечивает предотвращение растворимости кислорода в воде только при полностью затопленном водой корпусе. Снижение уровня воды в теплом ящике ниже поверхности теплообменника приводит к исключению нагрева воды, ее охлаждению за счет теплообмена с окружающей средой, при этом растворимость коррозионно-активных газов увеличивается и надежность работы котлов снижается вследствие усиления коррозионных процессов с водяной стороны.

Известен способ докотловой обработки воды в теплом ящике котельной установки, являющейся наиболее близким к заявляемому, содержащий последовательные операции подвода грязных и чистых конденсатов, смешения последних, отделения путем отстоя механических примесей и поглощения нефтепродуктов путем пропускания через фильтры с удалением нефтепродуктов и периодической очисткой фильтров, смешения очищенных конденсатов с добавочной водой и отвода питательной воды из теплого ящика [2]
Известен и теплый ящик для докотловой обработки питательной воды котельной установки, реализующий способ-прототип, выбранный в качестве прототипа заявляемого устройства, содержащий корпус с патрубками чистых и грязных конденсатов и добавочной воды и отвода нефтепродуктов и питательной воды. В корпус встроены в линию последовательно по ходу конденсатов три отстойных отсека и два отсека со встроенным в каждый из них поглотительно-механическим фильтром. Корпус содержит также полость сбора очищенных конденсатов [2]
Недостатком известного способа и устройства является возможность загрязнения питательной воды нефтепродуктами и коррозионно-активными газами. Такое положение возможно при насыщении поглотительного фильтра нефтепродуктами и пропуском последних в питательную воду. Для исключения пропусков нефтепродуктов необходимо либо увеличивать емкость фильтрующих элементов, что приводит к увеличению массо-габаритных показателей теплого ящика (бака), либо обеспечивать частую смену фильтрующих элементов из-за их малой емкости, определяемой пределом насыщения поглощаемого углеводородного компонента. В последнем случае питательная вода насыщается коррозионно-активными газами, и надежность работы котла и вспомогательного оборудования снижается.

Кроме того, подвод добавочной воды, как правило, с высокой концентрацией коррозионно-активных газов, соответствующей равновесным значениям по температуре, в емкость бака способствует насыщению питательной воды газами в теплом ящике.

Таким образом, в способе-прототипе и реализующем его устройстве не обеспечивается получение питательной воды с низкой концентрацией опасных примесей в виде нефтепродуктов и коррозионно-активных газов, что снижает надежность работы котельной установки.

Задачей предлагаемых способа и устройства для его осуществления является устранение указанных недостатков, а именно получение питательной воды с низкой концентрацией опасных примесей в виде нефтепродуктов и коррозионно-активных газов, обеспечивающей повышение надежности работы котельной установки.

Это достигается тем, что в известном способе докотловой обработки вод в теплом ящике котельной установки, содержащем операции подвода чистых и грязных конденсатов и добавочной воды к теплому ящику, смешения вод, отделения нефтепродуктов и фильтрации механических примесей с удалением нефтепродуктов и периодической очисткой фильтров и отвода питательной воды к котлу, в отличие от него, чистый и грязный конденсат подводят к теплому ящику друг от друга раздельно, а грязный подвергают дополнительной обработке коалесцированию, непрерывно отделяя в нем углеводородную часть, и отводят последнюю из теплого ящика. Вслед за коалесцированием очищенный конденсат смешивают с чистым конденсатом, а добавочную воду последовательно подогревают вначале теплотой конденсата теплого ящика, а затем греющего пара и деаэрируют с отводом коррозионно-активных газов в атмосферу, после чего полученную питательную воду отводят от теплого ящика в котельную установку.

Поставленная задача достигается также и тем, что в известном теплом ящике для докотловой обработки вод котельной установки, содержащем корпус с патрубками подвода конденсатов и добавочной воды и отвода питательной воды и нефтепродуктов, встроенные в линию отсеков механические фильтры и полость сбора очищенных конденсатов, в отличие от него заявляемый дополнительно содержит коалесцирующий элемент, полость сбора нефтепродуктов, трубопровод отвода очищенных конденсатов, теплообменник с внешней и внутренними полостями, пленочный деаэратор с внешней и внутренней полостями и патрубками подвода греющего пара и отвода выпара и смесительную камеру. Механические фильтры в заявляемом устройстве образованы отстоящими друг от друга с противоположных сторон линии отсеков секциями фильтров соответственно чистого и грязного конденсатов, между которыми в своем отсеке, прилегающем вплотную к отсеку механического фильтра грязного конденсата, размещен коалесцирующий элемент, с наружной боковой стороны отсека которого расположена полость сбора нефтепродуктов, ограниченная корпусом теплого ящика и прилегающей к нему вертикальной перегородкой, заканчивающейся ниже коалесцирующего элемента. Под полостью сбора нефтепродуктов, а также и под коалесцирующим элементом расположена полость сбора очищенных конденсатов, сообщенная днищем, сопряженным с корпусом, внутренней стенкой отсека коалесцирующего элемента и внешней стенкой отсека фильтра чистого конденсата. Подвод конденсатов выполнен в виде раздельных друг от друга патрубков подвода чистого и грязного конденсатов, установленных в районах механических фильтров соответственно чистого и грязного конденсатов. Теплообменник размещен в нижней части теплого ящика, а его внешняя полость сообщена одной стороной с патрубком подвода добавочной воды, а другой с внешней полостью пленочного деаэратора. Внутренняя полость теплообменника сообщена аналогично одной стороной со смесительной камерой, а другой с внутренней полостью деаэратора. Смесительная камера установлена перед сообщенным с ней патрубком отвода питательной воды и сообщена с внутренней полостью корпуса теплого ящика, а выход трубопровода отвода очищенных конденсатов сообщен со смесительной камерой соосно патрубку отвода питательной воды. Причем вход в отсек коалесцирующего элемента сообщен с выходом из отсека механического фильтра грязного конденсата, а выход из отсека коалесцирующего элемента и выход из отсека фильтра чистого конденсата сообщены с полостью сбора очищенных конденсатов.

Предложенный теплый ящик, совокупность элементов, совокупность предложенных операций, выполняемых с использованием именно этих элементов, обеспечивают получение питательной воды с низкой концентрацией опасных примесей в виде нефтепродуктов и коррозионно-активных газов, обеспечивающей, в свою очередь, повышение надежности котельной установки. Так, в частности:
1. За счет использования операции коалесцирования посредством коалесцирующего элемента, размещенного в отсеке, прилегающем вплотную к отсеку механического фильтра грязного конденсата, в совокупности с полостью сбора нефтепродуктов, ограниченной наружной боковой стенкой отсека коалесцирующего элемента, вертикальной перегородкой и корпусом теплого ящика, обеспечивается непрерывное отделение от конденсата нефтепродуктов в виде крупных образований (капель), всплывающих вдоль перегородки в объеме воды полости под действием разности плотности сред с последующим их отводом (посредством приспособления для накопления и отвода из теплого ящика для целей сжигания в котельной установке не является предметом защиты). Таким образом исключается загрязнение питательной воды нефтепродуктами и образование углеводородной накипи в котле.

2. Наличие двух полостей теплообменника, расположенного в отличие от аналога в нижней части теплого ящика, сообщение его внешней полости с внешней полостью деаэратора, а внутренней с внутренней полостью деаэратора позволяют в совокупности обеспечить в нем противоток, подогрев по ходу движения к деаэратору и нагрев в самом деаэраторе подаваемой во внешнюю полость теплообменника достаточно холодной воды. При этом этот подогрев достигается как за счет теплоты конденсата теплого ящика, так и за счет теплоты внутреннего потока вытекающей (по внутренней полости теплообменника) из деаэратора деаэрированной воды. Причем нагрев воды благодаря пленочному деаэратору осуществляется вплоть до температуры, близкой к 100^oC, с целью ее последующей, эффективной в нем деаэрации. Этим же достигается и уменьшение затрат теплоты на подогрев подаваемой к нему добавочной воды, т.е. дополнительный эффект.

3. Наличие тех же двух полостей теплообменника, сообщение внутренней полости теплообменника со смесительной камерой, соединяющейся с внутренней полостью корпуса теплого ящика, позволяют в то же время в совокупности с деаэратором при достижении противотока теплообменника эту деаэрированную добавочную воду по выходу из деаэратора в теплообменнике (за счет теплообмена с поступающей во внешней его полости встречной, достаточно холодной добавочной водой) охладить до температуры, близкой к 40^oC, и направить ее, будучи достаточно охлажденной, в теплый ящик, где она хранится и используется для подпитки конденсата и приготовления питательной воды. При этом температура питательной воды снижается за счет подпитки более холодной водой из теплого ящика в сравнении с конденсатом, а это позволяет обеспечить достижение дополнительного эффекта увеличить надежность работы питательного насоса, поскольку снижается температура и давление вскипания воды на всасывании насоса. Увеличению надежности работы питательного насоса способствует также достигаемое за счет деаэрации снижение концентрации коррозионно-активных газов в питательной воде, поскольку давление вскипания воды (точнее образование пузырьков газовой фазы в жидкости), как известно, снижается при снижении (достигаемом) растворимости газов.

4. Снижение концентрации коррозионно-активных газов, помимо деаэрации, обеспечивается таким подводом (через трубопровод из полости сбора очищенных конденсатов) конденсатов, который осуществляется соосно непосредственно к патрубку отвода питательной воды и через смесительную камеру, соединяющуюся с внутренней полостью корпуса теплого ящика, что позволяет осуществить обмен вод при несоответствии расходов конденсатов и питательной воды. Это несоответствие расходов, как известно, может быть положительным и отрицательным в зависимости от нагрузки паровых потребителей, осуществляющих сброс конденсатов в теплый ящик, и расхода питательной воды на подпитку котла. Если сброс конденсатов превышает расход воды на подпитку котла, то тогда через смесительную камеру, соединенную с теплым ящиком, избыток конденсатов вытесняется во внутреннюю полость корпуса теплого ящика. Если сброс конденсатов меньше расхода воды на подпитку котла, то тогда через смесительную камеру недостаток расхода конденсатов восполняется из внутренней полости корпуса теплого ящика. При превышении расхода конденсатов в сравнении с расходом питательной воды и при соосности подвода конденсата к патрубку отвода питательной воды концентрация коррозионно-активных газов в питательной воде соответствует их концентрации в конденсате, то есть обычно менее 0,5 мг/л. При снижении расхода конденсатов по сравнению с расходом питательной воды концентрация коррозионно-активных газов в питательной воде будет несколько увеличиваться с ростом количества восполняемой воды из внутренней полости корпуса теплого ящика. Так, например, если концентрация коррозионно-активных газов в конденсатах составляет 0,05 мг/л, а тот же показатель в воде внутренней полости корпуса теплого ящика 2 мг/л и количество дополнительной воды 10% от общего расхода питательной воды, то концентрация коррозионно-активных газов в питательной воде, определенная из уравнений материальных балансов в виде K_пв= K_к+P(K-K_к), где K концентрация кислорода в воде, P относительная доля добавочной воды в питательной, индексы пв, д, к соответственно для питательной воды, добавочной и конденсата составит соответственно с учетом принятых численных значений всего K_пв=0,145 мг/л. В то время как для теплого ящика прототипа с известной схемой водоподготовки концентрация коррозионно-активных газов в питательной воде, как известно, составляет K_пв=2-7 мг/л, для заявляемого же технического решения эта величина, достигаемая в совокупности за счет деаэрации и соосности соединения через смесительную камеру, составляет всего 0,05-0,15 мг/л, что на порядок ниже, и соответственно надежность работы конструкционных материалов котельной установки в связи с этим увеличивается.

5. Раздельный подвод чистых и грязных конденсатов, отстояние друг от друга с противоположных сторон линии отсеков механических фильтров соответственно чистых и грязных конденсатов позволяют в совокупности уменьшить размеры коалесцирующего элемента, поскольку через указанный элемент пропускают только грязный конденсат, выходящий из смежного с ним отсека фильтра грязного конденсата, а не полный расход конденсатов, который после выхода из отсека коалесцирующего элемента с отделением от него капель нефтепродуктов смешивается в полости сбора очищенных конденсатов с чистыми, прошедшими через механический фильтр конденсатами.

6. Снижение температуры добавочной воды, хранимой в теплом ящике, позволяет уменьшить тепловые потери теплым ящиком в окружающее пространство, за счет чего достигается дополнительный эффект. Таким образом обеспечивается достижение поставленной задачи получение питательной воды с низкой концентрацией опасных примесей в виде нефтепродуктов и коррозионно-активных газов, обеспечивающей, в свою очередь, повышение надежности котельной установки.

Предлагаемый способ поясняется чертежом, где представлена схема устройства предлагаемого теплого ящика, позволяющего реализовать способ.

Устройство содержит корпус 1 с патрубками подвода чистых конденсатов 2, подвода грязных конденсатов (с примесью нефтепродуктов) 3, подвода добавочной воды 4, отвода питательной воды 5. Корпус содержит размещенные в отсеках со стенками 6 секции соответственно механического фильтра 8 грязных конденсатов и коалесцирующего элемента 9, полость сбора очищенных конденсатов 10, ограниченную днищем 11, сопряженным с корпусом 1 (не показано), и стенками 6 отсеков фильтра 7 и элемента 9, и полость сбора нефтепродуктов 12, ограниченную вертикальной перегородкой 13, прилегающей к корпусу 1, стенкой 6 отсека коалесцирующего элемента 9 и корпусом 1.

Над корпусом 1 размещена камера накопления и отвода нефтепродуктов 14, соединенная в нижней части с полостью 12 посредством трехходового крана 15, а в верхней части с патрубком отвода нефтепродуктов 16 посредством крана 17. Краны 15 и 17 механически между собой связаны посредством рычага 18. Камера 14 в нижней и верхней частях содержит смотровые окна 19. Кран 15 одним из проходов 20 сообщается с патрубком подвода напорной воды 21. Корпус 1 также содержит трубопровод 22 отвода очищенных конденсатов, верхняя часть которого сообщена с полостью сбора очищенных конденсатов 10, а нижняя часть подведена соосно к патрубку 5 отвода питательной воды через смесительную камеру 23. Корпус 1 содержит также теплообменник типа "труба в трубе" 24, внутренняя полость 25 которого в нижней части подведена к смесительной камере 23, а в верхней части сообщена с внутренней полостью 26 встроенного в корпус 1 пленочного деаэратора 27, оборудованного патрубками подвода греющего пара 28 и отвода выпара 29. Внешняя полость 30 теплообменника 24 в нижней части сообщена с патрубками 4 подвода добавочной воды, а в верхней с внешней полостью 31 деаэратора 27. Корпус 1 содержит и вентиляционный патрубок 32.

Способ при использовании устройства осуществляют следующим образом. Чистый конденсат, не загрязненный нефтепродуктами, подают в теплый ящик через патрубок 2 к механическому фильтру 7, где механические примеси отделяются от конденсата, и конденсат по выходу из отсека, в котором размещен фильтр 7, поступает к полости сбора очищенных конденсатов 10. Грязный конденсат, загрязненный нефтепродуктами, подают в теплый ящик через патрубок 3 к механическому фильтру 8, откуда он по выходу из отсека, в котором расположен фильтр 8, поступает к коалесцирующему элементу 9, где мелкие частицы нефтепродуктов сливаются и образуют крупные капли. На выходе из отсека коалесцирующего элемента нефтепродукты в силу наличия разности плотностей сред, а также стенки 6 его отсека перемещаются в горизонтальном направлении к полости сбора нефтепродуктов 12, а очищенный от нефтепродуктов конденсат поступает в полость сбора очищенных конденсатов 10, где смешивается с чистым конденсатом и в виде смеси очищенных конденсатов по трубопроводу отвода очищенных конденсатов 22 поступает в смесительную камеру 23 и далее отводится в виде питательной воды по патрубку 5.

Это позволяет при равенстве расходов воды по патрубку 22 и патрубку 5 подавать поток конденсатов без перемешивания с водой, хранимой во внутренней полости корпуса 1 теплого ящика, что предопределяет низкую концентрацию коррозионно-активных газов в питательной воде, соответствующую концентрации их в конденсате и составляющую обычно не выше 0,05 мг/л. Нефтепродукты из полости 12 при открытом кране 15 и закрытом кране 17 поступают в камеру накопления и отвода нефтепродуктов 14. Накопление камеры 14 нефтепродуктами регистрируют по смотровым окнам 19. При наполнении ими камеры 14 для их отвода кран 15 проходом 20 подключают к патрубку подачи напорной воды 21 и отключают от полости 12, при этом одновременно посредством рычага 18 происходит открывание крана 17 и начинается опорожнение камеры 14 от нефтепродуктов и заполнение ее водой. По заполнению камеры 14 водой, что контролируют по окнам 19, краны 15 и 17 устанавливают в рабочее положение, как показано на чертеже. Добавочную воду подают в теплый ящик через патрубок 4. Добавочная вода поступает во внешнюю полость 30 теплообменника 24, при этом она, при ее движении вдоль полости 30 подогревается за счет теплоты конденсата с внешней стороны и деаэрированной воды с внутренней стороны и поступает во внешнюю полость деаэратора 27, в котором далее переливается через верхнюю кромку внутренней обечайки 33 деаэратора, стекает в виде пленки по внутренней ее поверхности и собирается в нижней части деаэратора. При стекании в виде пленки добавочная вода нагревается до температуры насыщения за счет теплоты греющего пара, подаваемого по патрубку 28, и деаэрируется. Из нижней части внутренней полости 26 деаэратора стекающая пленка нагретой деаэрированной воды поступает во внутреннюю полость 25 теплообменника и после охлаждения за счет теплообмена с поступающей добавочной водой поступает в смесительную камеру 23. Выпар из деаэратора 27 отводится в атмосферу по патрубку 29. Добавочная вода из смесительной камеры 23 поступает во внутреннюю полость корпуса теплого ящика и частично в патрубок 5 при наличии положительной разности расходов питательной воды и конденсатов. При отрицательной разности указанных расходов во внутреннюю полость корпуса теплого ящика поступает добавочная вода и часть конденсатов. Охлаждение добавочной воды перед поступлением в смесительную камеру и теплый ящик позволяет уменьшить температуру питательной воды и увеличить надежность работы питательного насоса.

Использование: в теплоэнергетике, а именно в сборниках конденсатов отработанного пара и добавочной воды, в частности для судовых вспомогательных котельных установок с бездеаэраторной системой водоподготовки. Сущность изобретения: подводят через патрубки 2 и 3 грязные конденсаты, очищают их от механических примесей в фильтрах 7 и 8, коалесцируют грязные конденсаты в коалесцирующем элементе 9 с отводом нефтепродуктов посредством полости 12, смешивают очищенные и чистые конденсаты в полости 10, а подаваемую через патрубок 4 добавочную воду нагревают вначале теплотой конденсата теплого ящика во внешней полости 30 теплообменника 24, а затем - греющего пара во внутренней полости 26 деаэратора 27, деаэрируют в деаэраторе 27 с отводом коррозионно-активных газов в атмосферу, охлаждают во внутренней полости 25 теплообменника 24 и смешивают посредством смесительной камеры 23, сообщающейся с внутренней полостью теплого ящика, после чего полученную питательную воду отводят в котельную установку. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ докотловой обработки вод в теплом ящике котельной установки, содержащий операции подвода чистых и грязных конденсатов и добавочной воды к теплому ящику, смешения вод, отделение нефтепродуктов и фильтрации механических примесей с удалением нефтепродуктов и периодической очисткой фильтров и отвода питательной воды к котлу, отличающийся тем, что чистый и грязный конденсаты подводят к теплому ящику друг от друга раздельно, грязный конденсат после его очистки от механических примесей подвергают дополнительной обработке коалесцированию, непрерывно отделяя в нем углеводородную часть, и отводят последнюю из теплого ящика, после чего очищенный конденсат смешивают с чистым конденсатом, а добавочную воду последовательно подогревают вначале теплотой конденсата теплого ящика, а затем греющего пара, деаэрируют с отводом коррозионно-активных газов в атмосферу, охлаждают и смешивают с конденсатами, после чего полученную питательную воду отводят от теплого ящика в котельную установку. 2. Теплый ящик для докотловой обработки вод котельной установки, содержащий корпус с патрубками подвода конденсата и добавочной воды и отвода питательной воды и нефтепродуктов, встроенные в линию отсеков механические фильтры и полость сбора очищенных конденсатов, отличающийся тем, что он дополнительно содержит коалесцирующий элемент, полость сбора нефтепродуктов, трубопровод отвода очищенных конденсатов, теплообменник с внешней и внутренней полостями, пленочный деаэратор с внешней и внутренней полостями и патрубками подвода греющего пара и отвода выпара и смесительную камеру, механические фильтры образованы отстоящими друг от друга с противоположных сторон линии отсеков секциями фильтров соответственно чистого и грязного конденсатов, между которыми в своем отсеке, прилегающем вплотную к отсеку механического фильтра грязного конденсата, размещен коалесцирующий элемент, с наружной боковой стороны отсека которого расположена полость сбора нефтепродуктов, ограниченная корпусом теплого ящика и прилегающей к нему вертикальной перегородкой, заканчивающейся ниже коалесцирующего элемента, под которой и ниже коалесцирующего элемента расположена полость сбора очищенных конденсатов, сообщенная с трубопроводом отвода очищенных конденсатов, ограниченная днищем, сопряженным с корпусом, внутренней стенкой отсека коалесцирующего элемента и внешней стенкой отсека фильтра чистого конденсата, подвод конденсатов выполнен в виде раздельных друг от друга патрубков подвода чистого и грязного конденсатов, установленных в районах механических фильтров соответственно чистого и грязного конденсатов, теплообменник размещен в нижней части теплого ящика, его внешняя полость сообщена одной стороной с патрубком подвода добавочной воды, а другой с внешней полостью пленочного деаэратора, а внутренняя полость аналогично со смесительной камерой и с внутренней полостью деаэратора, смесительная камера установлена перед сообщенным с ней патрубком отвода питательной воды и сообщена с внутренней полостью корпуса теплого ящика, а выход трубопровода отвода очищенных конденсатов сообщен со смесительной камерой соосно с патрубком отвода питательной воды, причем вход в отсек коалесцирующего элемента сообщен с выходом из отсека механического фильтра грязного конденсата, а его выход и выход из отсека фильтра чистого конденсата сообщены с полостью сбора очищенных конденсатов.