ДЕАЭРАТОР Российский патент 2000 года по МПК F22D1/50 C02F1/20 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для термической деаэрации питательной воды паровых котлов и подпиточной воды тепловых сетей.

Известен центробежно-вихревой деаэратор. Он может работать без предварительного нагрева воды (за счет нагрева воды в самом деаэраторе паром или перегретой водой. Причем нагрев воды происходит без гидроударов). Он имеет небольшую удельную металлоемкость и широкую глубину регулирования нагрузок (см. а.с. СССР N 1134842, МПК F 22 D 1/28, 1985).

Недостатком указанного деаэратора является то, что при одноступенчатой схеме деаэрирования воды он имеет большой удельный выпар или требует установки деаэратора второй ступени.

Наиболее близким к заявленному изобретению является деаэратор, содержащий цилиндрический корпус с верхней и нижней торцевыми крышками с тангенциальными патрубками подвода деаэрируемой жидкости, сепаратор, соединенный с корпусом посредством отверстий в корпусе, трубу отвода выпара (см. патент РФ N 2095125, МПК C 02 F 1/20, 1997).

Недостатком указанного деаэратора является недостаточно высокое качество деаэрации воды при уменьшении удельного выпара.

Задачей изобретения является повышение качества деаэрации воды при уменьшении выпара (повышение эффективности использования образовавшегося выпара для качественной деаэрации воды).

Задача решается тем, что деаэратор содержит цилиндрический корпус с верхней и нижней торцевыми крышками, с тангенциальными патрубками подвода деаэрируемой жидкости, сепаратор, соединенный с корпусом посредством отверстий в корпусе, трубу отвода выпара, кроме того, устройство для диспергирования жидкости, соединенное с внутренней частью сепаратора через устройство, изменяющее радиус вращения жидкости с большего на меньший, причем труба отвода выпара соединена с сепаратором.

Кроме того, устройство, изменяющее радиус вращения жидкости с большего на меньший, представляет собой конусное днище сепаратора.

Устройство, изменяющее радиус вращения жидкости с большего на меньший, представляет собой диск, установленный с зазором от плоского днища сепаратора, с образованием кольцевой щели между днищем и диском, в которой установлены направляющие лопатки.

Деаэратор снабжен патрубками подвода деаэрирующей среды, подсоединенными к промежуточным коллекторам.

К верхней торцевой крышке корпуса коаксиально присоединен патрубок подвода деаэрирующей среды.

Устройство для диспергирования жидкости выполнено в виде перфорированной трубы, заглушенной снизу.

Устройство для диспергирования жидкости выполнено в виде трубы, заглушенной снизу и имеющей щели, расположенные в один или несколько рядов, причем щели могут быть выполнены кольцевыми или секторными.

Деаэратор снабжен кольцевой перегородкой, разделяющей корпус на входной и выходной отсеки.

Установка устройства для диспергирования жидкости по центру нижнего днища сепаратора (циклона) и соединение этого устройства с внутренней частью сепаратора (циклона) за счет конусного днища сепаратора (циклона) или за счет кольцевой щели между днищем и диском, в которой установлены направляющие лопатки, позволяет сохранить вращение жидкости (воды) в устройстве для диспергирования жидкости, что предотвращает разделение сред (воды и пара) по горизонтали. Увеличивается эффективная поверхность контакта фаз (сред), что приводит к улучшению качества деаэрирования воды при меньшем выпаре. Даже при очень малых нагрузках, когда разделение воды и пара происходит внутри устройства для диспергирования жидкости, пар не может войти в паровое пространство бака-аккумулятора, не барбатируясь через слой вращающейся воды. Это увеличивает глубину регулирования нагрузок в широком диапазоне (от 10 до 100 процентов).

На фиг. 1 изображен продольный разрез деаэратора;
на фиг. 2 - поперечный разрез по А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 - фрагмент продольного разреза деаэратора (вариант конусного перехода от циклона к диспергирущему устройству);
на фиг. 4 - продольный разрез варианта деаэратора;
на фиг. 5 - поперечный разрез деаэратора на фиг. 4;
на фиг. 6 - схема деаэрационной установки.

Деаэратор содержит цилиндрический корпус 1 с тангенциальными патрубками 2 подвода деаэрируемой жидкости: тангенциальные сопла 3 (или радиальные отверстия, или щелевые отверстия), кольцевую перегородку 4 (шайбу), разделяющую корпус 1 на входной и выходной отсеки, отверстия 5 в нижней части корпуса 1, соединяющие выходной отсек корпуса 1 с сепаратором (циклоном) (или короткие тангенциальные выходные патрубки), коллекторы пара 6 и 6а (коллекторы могут быть отделены друг от друга поперечными или продольными перегородками, а могут и не иметь перегородок). Присоединенные к коллекторам 6, 6а патрубки 7, 7а служат для подвода пара от паропровода повышенного давления (например, 3-5 атм). Патрубок 8, присоединенный к паропроводу низкого давления 9, служит для подвода низкопотенциального пара (например, давление 0,2-0,5 ати). Корпус 10 сепаратора (циклона) выполняется большего диаметра, чем корпус 1. Труба 11 служит для отвода отсепарированного выпара. Диск 12 служит для образования гидродинамического гидрозатвора вращающимся потоком воды внутри сепаратора (циклона), он служит также для образования кольцевой щели между днищем 15, в которой устанавливаются завихривающие направляющие лопатки 16. 13 и 14 - верхняя и нижняя крышки корпуса 1, 15 - днище сепаратора (оно может быть как плоским, так и конусным - 15а). 16 - завихривающие направляющие лопатки для перемещения потока вращающейся жидкости с большего радиуса закрутки на меньший (при плоском днище 15). Лопатки 16 или конусное днище 15а являются устройством для уменьшения радиуса закрутки вращающейся жидкости. 17 - устройство для диспергирования жидкости, служащее для разбрызгивания потока жидкости в паровом пространстве емкости. Оно имеет секторные щели 18 (фиг. 1) или радиальные отверстия 18а (фиг. 4). Патрубок 19 присоединяется к верхней части бака-аккумулятора. При помощи фланцев 20, 21 центробежно-вихревой деаэратор крепится к патрубку 19 и к баку-аккумулятору 32.

На фиг. 4 показан центробежно-вихревой деаэратор с устройством предварительного нагрева деаэрируемой воды при помощи пара низкого давления (например, пара из отбора турбины давлением 0,2 ати). Это устройство имеет корпус 22, аналогичный корпусу 1 основного деаэратора, с верхней крышкой 25 и нижней - 26, шайбой 23, отверстия 24 в нижней части корпуса 22, завихривающие лопатки 28, аналогичные лопаткам 16. Имеются патрубки 30 тангенциального подвода воды (дополнительные к патрубкам 2 или заменяющие патрубки 2). Отверстие 29 в крышке 13 служит для ввода воды из устройства предварительного нагрева воды внутрь корпуса 1. Устройство 31 служит для крепления диска 12 к нижней крышке 14 корпуса 1 (например, это может быть отрезок трубы с прорезанными окнами). На фиг. 6 бак-аккумулятор 32 деаэрированной воды имеет патрубок 33 для отвода выпара из бака, соединенный с вестовой трубой 34 (с атмосферой) непосредственно или через охладитель выпара. Патрубок 35 соединяется с охладителем выпара, а далее - с атмосферой или с эжектором (вакуумным насосом), если деаэратор работает в вакуумном режиме. По трубе 36 деаэрированная вода отводится из бака-аккумулятора 32 к потребителям при помощи насоса (на чертеже не показан). Бак 32 может быть баком-аккумулятором деаэрированной воды или баком свободного слива деаэрированной воды, если имеется другой аккумуляторный бак.

Работа деаэратора осуществляется следующим образом.

Вариант работы деаэратора, изображенного на фиг. 1, 2. Деаэрируемая вода подается по трубе к тангенциальным патрубкам 2. Нагрузка деаэратора от 100 до 50% регулируется общим регулирующим клапаном на общем трубопроводе воды. При нагрузках ниже 50% от номинальной лучше закрыть задвижку перед одним из тангенциальных патрубков 2 и регулировать расход общим клапаном. Давление воды перед патрубком 2 возрастает, возрастает и скорость закрутки воды в корпус 1. Большая скорость вращения воды способствует лучшей работе деаэратора. Для повышения качества деаэрации воды при уменьшении выпара дополнительно в патрубки 7 и (или) 7а подается пар давлением от 1,5 до 5 ати или перегретая вода после водогрейных котлов. Если в котельной имеется пар с давлением не более 1 ати, то его можно подавать через патрубки 8 и 9 в верхнюю часть корпуса 1. При отсутствии предварительного нагрева воды перед деаэратором, когда требуется большой удельный расход пара (например, для нагрева 100 т воды в час от 18 до 104 град. С требуется 15 т/ч), патрубки 8 и 9 не пропустят такого количества пара, тогда можно подавать пар разного давления от разных источников (например, пар давлением до 0,5 ати из отбора турбины через патрубки 8, 9 и пар давлением до 5 ати от РОУ через патрубки 7, 7а). Вращение воды в корпусе 1 происходит с вертикальной границей раздела фаз (по краям вода, в центре - пар). Проходя через отверстия (сопла) 3, пар барботируется через слой воды и конденсируется. Пар, попавший внутрь корпуса 1 через патрубки 8, 9, контактирует с водой по границе раздела фаз. Кольцевая перегородка (шайба) 4 не допускает уменьшения толщины вращающегося слоя воды ниже необходимого уровня. Преодолев шайбу 4, вода и пар попадают в выходной отсек и через отверстия 5 - внутрь сепаратора (циклона) 10. При прохождении отверстий 5 вода диспергируется (разбивается на отдельные струи) и между струями проходит пар, который интенсивно конденсируется. При атмосферном режиме работы деаэратора вода нагревается до 104-106 град.C. Струи воды ударяются о стенку 10 под определенным углом и сохраняют вращательное движение. Вращающийся поток воды попадает на лопатки 16 под диском 12 и направляется в диспергирующее устройство 17, увеличивая скорость вращения воды (по закону сохранения момента количества движения скорость увеличивается при уменьшении радиуса закрутки среда). Образовавшийся выпар с агрессивными газами удаляется через трубу 11. Пройдя через щелевое отверстие 18 или через большую группу отверстий 18а, вода попадает в паровое пространство бака-аккумулятора 32 и повторно вскипает, образуя дополнительный выпар. Выпар удаляется через патрубок 33 и ветовую трубу 34. Если деаэратор работает в вакуумном режиме, то задвижка на трубе 34 закрывается, а на трубе 35, ведущей к эжектору, открывается. Деаэратор и бак-аккумулятор работают под вакуумом. На трубе после патрубка 33 может быть установлен охладитель выпара, который будет конденсировать пар выпара.

Вариант работы деаэратора, изображенного на фиг. 3.

Если на ТЭЦ имеется отборный пар от турбин с давлением 0,2 ати, то его нельзя подать в деаэратор (фиг. 1) при нагреве воды более 103 град. С (а требуется до 106), так как в корпусе устанавливается противодавление, пропорциональное температуре насыщения. Предварительный нагрев воды паром низкого давления можно осуществить в устройстве, расположенном выше крышки 13 корпуса 1. Воду на деаэрацию подают через тангенциальные патрубки 30, а пар - через патрубки 9а и 8а. Контактируя на границе раздела фаз и в струях при прохождении отверстий 24, вода и пар производят тепломассообмен. Пар конденсируется, вода нагревается. Из камеры, образованной обечайкой 27, вода попадает в корпус 1 деаэратора, пройдя через завихривающие лопатки 28 и гидродинамический гидрозатвор, образованный днищем 26 и крышкой 13. Далее нагрев воды осуществляет пар повышенного давления, попавший внутрь корпуса 1 через отверстия 3, он барботируется через вращающийся слой воды и нагревает ее до расчетной температуры. Далее процесс деаэрации идет так, как описано в первом примере.

Вариант работы деаэратора при предварительном нагреве деаэрируемой воды до температуры выше температуры насыщения (кипения).

В этом случае не требуется подача в деаэратор деаэрирующей среды (пара, перегретой воды) и необязательна установка шайбы 4. Перегретая вода подается через патрубки 2, 2а, вскипает, дает выпар. Выпар удаляется по трубе 11, а деаэрированная вода через щели (отверстия 18, 18а) устройства 17 для диспергирования жидкости поступает в бак-аккумулятор 32.

Присоединение устройства 17 для диспергирования жидкости к нижнему торцевому днищу 15 сепаратора, помещаемого в паровой части бака-аккумулятора 32, наличие устройства для уменьшения радиуса вращения жидкости позволяет обеспечить вращательное движение жидкости внутри устройства 17 для даспергирования жидкости, что в несколько раз увеличивает глубину регулирования производительности деаэратора за счет предотвращения разделения фаз (пара и воды) по высоте устройства 17 для диспергирования жидкости.

Выполнение устройства для уменьшения радиуса вращения жидкости при переходе жидкости из сепаратора в устройство 17 для диспергирования жидкости в виде диска 12, расположенного несколько ваше плоского днища 12 сепаратора с образованием горизонтальной кольцевой щели с размещением в этой щели направляющих лопаток 16, позволяет уменьшить высоту этого устройства (по сравнению с коническим устройством, что важно при большой высоте деаэратора и при нехватке высоты до перекрытия помещения), также позволяет использовать это устройство в качестве гидродинамического гидрозатвора для предотвращения попадания выпара в устройство 17 для диспергирования жидкости.

Присоединение к верхней торцевой крышке 13 корпуса 1 патрубка подвода низкопотенциального пара позволяет использовать для нагрева деаэрируемой воды и для ее деаэрации низкопотенциальный пар (без использования пара повышенного давления или вместе с ним).

Установка над верхней крышкой 13 корпуса 1 устройства для предварительного нагрева деаэрируемой воды при помощи низкопотенциального пара и соединение этого устройства с внутренней частью корпуса 1 через центральное отверстие 29 в крышке 13, через гидродинамический гидрозатвор, образованный днищем 26, и через завихривающие лопатки 28, перемещающие вращающийся поток воды с большего радиуса на меньший, позволяет держать давление в корпусе 1 выше, чем давление в устройстве предварительного нагрева, а это позволяет нагревать воду до большей температуры (например, до 108 град. С) высокопотенциальным паром, не прекращая подачи низкопотенциального пара. (Подача низкопотенциального и высокопотенциального пара в один корпус, как на фиг. 1, не позволяет нагревать воду двумя потоками пара до температуры выше температуры насыщения низкопотенциального пара, например, при давлении низкопотенциального пара 0,2 ати повышение температуры пара выше 104 град. С приведет к повышению давления внутри корпуса до 0,2 ати и к прекращению подачи низкопотенциального пара).

Изобретение предназначено для термической деаэрации питательной воды паровых котлов и подпиточной воды тепловых сетей. Деаэратор снабжен устройством для диспергирования жидкости, соединенным с внутренней частью сепаратора через устройство, изменяющее радиус вращения жидкости с большего на меньший, а труба отвода выпара соединена с сепаратором. Изобретение позволяет повысить качество деаэрации воды при уменьшении удельного выпара. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Деаэратор, содержащий цилиндрический корпус с верхней и нижней торцевыми крышками, с тангенциальными патрубками подвода деаэрируемой жидкости, сепаратор, соединенный с корпусом посредством отверстий в корпусе, трубу отвода выпара, отличающийся тем, что снабжен устройством для диспергирования жидкости, соединенным с внутренней частью сепаратора через устройство, изменяющее радиус вращения жидкости с большего на меньший, а труба отвода выпара соединена с сепаратором. 2. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что устройство, изменяющее радиус вращения жидкости с большего на меньшей, представляет собой конусное днище сепаратора. 3. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что устройство, изменяющее радиус вращения жидкости с большего на меньший, представляет собой диск, установленный с зазором от плоского днища сепаратора, с образованием кольцевой щели между днищем и диском, в которой установлены направляющие лопатки. 4. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что снабжен патрубками подвода деаэрирующей среды, подсоединенными к промежуточным коллекторам. 5. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что к верхней торцевой крышке корпуса коаксиально присоединен патрубок подвода деаэрирующей среды. 6. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что устройство для диспергирования жидкости выполнено в виде перфорированной трубы, заглушенной снизу. 7. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что устройство для диспергирования жидкости выполнено в виде трубы, заглушенной снизу и имеющей щели, расположенные в один или несколько рядов. 8. Деаэратор по п. 7, отличающийся тем, что щели могут быть выполнены кольцевыми или секторными. 9. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что снабжен кольцевой перегородкой, разделяющей корпус на входной и выходной отсеки.