УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕГАЗАЦИИ ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ Российский патент 2003 года по МПК C02F1/20 C02F103/02 

Изобретение относится к технике обработки горячей воды с целью дегазации ее перед подачей на потребление населению.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является одноступенчатый вакуумный деаэратор насадочного типа, разработанный предприятием "Удмуртгражданпроект". Описание аналога имеется в монографии /1/. Упомянутое устройство состоит из вертикальной дегазационной колонны, закрытой с обоих концов, а внутри ее расположена решетка, на которую засыпается насадка из колец Рашига. На насадку поступает вода на дегазацию из разбрызгивателя, выполненного в виде дренированной трубы, причем парогазовая смесь отсасывается из колонны через охладитель выпара струйным водяным насосом. Аналогичные элементы конструктивно-компоновочной схемы имеет установка вакуумной деаэрации воды по а.с. СССР 1535833.

Недостатком подобных схем дегазационных устройств насадочного типа является низкая надежность их работы и недостаточная эффективность дегазации. Основная причина этих явлений связана с процессом старения насадки (колец Рашига) и неэффективным отводом паровоздушной смеси из дегазационной колонны. Первое характеризуется следующими факторами.

1. Поскольку подача воды на дегазацию в полость дегазационной колонны осуществляется через дренированную трубу с диаметром отверстий порядка 10-15 мм, отдельная фракция воды, поступающая через такое отверстие, может достигать значительной массы. При падении на кольца Рашига такая массивная "капля" может вызвать разрушение отдельного кольца, поскольку из экономических соображений в дегазаторах горячей воды используются не металлические кольца Рашига, а хрупкие керамические.

2. Для увеличения суммарной площади отверстий, через которые вода подается в полость дегазационной колонны, оси этих отверстий зачастую образуют острые углы с вектором силы гравитации. В результате этого даже при незначительном давлении в дренированной трубе фракции воды при падении на насадку оказывают касательные удары по отдельным ее элементам, приводя их в движение. В результате такого движения отдельные кольца Рашига крошатся и истираются. Более того, керамические изделия обладают "наждачным" эффектом. В следствие этого керамические кольца Рашига истирают колонну и решетку, на которую они засыпаны. Это, зачастую, приводит к разрушению самой решетки и корпуса дегазационной колонны.

3. С течением времени кольца Рашига не только крошатся, загромождая проходное сечение насадки, но и покрываются накипью, минеральным налетом, что также ухудшает характеристики насадки и снижает эффективность дегазации.

Неэффективный отсос паровоздушной смеси определяется в первую очередь несовершенством системы отсоса паровоздушной смеси, отчего величина вакуума в дегазационной колонне не соответствует расчетной. Причем по мере эксплуатации дегазационной колонны из-за старения уплотнительных элементов, старения насадки и образования отложений в трактах характеристики по вакууму ухудшаются. В результате этого вместо требуемых по ГОСТу не более 50 мкг остаточного кислорода в деаэрированной воде на практике его содержание лежит в интервале от 150 до 200 мкг. Тем самым неэффективность системы отсоса паровоздушной смеси обусловлена тем, что в струйный насос системы отсоса паровоздушной смеси поступает значительное количество пара, который недостаточно конденсируется в охладителе выпара, в результате чего струйный насос не справляется с его отсосом, и происходит "запирание" насоса. В результате этого ухудшаются характеристики вакуума в дегазационной колонне. Более того, значительная часть пара и выделившихся газов прежде чем попасть в патрубок отвода выпара должна пройти через насадку, что вновь повышает содержание газов, растворенных в воде.

Из всего сказанного следует, что если предотвратить движение отдельных элементов насадки, возможно будет повысить время эксплуатации отдельной насадки, продлить время безаварийной работы отдельной дегазационной колонны насадочного типа в режиме обеспечения требуемой ГОСТом степени дегазации горячей воды. А совершенствование системы отсоса паровоздушной смеси путем уменьшения пароприхода в струйный насос позволит увеличить глубину вакуума в дегазационной колонне и, следовательно, эффективность дегазации горячей воды.

Задача изобретения - повышение эффективности дегазации, надежности функционирования дегазатора и повышение его экономичности.

Поставленная задача может быть достигнута за счет уменьшения размера отдельной фракции воды, падающей на насадку, а также путем установки в тело насадки радиальных плоскостей, препятствующих движению отдельных элементов насадки и введением в схему колонны предварительной ступени конденсатора выпара.

Это обусловлено следующими соображениями.

Конденсация паровоздушной смеси, до ее поступления в установленный на колонне "штатный" охладитель выпара, позволяет улучшить эффективность работы самого охладителя выпара. Этого можно добиться, если внутри колонны установить специальный заборник паровоздушной смеси, имеющий развитую поверхность конденсации пара. При этом такой заборник должен отбирать паровоздушную смесь из зоны дегазационной колонны, лежащей ниже колец Рашига. Развитая поверхность конденсации пара в заборнике выпара может быть сформирована теми же кольцами Рашига. Однако при этом появляется вероятность попадания колец Рашига при "нештатной" работе дегазационной колонны, например при ее переполнении при отказе датчиков уровня воды в колонне, в полость охладителя выпара. Для предотвращения этого явления необходимо оснастить заборник выпара специальным клапаном.

Уменьшение размеров отдельной фракции воды, падающей на кольца Рашига, не только уменьшает ее импульс и снижает вероятность возникновения движения как отдельных элементов насадки, так и всей насадки в целом, но и повышает эффективность удаления газа из этой фракции воды за время ее падения от узла распыла воды на дегазацию до поверхности насадки. Обеспечение коллинеарности вектора скорости отдельной фракции воды и вектора ускорения свободного падения можно обеспечить за счет подачи воды не через дренированную трубу, а за счет ее подачи через дренированный лист, параллельный поверхности насадки. При этом дренажные отверстия выполняются диаметром порядка 1,5-2,5 мм. Для обеспечения расходных характеристик дегазационной колонны количество дренажных отверстий должно быть порядка нескольких тысяч. Выполнение таких отверстий с конфузорно-диффузорным входом и выходом и цилиндрическим участком позволяет в случае подачи воды на дегазацию даже под относительно невысоким давлением еще более повысить качество дробления воды на мелкие фракции. Сказанное может быть реализовано за счет организации подачи воды на дегазацию через связку дренированных коллекторов, установленных вверху колонны, а дренированная плоскость каждого из коллекторов должна быть паралле льна поверхности насадки.

Размещение в насадке (в теле насадки) плоскостей, например металлических, позволит понизить подвижность как отдельных элементов насадки, так и всего тела насадки. Целесообразно такие пластины устанавливать радиально по сечению колонны, а в образованные таким образом сектора засыпать элементы насадки.

Таким образом, сказанное позволяет улучшить степень дегазации жидкости, повысить время эксплуатации насадки, повысить надежность функционирования и экономичность дегазатора.

На чертеже представлена схема насадочного дегазатора для дегазации горячей воды (общий вид в разрезе).

Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, патрубка подачи воды 12, патрубка 3 отсоса паровоздушной смеси, патрубка 11 подачи воды потребителям. На патрубке подвода воды 12 установлен разбрызгиватель в виде связки коллекторов 2 с общим входом и дренированными плоскими днищами, причем каждое отверстие выполнено в виде гидравлического тракта, имеющего конфузорно-диффузорные части и цилиндрический участок с диаметром порядка 1,5-2,5 мм. В корпусе 1 выполнена решетка 6, на которой установлены радиально пластины 17, образующие сектора, в полости которых на всю высоту радиальных пластин засыпается основная насадка 18. В одном из образованных секторов торцом на решетке 6 установлен корпус заборника выпара 4. Внутри корпуса 4 на кронштейнах базируются два подвижных дренированных днища 13 и 14, причем в зону между ними насыпана насадка 5 из колец Рашига, а на патрубок 15 крышки корпуса заборника выпара 4 установлен паропровод 16, торец которого герметично подстыкован к патрубку 3 отвода паровоздушной смеси. Для дальнейшего охлаждения паровоздушной смеси устройство снабжено охладителем выпара 7. Для подачи паровоздушной смеси в охладитель выпара устройство снабжено струйным эжектором (струйным насосом) 8. Для накопления охлажденного и сконденсировавшегося выпара предназначена емкость 9. Для регулирования воды в колонне устройство снабжено регулятором уровня воды в колонне 10.

Устройство работает следующим образом.

После запуска струйного насоса 8 и понижения давления в дегазаторе до величины, соответствующей условию вскипания воды, производится подача дегазируемой воды (поток I) через патрубок 12 в дренированные коллектора 2. Коллектора 2 распыливают воду до мелкокапельной структуры со средним размером капли в порядка 300 мкм при давлении в коллекторах в 0,3-0,5 МПа. В процессе падения каждой отдельной капли от среза форсунки до уровня жидкости в колонне происходит ее предварительная дегазация. Попав на кольца Рашига, капли образуют пленку жидкости, стекающей по насадке, в результате чего происходит дальнейшая дегазация воды. Выделившийся из капель и жидкостной пленки газ, например кислород и пар, за счет работы системы отсоса паровоздушной системы 8 поступает через решетку 6 в полость корпуса заборника выпара 4. Где, пройдя через дренированное днище 14, паровоздушная смесь, проходя через кольца Рашига 5, частично конденсирует на них пар, который в виде воды стекает обратно в дегазационную колонну. Оставшийся объем паровоздушной смеси поступает через подвижное дренированное днище 13 корпуса выпара в паропровод 16, откуда через патрубок 3 - в охладитель выпара 7 (поток II), где происходит основная конденсация выпара. Образовавшаяся в охладителе выпара 7, в результате конденсации пара, вода сливается обратно в дегазационную колонну (поток III). Остаток паровоздушной смеси отсасывается из охладителя выпара 7 (поток IV) струйным водовоздушным эжектором 8. Пройдя водовоздушный эжектор 8, пар окончательно конденсируется и вместе с рабочей жидкостью попадает (поток V) в накопитель 9, откуда либо сливается в канализацию, либо вновь используется в качестве рабочего тела для струйного насоса 8 (поток VI). Деаэрированная вода через патрубок 11 поступает к потребителю за счет насосной системы, непоказанной на чертеже. Для регулирования уровня воды в дегазаторе предусмотрен регулятор 10 уровня, поддерживающий уровень воды в определенных пределах. При этом размеры дренированных отверстий в листах 13 и 14 должны иметь размеры меньшие, чем размеры отдельного элемента насадка и создавать минимальные гидравлические сопротивления движению паровоздушной смеси. В случае переполнения дегазационной колонны может произойти подсос воды через заборник выпара в полость охладителя выпара. С потоком воды в полость охладителя выпара могут быть затянуты и кольца Рашига 5. Для предотвращения этого явления и служит лист 14.

Таким образом, предлагаемое устройство за счет использования заборника выпара и более мелкого дробления жидкости при подачи ее на дегазацию позволяет существенно повысить эффективность дегазации горячей воды в насадочных дегазаторах. Более того, снижение объемов выпара, поступающего в струйный насос, позволяет снизить как давление рабочей жидкости в сопле насоса, так и расход этой жидкости, что позволяет уменьшить мощность нагнетательного насоса.

Испытания, проведенные на дегазационных колоннах городских ЦТП, показали, что реализация указанных выше предложений позволяет повысить глубину вакуума в колонне с 0,02 до 0,01 МПа; снизить рабочее давление в струйном насосе до 0,13 МПа и понизить температуру эжекторной воды на 10 градусов. Все это указывает на существенное повышение экономичности работы дегазационной колонны. При этом основная характеристика дегазационной колонны, степень дегазации горячей воды в 1,5 раза выше, чем для обычных насадочных дегазационных колонн.

Источники информации
1. Лапотышкина Н.П., Сазонов Р.П. Водоподготовка и водно-химический режим тепловых сетей. - М.: Энергоиздат, 1982, с. 200.

2. SU 1535833, Установка вакуумной деаэрации воды. С 02 F 1/20, В 01 D 19/00, 15.01.90, бюл. 2.

Изобретение относится к технике очистки воды, технических жидкостей и производственных сточных вод от растворенных газов. Может быть использовано в промышленных и коммунальных отопительных системах в системах подачи горячей воды для удаления растворенных газов. Устройство состоит из корпуса дегазатора, внутри которого на решетку засыпана неупорядоченная насадка, а вода в полость дегазатора подается сверху через блок коллекторов с плоскими дренированными днищами, причем каждое отверстие выполнено в виде струйной форсунки, паровоздушная смесь отсасывается из-под решетки через заборник выпара, расположенный в теле насадки, струйным водовоздушным эжектором. Внутри корпуса заборника выпара для формирования развитой поверхности конденсации пара на дренированное его днище засыпана насадка из колец Рашига. Устройство позволяет повысить эффективность дегазации жидкости, надежность и экономичность эксплуатации. 1 ил.

Устройство для дегазации горячей воды, содержащее цилиндрический корпус с патрубками подачи воды на дегазацию, отвода паровоздушной смеси, подачи дегазированной воды потребителям, решетку, насадку, разбрызгиватель, регулятор уровня воды в колонне, охладитель выпара, систему отсоса паровоздушной смеси, отличающееся тем, что разбрызгиватель выполнен в виде связки коллекторов, имеющих общий вход, и каждый из которых имеет дренированное плоское днище, параллельное плоскости насадки, причем каждое отверстие имеет конфузорно-диффузорные и цилиндрический участки с диаметром цилиндрического участка в 1,5-2,5 мм, а в насадке, на всю ее высоту, радиально установлены пластины, при этом в один из образованных секторов внутри насадки на решетке установлен заборник выпара, внутри которого на кронштейнах базируются два подвижных дренированных днища, при этом заборник выпара герметично стыкуется с патрубком отвода паровоздушной смеси, а в полость заборника выпара, между подвижными днищами, засыпана насадка из колец Рашига.