ТЕРМИЧЕСКИЙ ДЕАЭРАТОР Российский патент 2004 года по МПК C02F1/20 C02F103/02 

Изобретение относится к термическим деаэраторам и может быть использовано при дегазации подпиточной воды тепловых сетей и сетей горячего водоснабжения, а также питательной воды паровых котлов низкого давления.

Известны вакуумные деаэраторы, укомплектованные охладителями выпара, подогревателями химически очищенной воды и системами автоматического регулирования, использующие пар или перегретую воду от котлов (см. Справочник по водоподготовке котельных установок. Автор Лифшиц, 1976 г., с.245-251, Ф.И.Белан, Г.П.Сутоцкий, Водоподготовка промышленных котельных установок, 1969, с.209-212).

Недостатками их являются то, что охладители выпара и подогреватели химически очищенной воды работают в агрессивной среде, подвергаются интенсивной коррозии и быстро выходят из строя. Система автоматического регулирования сложна в настройке и не надежна в работе, а в котельных с водогрейными котлами пара нет и перегретая вода бывает только в зимние месяцы.

Известен также термический деаэратор, содержащий теплообменники, деаэрационную колонку, соединенную с патрубками подачи воды, теплоносителя, отвода паровоздушной смеси и деаэрированной воды, многоступенчатый парогенератор, установленный в одном корпусе с деаэрационной колонкой и состоящий из последовательно установленных по ходу движения воды, подаваемой на деаэрацию, циркуляционных контуров, имеющих теплообменники, к которым подводится теплоноситель (см. SU 89164 А, кл. С 02 F 1/20, опубл. 25.09.1958).

Недостатками его являются: высокое содержание кислорода в деаэрируемой воде, большие потери тепла с выпаром в атмосферу, потери конденсата греющего пара, а также то, что система регулирования расходом пара и расходом воды на деаэрацию сложна и не надежна в работе.

Задачей, на которую направлено настоящее изобретение, является создание надежного, долговечного, не требующего высококвалифицированного эксплуатационного персонала, экономичного в работе деаэратора, в котором осуществляется повышение степени дегазации воды и термодинамическое регулирование, обеспечивающее оптимальный режим дегазации.

Технический результат заключается в том, что дегазация воды в деаэрационной колонке происходит за счет точного баланса между водой и паром, необходимым на ее деаэрацию. Парогенератор за счет термодинамического регулирования не может произвести лишнего количества пара, даже в небольших количествах, так как при этом одновременно увеличивается на небольшую величину давление в деаэраторе, а при меньшем количестве пара уменьшится разрежение и производство необходимого количества пара восстановится за счет более низкой температуры насыщения воды. Молекулы пара, не сконденсировавшиеся в деаэрационной колонке, вместе с дегазированным воздухом отсасываются эжектором, конденсируются в струе холодной воды, идущей на деаэрацию, и возвращаются в деаэрационную колонку, не нарушая баланс. Молекулы газа, не дегазировавшиеся в деаэрационной колонке и вместе с водой проскочившие в парогенератор, удаляются за счет многократного кипячения воды и многократной продувки ее паром в циркуляционных контурах парогенератора.

Таким образом, дегазацию воды производят за счет многократного барботирования деаэрируемой воды паром, и в процессе парообразования, а термодинамическое регулирование позволяет гарантированно обеспечить 100% парциальное давление пара в деаэрационной колонке и нагреть воду до температуры насыщения, создавая оптимальный режим дегазации.

Указанный технический результат достигается тем, что известный термический деаэратор, содержащий теплообменники, деаэрационную колонку, соединенную с патрубками подачи воды, теплоносителя, отвода паровоздушной смеси и деаэрированной воды, многоступенчатый парогенератор, установленный в одном корпусе с деаэрационной колонкой и состоящий из последовательно установленных по ходу движения воды, подаваемой на деаэрацию, циркуляционных контуров, имеющих теплообменники, к которым подводится теплоноситель, патрубок отвода паровоздушной среды соединен с входом по газу водоструйного эжектора, вход по жидкости водоструйного эжектора соединен с входом подачи химически очищенной воды на деаэрацию, а выход водоструйного эжектора соединен с воздухоразделительной емкостью, имеющей патрубок для соединения через гидрозатвор с патрубком подачи воды в колонку и патрубок для отвода воздуха, а деаэрационная колонка выполнена с возможностью поддержания равновесного процесса деаэрации в пределах давлений от 0,1 ата до 1 ата и включает в себя отражательные листы и перфорированные листы для распыления воды, подаваемой на деаэрацию.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для достижения указанного технического результата.

На фиг 1 изображен общий вид термического деаэратора,

на фиг.2 - вид А на фиг.1,

на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков технического результата. А именно, деаэратор состоит из деаэрационной колонки 1, установленной в одном корпусе с многоступенчатым парогенератором. Деаэрационная колонка 1 соединена патрубком отвода 2 паровоздушной смеси, соединенным с входом по газу водоструйного эжектора 3. Вход по жидкости водоструйного эжектора 3 соединен с входом 4 подачи химически очищенной воды на деаэрацию, а выход водоструйного эжектора 3 соединен с емкостью 5, имеющей патрубок 6 для отвода воздуха. Колонка 1 соединена также патрубком 7 подачи воды с выходом емкости 5, с патрубком 8 подачи деаэрированной воды и патрубком 9 подачи теплоносителя. Многоступенчатый парогенератор имеет водоопускные трубы 10, соединенные с теплообменниками 11, и водоподъемные трубы 12. Желоб 13 соединяет между собой ступени парогенератора.

Согласно изобретению, парогенератор состоит из последовательно установленных по ходу движения воды, подаваемой на деаэрацию, циркуляционных контуров, имеющих теплообменники 11 (фиг.2), к которым подводится теплоноситель. В колонке 1 (фиг.1, 2) установлены отражательные листы 14 и перфорированные листы 15 для распыления воды, подаваемой на деаэрацию, а также направляющий желоб 16. Колонка 1 имеет патрубок 17 с вентилем для дополнительного подвода воды, а емкость 5 - переливную трубу 18 и гидрозатвор 19, соединяющий ее с патрубком 7 подачи воды в колонку 1. При выходе пароводяной смеси из парогенератора потоки разделяются: пар поднимается вверх в деаэрационную колонку 1, а вода разделяется на два потока, один из которых переливается в водоопускную трубу 10 для повторной циркуляции, а второй поток переливается в желоб 13 и далее в водоопускную трубу 10 второй ступени парогенератора. Во второй ступени парогенератора происходят процессы, аналогичные процессам первой ступени. Ступеней испарения в парогенераторе может быть несколько в зависимости от требуемого качества деаэрации и мощности теплообменников 11. При выходе с последней ступени парогенератора вода через патрубок 8 деаэрированной воды поступает в водосборный бак 20.

К теплообменникам 11 подводится по патрубку 9 теплоноситель, тепло которого используется для выработки пара. Для увеличения поверхности контакта воды с паром в деаэрационной колонке 1 (фиг.1, 2) установлены, по меньшей мере, один отражательный лист 14 и, по меньшей мере, один перфорированный лист 15 с отверстиями для прохода воды и пара, направляющий желоб 16 и патрубок 7 с отверстиями подачи воды.

Водоструйный эжектор 3 выполняет функцию регулятора в парогенераторе и обеспечивает получение такого количества пара, которое способна сконденсировать поступающая в деаэрационную колонку 1 холодная вода. Паровоздушная смесь в водоструйном эжекторе 3, нагреваясь до температуры насыщения при данном давлении в деаэраторе и воздействуя обратной связью через температуру насыщенной воды на температурный напор в теплообменниках 11, обеспечивает отбор от теплоносителя тепла, количество которого необходимо для поддержания равновесного процесса деаэрации в пределах давлений в деаэраторе от 0,1 ата до 1 ата, и поддерживает постоянной величину удельной энтропии на 1 кг деаэрируемой воды.

Простота эксплуатации заключается в том, что пуск деаэратора в работу осуществляется только подачей воды на деаэрацию, а его остановка - прекращением подачи воды на деаэрацию. Подача воды на деаэратор может быть легко автоматизирована путем запуска или остановки насоса, подающего химически очищенную воду на деаэрацию, или открытием или закрытием задвижки на линии подачи воды в деаэратор, в зависимости от верхнего и нижнего уровня в водосборном баке.

Деаэратор работает следующим образом.

Парогенератор стоит заполненный водой до уровня перелива через патрубок 8 подачи деаэрированной воды. К теплообменникам 11 подводится теплоноситель 9, который нагревает находящуюся в парогенераторе воду. При температуре теплоносителя менее 100° С парообразования нет, а при температуре более 100° С происходит парообразование, так как t_Т-100°_{С больше 0 и пар выходит через патрубок 6 емкости 5.}

Деаэратор включается в работу подачей воды через вход 4 на водоструйный эжектор 3, который, отсасывая паровоздушную смесь из деаэрационной колонки 1 по патрубку 2, создает в ней разрежение. Струя воды, проходя через водоструйный эжектор 3, конденсирует отсасываемый пар из паровоздушной смеси и сливается в емкость 5, где воздух отводится через патрубок 6, а вода вначале переливается через переливную трубу 18. При достижении разрежения в деаэраторе уровень воды в емкости 5 понижается, перелив через трубу 18 прекращается и вода через гидрозатвор 19 и патрубок 7 поступает в деаэрационную колонку 1.

Одновременно с появлением разрежения в деаэраторе включается в работу парогенератор, находящаяся в нем вода интенсивно вскипает и выделяющийся пар устремляется в деаэрационную колонку 1, конденсируясь на движущейся навстречу ему воде, нагревает ее до температуры насыщения, дегазирует и вместе с воздухом избыток пара устремляется в водоструйный эжектор 3, тормозит его работу, препятствуя резкому набору разрежения.

В парогенераторе температура деаэрируемой воды при интенсивном испарении понижается, в связи с этим температурный напор в теплообменниках 11 t_r-t_g возрастает, происходит более интенсивный отвод тепла от теплоносителя.

Парогенератор конструктивно выполнен так, что, производя пар, он препятствует увеличению разрежения в деаэраторе, а водоструйный эжектор 3 стремится увеличить разрежение.

Формула деаэратора с термодинамическим регулированием.

t_r - температура теплоносителя,

t_g - температура деаэрации,

t_x - температура воды, поступающей на деаэрацию,

n - количество ступеней парогенератора,

ц - циркуляция воды в ступени,

V - расход деаэрируемой воды,

V_t - расход теплоносителя,

F - поверхность теплообменников парогенератора,

k - общий коэффициент теплопередачи в теплообменниках парогенератора.

Через непродолжительное время установится равновесие, при котором точка кипения воды будет стабилизирована при установившемся давлении пара в деаэрационной колонке и температуре насыщенной воды. При любых внешних изменениях в пределах приведенной формулы оптимальный режим дегазации не нарушается. Точка кипения воды в деаэраторе стабилизируется при новых параметрах давления и температуре насыщения.

Движение деаэрируемой воды в парогенераторе осуществляется следующим образом. Из деаэрационной колонки 1 вода по направляющему желобу 16 сливается в водоопускную трубу 10. При работе парогенератора в циркуляционных контурах парогенератора возникает циркуляция за счет разности плотности воды в водоопускной трубе 10 и пароводяной смеси в водоподъемной трубе 12 с движущей силой "h" (фиг.1), равной гидравлическому сопротивлению контура.

При циркуляции в контуре вода, проходя теплообменники 11, нагревается и при подъеме вверх теряет статическое давление и в зоне "Н" (фиг.2) вскипает. В зоне "H" происходит дополнительная дегазация воды за счет:

а) парообразования, где центрами образования пузырьков пара являются молекулы растворенного в воде газа;

б) последовательного многократного барботирования (продувки) воды паром.

С последней ступени парогенератора вода с содержанием растворенного кислорода менее 0,01 мг/л через патрубок 8 поступает в водосборный бак 20.

На основании вышеизложенного видно, что деаэратор, рассчитанный по приведенной формуле и автоматизированный по подаче воды на деаэрацию, в обслуживающем персонале не нуждается. Особенно эффективно он работает, когда минимально необходимое количество воды на подпитку равно расходу через эжектор, а периодическое увеличение расхода подпиточной воды регулируется через вентиль в патрубке 17.

На водогрейных котельных деаэратор может работать в интервале температуры теплоносителя от 70 до 150° С без регулировки, но можно один раз в отопительный сезон осуществить регулирование расхода теплоносителя.

На тепловых станциях и паровых котельных еще проще, так как интервал изменения температуры пара более узкий. Наряду с теплообменниками поверхностного типа, могут применяться и теплообменники смешивающего типа.

Поверхностные теплообменники работают на деаэрированной воде, поэтому не подвергаются коррозии и долговечны.

Схема деаэрации представляет собой гидравлически закрытую систему, поскольку количество поступившей воды на деаэрацию равно количеству деаэрированной воды. Тепловой баланс является тоже закрытой системой, поскольку количество тепла, подведенное к парогенератору, равно приращенному теплу выходящей из деаэратора воды, т.к. выходящая из деаэратора паровоздушная смесь конденсируется в водоструйном эжекторе и тепло возвращается вместе с водой в деаэратор.

Расчет вакуумного деаэратора производится на минимальное количество подводимого тепла к парогенератору и максимальное количество необходимой, например, для котельной, деаэрированной воды. Максимальное количество воды определяется необходимостью обеспечить работу водоструйного эжектора. Таким образом, режим работы деаэратора является самоустанавливающимся.

Изобретение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость", поскольку осуществимо с использованием известных средств производства.

Применение изобретения позволяет повысить степень дегазации воды и создать термодинамическое регулирование, обеспечивающее оптимальный режим дегазации.

Изобретение относится к термическим деаэраторам и может быть использовано при дегазации воды. Деаэратор содержит теплообменники, деаэрационную колонку, соединенную с патрубками подачи воды, теплоносителя, отвода паровоздушной смеси и деаэрированной воды и многоступенчатый парогенератор, установленный в одном корпусе с деаэрационной колонкой. Патрубок отвода паровоздушной среды соединен с входом по газу водоструйного эжектора, выполняющего функцию регулятора в парогенераторе. Вход по жидкости водоструйного эжектора соединен с входом подачи химически очищенной воды на деаэрацию, а выход водоструйного эжектора соединен с емкостью, имеющей патрубок для соединения через гидрозатвор с патрубком подачи воды в колонку и патрубок для отвода воздуха. Парогенератор состоит из последовательно установленных по ходу движения воды, подаваемой на деаэрацию, циркуляционных контуров, имеющих теплообменники, к которым подводится теплоноситель. Колонка включает в себя отражательные листы и перфорированные листы. Технический результат состоит в повышении степени дегазации воды и возможности термодинамического регулирования режима дегазации. 3 ил.

Термический деаэратор, содержащий теплообменники, деаэрационную колонку 1, соединенную с патрубками 7 подачи воды, теплоносителя 9, отвода 2 паровоздушной смеси и деаэрированной воды 8, многоступенчатый парогенератор, установленный в одном корпусе с деаэрационной колонкой 1 и состоящий из последовательно установленных по ходу движения воды, подаваемой на деаэрацию, циркуляционных контуров, имеющих теплообменники 11, к которым подводится теплоноситель, отличающийся тем, что патрубок 2 отвода паровоздушной среды соединен с входом по газу водоструйного эжектора 3, вход по жидкости водоструйного эжектора 3 соединен с входом 4 подачи химически очищенной воды на деаэрацию, а выход водоструйного эжектора 3 соединен с воздухоразделительной емкостью 5, имеющей патрубок для соединения через гидрозатвор 19 с патрубком 7 подачи воды в колонку 1 и патрубок 6 для отвода воздуха, деаэрационная колонка 1 выполнена с возможностью поддержания равновесного процесса деаэрации в пределах давлений от 0,1 ата до 1 ата и включает в себя отражательные листы 14 и перфорированные листы 15 для распыления воды, подаваемой на деаэрацию.