ДЕАЭРАЦИОННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2004 года по МПК F22D1/50 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для термической деаэрации воды паровых котлов и подпиточной воды тепловых сетей, а также для деаэрации воды, используемой в химической технологии и других технологиях.

Наибольшее распространение в энергетике России получили атмосферные и вакуумные деаэраторы колоночного типа (см. Л.1, стр.20, 49. И.И.Оликер “Термическая деаэрация воды в отопительно-производственных котельных и тепловых сетях”. Издательство литературы по строительству. Ленинград, 1972).

Деаэрационные установки с такими деаэрационными колонками имеют много недостатков, приводящих к их неудовлетворительной работе:

1. Требуют предварительного нагрева деаэрируемой воды до величины всего на 10 градусов Цельсия ниже температуры насыщения в деаэраторе, что в большинстве котельных недостижимо.

2. Имеют малую глубину регулирования производительности.

3. Имеют большую металлоемкость.

4. Быстро выходят из строя поверхностные охладители выпара (ОВП) за счет углекислотной и кислородной коррозии поверхностей нагрева ОВП, и деаэрационные установки работают без ОВП, теряя большое количество тепла с выпаром.

Большинство из этих недостатков устранены в двухступенчатых деаэрационных установках, использующих центробежно-вихревые деаэраторы в качестве первой ступени и капельные деаэраторы (т.е. деаэраторы, представляющие собой диспергирующее устройство, работающее на принципе разбрызгивания деаэрируемой воды в паровом пространстве бака-аккумулятора деаэрированной воды) (см. Л.2. Патент РФ №1454781 “Деаэрационная установка”, где в качестве первой ступени используется деаэратор, защищенный патентом РФ№2131555 и Л.3 - Патент РФ №2151341 “Деаэратор”, в котором центробежно-вихревой деаэратор и капельный деаэратор совмещены в одном блоке. Статьи в журналах Л.4 “Промышленная энергетика” №11 за 1999 г., стр.11-14, Л.5 “Новости теплоснабжения” №1 за 2001 г., стр.28).

В качестве прототипа выбрана деаэрационная установка, защищенная патентом РФ №1454781 (она же, только с контактным охладителем выпара, описана в Л.6 журнал “Энергетик” №4 за 2000 г., стр.28, только в ней в качестве греющего пара (деаэрирующей среды) используется выпар от деаэратора повышенного давления).

Прототип имеет в качестве первой ступени центробежно-вихревой деаэратор (ЦВД) с подводящими трубопроводами деаэрируемой воды и деаэрирующей среды (пара или перегретой воды), если это необходимо (деаэратор может работать без подачи деаэрирующей среды - на “начальном эффекте”, если деаэрируемая вода перегрета выше температуры насыщения в деаэрационной установке), бак-аккумулятор деаэрированной воды, в верхней (паровой) части которого расположен в качестве второй ступени установки капельный деаэратор КД (диспергирующее устройство), трубопроводы отвода выпара (парогазовой смеси) из бака и из ЦВД в контактный охладитель выпара - ОВК с подводящим и отводящим трубопроводами охлаждающей воды, последний из которых подсоединен к центробежно-вихревому деаэратору.

В этой установке происходит двухступенчатая деаэрация. В ЦВД вода нагревается паром или перегретой водой от водогрейных котлов и частично деаэрируется за счет образования выпара и уноса с ним агрессивных газов (или, например, при работе в вакуумном режиме вода нагревается перед поступлением в деаэратор до температуры выше, чем температура кипения при установившемся вакууме в деаэрационной установке). Во второй ступени деаэрации вода диспергируется в паровом пространстве бака, вскипает с образованием выпара и освобождается от остатков агрессивных газов. Эти деаэраторы работают с очень высокими техническими характеристиками.

Недостатком установки с поверхностным охладителем выпара является его высокая стоимость и то, что он быстро выходит из строя, за счет коррозии агрессивными газами и деаэратор, вынужденный работать без охладителя выпара, теряет много тепла в атмосферу. Этот недостаток устранен применением контактного охладителя выпара (ОВК), в котором конденсация пара, содержащегося в выпаре, осуществляется прямым контактом с охлаждающей водой. При этом коэффициент теплопередачи в 2000 раз выше, чем при контакте пара с водой через поверхность нагрева (см. статью Л.6, стр.28).

Недостатком установки с контактным охладителем выпара является то, что трудно подать в ЦВД охлаждающую воду, нагретую в контактном охладителе выпара (ОВК), из-за того, что давление в ЦВД всегда выше, чем в ОВК. Приходится поднимать его на высоту 6-8 метров выше ЦВД, что не всегда возможно, или сливать охлаждающую воду в какой-либо промежуточный бак и иметь дополнительный насос для перекачки воды из него в ЦВД.

Целью настоящего изобретения является устранение недостатков применения ОВК: обеспечение возможности установки ОВК с небольшой разностью высот с ЦВД (упрощение монтажных работ, уменьшение количества соединительных труб), обеспечение возможности подавать охлаждающую воду после ОВК сразу в ЦВД без промежуточного бака и без установки дополнительного насоса на этом баке. В качестве ОВК можно использовать изобретение, защищенное патентом РФ №2131555 “Деаэратор (тепломассообменник)”.

Указанная цель достигается тем, что в известной деаэрационной установке, имеющей бак-аккумулятор деаэрированной воды, центробежно-вихревой деаэратор с подводящими трубами деаэрируемой воды и (при необходимости) с патрубками деаэрирующей среды (в качестве первой ступени), капельный деаэратор в виде диспергирующего устройства, расположенного в верхней части бака-аккумулятора и выполняющего роль деаэратора второй ступени, отводящие трубы воды и выпара, охладитель выпара контактного типа, соединенный с баком-аккумулятором и с центробежно-вихревым деаэратором при помощи трубы выпара и с центробежно-вихревым деаэратором при помощи трубы слива охлаждающей воды, на этой трубе слива охлаждающей воды, в рассечку установлен водоструйный или пароструйный инжектор (вместо инжектора может быть установлен пароструйный кинетический насос центробежно-вихревого типа - см. Патент РФ №2210043 или водоструйный центробежно-вихревой инжектор) таким образом, что всасывающий патрубок инжектора соединен с патрубком слива охлаждающей воды из ОВК, нагнетательный патрубок инжектора подсоединен к ЦВД, а сопловой патрубок эжектора подсоединен к водопроводу (например, к трубопроводу деаэрируемой воды) или к паропроводу. Капельный деаэратор выполняется в виде перфорированной трубы или в виде трубы, или со щелевыми отверстиями, размещенной в паровом пространстве бака-аккумулятора. Центробежно-вихревой деаэратор и капельный деаэратор могут быть выполнены в виде единого агрегата (см. патент РФ №2151341). При недостаточном предварительном нагреве деаэрируемой воды к центробежно-вихревому деаэратору может быть подсоединен трубопровод деаэрирующей среды (пара или перегретой воды).

Установка водоструйного или пароструйного инжектора (или пароструйного кинетического насоса) в рассечку трубы слива охлаждающей воды из ОВК в ЦВД с подсоединением сопловой его части к трубопроводу воды, имеющей достаточное давление, например, к одной из подводящих труб деаэрируемой воды, на участке до установки регулятора расхода воды на деаэратор или к паропроводу, позволяет устанавливать охладитель выпара (ОВК) в удобном месте, например, на той же высоте, что и центробежно-вихревой деаэратор (не устанавливать ОВК выше ЦВД на 6-8 метров, отказаться от бака слива охлаждающей воды), что значительно снижает металлоемкость установки и затраты на монтажные работы и ликвидирует расход энергии на перекачку охлаждающей воды из промежуточного бака в ЦВД.

Выполнение центробежно-вихревого деаэратора и капельного деаэратора в виде единого агрегата позволяет лучше стандартизировать деаэратор и выпускать его сериями. Также это упрощает монтаж.

Присоединение к ЦВД патрубка деаэрирующей среды (пара, перегретой воды) позволяет эксплуатировать деаэратор при недостаточном предварительном нагреве воды перед деаэратором как в атмосферном, так и в вакуумном режимах, и вести нагрев деаэрируемой воды в ЦВД.

Выполнение отверстий в капельном деаэраторе в виде щелей позволяет уменьшить сопротивление КД при вращающемся потоке воды.

Выполнение парового инжектора в виде кинетического насоса центробежно-вихревого типа позволяет увеличить диапазон регулируемого расхода воды.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена схема деаэрационной установки, у которой в качестве первой ступени служит центробежно-вихревой деаэратор, защищенный патентом РФ №2131555, в качестве второй ступени служат капельные деаэраторы, изображенные на фиг 3, помещенные в паровое пространство бака-аккумулятора.

На фиг.2 - схема деаэрационной установки с центробежно-вихревым деаэратором и с капельным деаэратором, выполненные в виде единого агрегата (узла) (деаэратор защищен патентом РФ №2151341).

На фиг.3 - продольный разрез капельного деаэратора, схематически показанного на фиг.1.

На фиг.4 - то же, что и на фиг.2, только с продольными разрезами ЦВД и ОВК.

Деаэрационная установка имеет бак-аккумулятор деаэрированной воды 1, центробежно-вихревой деаэратор 2 (ЦВД), капельный деаэратор 3 (диспергирующее устройство) (один или несколько), контактный охладитель выпара 4 - ОВК, водоструйный или пароструйный эжектор (инжектор) 5. Вместо пароструйного эжектора можно установить пароструйный кинетический насос (заявка №2001107731, на который выдано решение на выдачу Патента РФ от 30.10.02 г.). Можно установить параллельно и оба эти эжектора (инжектора) (водоструйный и пароструйный) и пользоваться ими в разное время, в зависимости от давления воды и пара и от нагрузки установки. Установка имеет следующие трубопроводы. Трубопровод 6 деаэрируемой химочищенной воды (ХОВ) с регулятором 7 расхода ХОВ, ответвление трубы 8 от трубопровода 6 к сопловой части эжектора (инжектора) 5. Имеется паропровод 9 с регулятором 10 расхода пара (этого паропровода может и не быть, если деаэрируемую воду нагревать предварительно до температуры выше температуры насыщения, соответствующей давлению в деаэрационной установке). Паропровод 9а, подсоединенный к сопловой части эжектора, этот паропровод может быть ответвлением от паропровода 9 или быть самостоятельным. Трубопровод 11 соединяет центробежно-вихревой деаэратор 2 с капельным деаэратором 3 (в установке на фиг.2, 4 этого трубопровода нет, там вода из ЦВД переходит в КД через лопаточный завихривающий аппарат). Трубопровод 12 является трубопроводом охлаждающей химочищенной воды, подаваемой в ОВК (4). Трубопровод 13 соединяет паровое пространство бака 1 с ОВК, а трубопровод 14 соединяет ЦВД с ОВК. Трубопровод 15 соединяет выходной патрубок охлаждающей воды ОВК с всасывающим патрубком эжектора (инжектора) 5. Трубопровод 16 соединяет ОВК с атмосферой, а трубопровод 17 - с системой образования вакуума (водоструйным или паровым эжектором или с вакуумным насосом), если деаэрационная установка вакуумная. Трубопровод 18 - обводной помимо эжектора. Установка его необязательна. Он служит для слива охлаждающей воды помимо эжектора при малых нагрузках, если ОВК установлен выше ЦВД на 2 или более метров. Трубопровод 19 является трубопроводом отбора деаэрированной воды из бака 1 (трубопровод к насосу).

Показанный на фиг 3 капельный деаэратор имеет ствол 1 (перфорированную трубу или трубу со щелевыми отверстиями, какие изображены на капельном деаэраторе фиг 2), завихривающую головку 2 с тангенциально присоединенным патрубком 3. В капельном деаэраторе, изображенном на фиг.4, завихривающее устройство, обозначенное цифрой 20 на фиг 4, выполнено в виде лопаточного аппарата в верхней его части (см. Л.3).

Работа деаэрационной установки осуществляется следующим образом. Рассмотрим вариант работы в атмосферном режиме.

Большая часть деаэрируемой воды (ХОВ) по трубопроводу 6 через регулятор расхода 7, работающий по уровню воды в баке 1, поступает в центробежно-вихревой деаэратор 2, где контактирует с паром, подаваемым по паропроводу 9, через регулятор расхода пара 10 и нагревается без гидроударов до температуры 105-106 градусов Цельсия. Образованный выпар по трубе 14 поступает из ЦВД в ОВК. Количество выпара можно регулировать задвижкой на трубе 14. Частично деаэрированная вода с температурой 104-105 градусов поступает в капельный деаэратор 3 - КД (на фиг.1 через трубу 11, на фиг.4 - через завихривающее устройство 20). Через отверстия или щели КД вода выходит в паровое пространство бака 1 диспергированной на мелкие капли. Закрутка воды в КД способствует тому, что при малых нагрузках образовавшийся в КД пар не выходит отдельно от воды (пар - через верхние отверстия, а вода - через нижние). Вода вращается по периферии ствола КД, а пар в центре. Пар выходит вместе с водой, что значительно снижает удельный выпар при хорошем качестве деаэрации воды. Каждая капля воды вскипает с образованием выпара. Вода охлаждается до 101-102 градусов и накапливается в баке-аккумуляторе 1, откуда по трубе 19 откачивается насосом или сливается в большой аккумуляторный бак, расположенный на нулевой отметке.

Выпар из бака 1, который составляет большую часть от всего выпара установки, направляется по трубе 13 в ОВК. Химочищенная вода по трубе 12 поступает в ОВК и контактирует с выпаром, конденсируя водяные пары. Неконденсируемая часть выпара сепарируется в нижней части ОВК и сбрасывается в атмосферу по трубе 16. Часть деаэрируемой воды из трубопровода 6 по трубе 8 направляется в водоструйный эжектор (инжектор) 5, или пар из паропровода 9 или из любого другого паропровода по трубе 9а направляется в сопловую часть пароструйного эжектора (инжектора) 5. Эжектор 5 создает вакуум и подсасывает охлаждающую воду из ОВК по трубе 15 и направляет ее на деаэрацию в ЦВД. Пароструйный эжектор (инжектор) способствует тому, что часть воды, поступающей на деаэрацию, нагревается паром. Поэтому по трубе 9 в ЦВД поступает меньше пара, идущего на нагревание воды. Часть кинетической энергии пара используется для транспортировки воды вместо насоса.

Вариант работы установки в вакуумном режиме. Если выпарную трубу 16 от ОВК присоединить посредством трубы 17 к системе обеспечения вакуума (паровому или водоструйному эжектору или к вакуумному насосу), то вся установка становится вакуумной. Если деаэрируемую воду нагревать, например, до 70 градусов, то в баке 1 установится вакуум 0,7 кгс/см² (Рабс=0,3 кгс/см²). Пар в установку по паропроводу 9 не подается. Установка работает на “начальном эффекте”. Вода вскипает и охлаждается на 2-3 градуса, образуя выпар в ЦВД и в баке 1. Если же деаэрируемая вода имеет температуру ниже 60 градусов Цельсия, то в ЦВД можно подать пар и нагреть воду до 70-80 градусов и работать в вакуумном режиме. В остальном процесс деаэрации схож с предыдущим.

Установка водоструйного или (и) пароструйного эжектора (инжектора) на трубопроводе охлаждающей воды, соединяющем ОВК с ЦВД (в рассечку последнего) и подсоединение трубопровода рабочей воды (трубопровода химочищенной воды) или паропровода к сопловому патрубку эжектора (инжектора) позволяет: упростить конструкцию установки за счет компактного расположения вблизи друг от друга ЦВД и ОВК, что уменьшает металлоемкость, предотвращает возможность установки ОВК на крыше здания котельной, освобождает от необходимости устанавливать дополнительный бак сбора охлаждающей воды после ОВК и насос к нему. Предотвращает необходимость установки ОВК на 10 метров выше сливного бака охлаждающей воды при работе в вакуумном режиме.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для термической деаэрации воды паровых котлов и подпиточной воды тепловых сетей, а также для деаэрации воды, используемой в химической технологии и других технологиях. Установка содержит бак-аккумулятор деаэрированной воды, центробежно-вихревой деаэратор, капельный деаэратор, контактный охладитель выпара, патрубки подвода деаэрируемой воды, отвода деаэрированной воды, патрубки отвода выпара от бака-аккумулятора и от центробежно-вихревого деаэратора, соединенные с контактным охладителем выпара трубопроводом, трубопровод охлаждающей воды, соединенный с контактным охладителем выпара и через него с центробежно-вихревым деаэратором. В рассечку трубопровода, соединяющего контактный охладитель выпара с центробежно-вихревым деаэратором, установлен водоструйный или пароструйный инжектор. Всасывающий патрубок инжектора подсоединен к выходному патрубку охлаждающей воды контактного охладителя выпара. Нагнетательный патрубок инжектора подсоединен к центробежно-вихревому деаэратору, а сопловой патрубок инжектора подсоединен к трубопроводу деаэрируемой воды или к паропроводу. Технический результат: упрощение монтажных работ, уменьшение количества соединительных труб, обеспечение установки контактного охладителя выпара и центробежно-вихревого деаэратора с небольшой разностью высот. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Деаэрационная установка, содержащая бак-аккумулятор деаэрированной воды, центробежно-вихревой деаэратор, являющийся первой ступенью установки, капельный деаэратор, являющийся второй ступенью установки, контактный охладитель выпара, патрубки подвода деаэрируемой воды и отвода деаэрированной воды, патрубки отвода выпара от бака-аккумулятора и от центробежно-вихревого деаэратора, соединенные с контактным охладителем выпара посредством трубопровода, трубопровод охлаждающей воды, соединенный с контактным охладителем выпара и через него с центробежно-вихревым деаэратором, отличающаяся тем, что на трубопроводе охлаждающей воды, соединяющем контактный охладитель выпара с центробежно-вихревым деаэратором, в рассечку этого трубопровода установлен водоструйный или пароструйный инжектор таким образом, что всасывающий патрубок инжектора подсоединен к выходному патрубку охлаждающей воды контактного охладителя выпара, нагнетательный патрубок инжектора подсоединен к центробежно-вихревому деаэратору, а сопловой патрубок инжектора подсоединен к трубопроводу деаэрируемой воды или к паропроводу.2. Деаэрационная установка по п.1, отличающаяся тем, что центробежно-вихревой и капельный деаэраторы выполнены в виде единого агрегата.3. Деаэрационная установка по п.1, отличающаяся тем, что к центробежно-вихревому деаэратору присоединен патрубок подвода деаэрирующей среды.4. Деаэрационная установка по п.1, отличающаяся тем, что капельный деаэратор выполнен в виде перфорированной трубы, помещаемой в паровое пространство бака-аккумулятора, то есть трубы, имеющей отверстия круглого или прямоугольного сечения, а в верхней части этой трубы имеется устройство для придания воде вращательного движения.5. Деаэрационная установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве инжектора установлен кинетический насос центробежно-вихревого типа.