ДЕАЭРАЦИОННАЯ КОЛОНКА Российский патент 2009 года по МПК C02F1/20 

Изобретение относится к области термической деаэрации жидкости, преимущественно питательной воды паротурбоустановки, и может быть использовано в термических и вакуумных деаэрационных установках, а также в десорберах газообразных продуктов, растворенных в технологических жидкостях.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является деаэратор по авторскому свидетельству СССР №553215, кл. C02B 1/10, 1975 г., содержащий бак-аккумулятор с патрубком отсоса неконденсирующихся газов и установленную над ним колонку в виде водоструйного эжектора с водоподающим устройством, выполненным в виде равномерно размещенных по сечению колонки акустических форсунок, и пароподводящим коллектором, выполненным кольцевым и соединенным с колонкой радиальными перемычками, а в баке на выходе из колонки установлен конусообразный каплеотбойник.

Недостатками известного устройства являются низкое гидравлическое сопротивление и низкое качество деаэрации, связанное с грубым распыливанием жидкости, а также низкой производительностью.

Технический результат - повышение производительности за счет тонкого распыливания жидкости.

Это достигается тем, что в деаэраторе, содержащем бак-аккумулятор с патрубком отсоса неконденсирующихся газов и установленную над ним колонку в виде водоструйного эжектора с водоподающим устройством, выполненным в виде равномерно размещенных по сечению колонки акустических форсунок, и пароподводящим коллектором, выполненным кольцевым и соединенным с колонкой радиальными перемычками, а в баке на выходе из колонки установлен конусообразный каплеотбойник, колонка разделена вертикальными перегородками на секции, последовательно соединенные между собой по парогазовому тракту через сепарационное устройство, причем колонка выполнена по крайней мере из двух блоков, включенных параллельно по пару и отводимому газу, а каждая из акустичеких форсунок содержит корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла и резонатора, трубок для подвода воздуха и жидкости, причем корпус выполнен в виде вертикально расположенной цилиндрической втулки, в верхней части которой расположена трубка для подвода воздуха, а перпендикулярно ее оси расположена трубка для подвода жидкости, причем внутри корпуса, соосно с ним, жестко закреплена втулка с верхним и нижним фланцами, при этом нижний фланец жестко зафиксирован в проточке, выполненной в корпусе, а внутри втулки, соосно с ней, расположен кольцевой объемный резонатор, выполненный в виде чашки с конической поверхностью, при этом чашка запрессована на стержне диаметром d резонатора, а в его хвостовой части расположены фиксирующие диски, выполненные в виде упругих лепестков, взаимодействующих с внутренней поверхностью втулки, а в нижнем фланце расположено по крайней мере одно сопло под углом к оси резонатора, величина которого лежит в следующем интервале величин: 20÷40°, при этом продолжение оси сопла лежит на окружности, находящейся в средней части конической поверхности резонатора.

На фиг.1 изображена деаэрационная колонка; на фиг.2 - схема акустической форсунки.

Деаэрационная колонка содержит корпус 1, водяную камеру 2, крышку 3, предфорсуночные трубы 4, форсунки 5, парораспределительное устройство 6, отбойную тарелку 7, сливной патрубок 8, патрубок 9 отвода выпара, водомерное стекло 10, патрубки 11 для отбора проб воды, патрубки 12 подачи воды на деаэрацию, сепарационную труба 13, патрубок ввода пара 14.

К крышке 3 приварена водяная камера 2. Снизу по оси крышки 3 приварена центральная сепарационная труба 13, по ее окружности - четырнадцать предфорсуночных труб 4 с навинченными на них пневматическими форсунками 5. Через водяную камеру 2 пропущен патрубок 9 для отвода выпара, а сверху камеры 2 приварен патрубок 12 для подвода деаэрируемой воды. Для предотвращения прямого попадания капель и эжектированных ими десорбированных газов в деаэрированную воду предусмотрена конусообразная отбойная тарелка 7.

Парораспределительное устройство 6 установлено в верхней части деаэрационной колонки и представляет собой кольцевой короб прямоугольного сечения с прорезями в верхнем торце, причем размер прорезей увеличивается по мере удаления от входного патрубка 14. Напротив одной из форсунок 5 на боковой поверхности корпуса 1 приварены патрубки 11 для отбора проб воды и измерения ее температуры по высоте факела, заглушенные резьбовыми пробками.

Для оптимальной работы деаэрационной колонки должны соблюдаться следующие соотношения ее параметров:

отношение высоты H₁ сепарационной трубы 13 к расстоянию Н между нижним основанием корпуса 1 и крышкой 3 лежит в оптимальном интервале величин H₁/H=1÷3;

отношение внутреннего диаметра d₁ чашки 22 резонатора 18 к диаметру d₂ его внешней цилиндрической поверхности лежит в оптимальном интервале величин d₁/d₂=0,7÷0,9;

отношение внутреннего диаметра d₁ чашки 22 резонатора 18 к диаметру d его стержня лежит в оптимальном интервале величин d₁/d=1÷3;

отношение внутреннего диаметра d₁ чашки 22 резонатора 18 к высоте h₁ кольцевого объемного резонатора 18 лежит в оптимальном интервале величин d₁/h₁=1÷2.

Акустическая форсунка содержит корпус 30 с размещенным внутри генератором звуковых колебаний ультразвукового частотного диапазона в виде сопла 16 и кольцевого объемного резонатора 18. Корпус 30 выполнен в виде вертикально расположенной цилиндрической втулки, в верхней части которой расположена трубка 20 для подвода воздуха, а перпендикулярно ее оси расположена трубка 21 для подвода жидкости. Внутри корпуса 30, соосно с ним, жестко закреплена втулка 27 с фланцами верхним 15 и нижним 19, причем нижний фланец 6 жестко зафиксирован в проточке, выполненной в корпусе 30.

Внутри втулки 15, соосно с ней, расположен кольцевой объемный резонатор 18, выполненный в виде чашки 22 с конической поверхностью 24. Чашка 22 запрессована на стержне диаметром d резонатора 18, а в его хвостовой части 17 расположены фиксирующие диски 25 и 26, выполненные в виде упругих лепестков, взаимодействующих с внутренней поверхностью втулки 27. В нижнем фланце 19 расположено по крайней мере одно сопло 23 под углом к оси резонатора 18, величина которого лежит в следующем интервале величин: 20÷40°, причем продолжение оси сопла 23 лежит на окружности, находящейся в средней части конической поверхностью 24. На внутренней поверхности втулки 27 выполнены соосные коническое 28 и цилиндрическое 29 отверстия.

Для оптимальной работы форсунки должны соблюдаться следующие соотношения ее параметров:

отношение высоты h₁ кольцевого объемного резонатора 18 к расстоянию h между верхним основанием конической поверхности 24 и нижней торцевой поверхностью корпуса 30 лежит в оптимальном интервале величин h₁/h=1÷3;

отношение внутреннего диаметра d₁ чашки 22 резонатора 18 к диаметру d₂ его внешней цилиндрической поверхности лежит в оптимальном интервале величин d₁/d₂=0,7÷0,9;

отношение внутреннего диаметра d₁ чашки 22 резонатора 18 к диаметру d его стержня лежит в оптимальном интервале величин d₁/d=1÷3;

отношение внутреннего диаметра d₁ чашки 22 резонатора 18 к высоте h₁ кольцевого объемного резонатора 18 лежит в оптимальном интервале величин d₁/h₁=1÷2.

Деаэрационная колонка работает следующим образом.

В качестве греющей среды используется пар, поступающий из патрубка 14 под давлением 0,12 МПа, а давление выпара деаэрационной колонки составляет 0,6 МПа.

Выпар по патрубку 9 из деаэрационной колонки направляется в охладитель выпара типа ОВПР (на чертежах не показано).

Предлагаемая деаэрационная колонка обеспечивает необходимое качество деаэрации в достаточно широком диапазоне варьирования основных параметров: р_ж=0,07÷0,35 МПа; G_В=20÷60 т/ч. При установке пневматических форсунок 5 производительность деаэрационной колонки возрастает. Присутствие диоксида углерода в деаэрированной воде во всех опытах экспресс-методом не обнаруживается. Удельный расход выпара должен обеспечиваться не ниже 1,5 кг/т, а при использовании охладителей выпара типа ОВПР его целесообразно увеличивать до 10÷20 кг/т.

Акустическая форсунка работает следующим образом.

Распыливающий агент, например воздух, подается по трубке 20, где встречает на своем пути кольцевой объемный резонатор 18. В результате прохождения резонатора 18 распыливающим агентом (например, воздухом) в последнем возникают пульсации давления, создающие акустические колебания, частота которых зависит от параметров резонатора. Акустические колебания распыливающего агента способствуют более тонкому распыливанию жидкости, подаваемой через трубку 21 в сопла 23, откуда она попадает на окружность, находящуюся в средней части конической поверхностью 24 резонатора 18, затем дробится под воздействием акустических колебаний воздуха на мелкие капли, в результате чего образуется факел распыленного раствора с воздухом, корневой угол которого определяется величиной угла наклона конической поверхности 24 резонатора 18.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Деаэратор содержит бак-аккумулятор с конусообразным каплеотбойником и установленную над ним колонку в виде водоструйного эжектора с водоподающим устройством, выполненным в виде равномерно размещенных по сечению колонки акустических форсунок. Каждая из акустических форсунок содержит корпус 30 с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла 23 и резонатора 18, трубок для подвода воздуха 20 и жидкости 21. Соосно корпусу 30 жестко закреплена втулка 27 с верхним 15 и нижним 19 фланцами. Нижний фланец 19 жестко зафиксирован в проточке, выполненной в корпусе 30. Кольцевой объемный резонатор 18 выполнен в виде чашки 22 с конической поверхностью, запрессованной на его стержне. В хвостовой части резонатора 18 расположены фиксирующие диски 25, 26, выполненные в виде упругих лепестков, взаимодействующих с внутренней поверхностью втулки 27. В нижнем фланце 19 расположено, по крайней мере, одно сопло 23 под углом 20÷40° к оси резонатора 18. Продолжение оси сопла 23 лежит на окружности, находящейся в средней части конической поверхности резонатора 18. Технический результат - повышение производительности за счет тонкого распыливания жидкости. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Деаэратор, содержащий бак-аккумулятор с патрубком отсоса неконденсирующихся газов и установленную над ним колонку в виде водоструйного эжектора с водоподающим устройством, выполненным в виде равномерно размещенных по сечению колонки акустических форсунок, и пароподводящим коллектором, выполненным кольцевым и соединенным с колонкой радиальными перемычками, а в баке на выходе из колонки установлен конусообразный каплеотбойник, отличающийся тем, что колонка разделена вертикальными перегородками на секции, последовательно соединенные между собой по парогазовому тракту через сепарационное устройство, причем колонка выполнена, по крайней мере, из двух блоков, включенных параллельно по пару и отводимому газу, а каждая из акустических форсунок содержит корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла и резонатора, трубок для подвода воздуха и жидкости, причем корпус выполнен в виде вертикально расположенной цилиндрической втулки, в верхней части которой расположена трубка для подвода воздуха, а перпендикулярно ее оси расположена трубка для подвода жидкости, причем внутри корпуса соосно ему жестко закреплена втулка с верхним и нижним фланцами, при этом нижний фланец жестко зафиксирован в проточке, выполненной в корпусе, а внутри втулки соосно ей расположен кольцевой объемный резонатор, выполненный в виде чашки с конической поверхностью, при этом чашка запрессована на стержне диаметром d резонатора, а в его хвостовой части расположены фиксирующие диски, выполненные в виде упругих лепестков, взаимодействующих с внутренней поверхностью втулки, а в нижнем фланце расположено, по крайней мере, одно сопло под углом к оси резонатора, величина которого лежит в следующем интервале величин: 20÷40°, при этом продолжение оси сопла лежит на окружности, находящейся в средней части конической поверхности резонатора.

2. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что отношение высоты h₁ кольцевого объемного резонатора к расстоянию h между верхним основанием конической поверхности и нижней торцевой поверхностью корпуса лежит в оптимальном интервале величин: h₁/h=1÷3; отношение внутреннего диаметра d₁ чашки резонатора к диаметру d₂ его внешней цилиндрической поверхности лежит в оптимальном интервале величин: d₁/d₂=0,7÷0,9; отношение внутреннего диаметра d₁ чашки резонатора к диаметру d его стержня лежит в оптимальном интервале величин: d₁/d=1÷3; отношение внутреннего диаметра d₁ чашки резонатора к высоте h₁ кольцевого объемного резонатора, лежит в оптимальном интервале величин: d₁/h₁=1÷2.