ДЕАЭРАЦИОННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2009 года по МПК F22D1/50 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для термической деаэрации подпиточной воды тепловых сетей, а также для получения конденсата (обессоленной воды) для паровых котлов из выпара сетевых деаэраторов.

Наибольшее распространение в энергетике России для деаэрации подпиточной воды теплосети получили атмосферные деаэраторы струйного и струйно-барботажного типа ДА и ДСА и вакуумные деаэраторы типа ДВ и ДСВ (см. Л.1. стр.49, рис. 23 и рис.24. И.И.Оликер «Термическая деаэрация воды в отопительно-производственных котельных и тепловых сетях». Издательство литературы по строительству. Ленинград, 1972) и струйно-барботажного типа (Л.1, стр.54, 55, рис. 27, 28).

Деаэрационные установки струйно-барботажного типа имеют много недостатков, приводящих к их неудовлетворительной работе:

1. Требуют большого удельного выпара. При нормативном выпаре (1,5-2,0 кг на тонну деаэрированной воды для атмосферных деаэраторов и 5 кг/т.д.в. - для вакуумных) резко падает качество деаэрации.

2. Требуют обязательной подачи в деаэратор пара на барботаж. Не могут работать на «начальном эффекте» (без подачи деаэрирующей среды). При этом конденсат, образованный при конденсации греющего пара, уходит в теплосеть и пропадает для использования в паровых котлах, и его приходится компенсировать дорогостоящей обессоленной водой.

3. Имеют малую глубину регулирования производительности.

4. Имеют большую металлоемкость.

5. При пуске наблюдаются сильные гидроудары.

6. Для конденсации водяных паров, содержащихся в выпаре, используются поверхностные теплообменники (охладители выпара (ОВ)). Коэффициент теплопередачи через стенку поверхностей нагрева -ОВ в 2000 раз ниже, чем при прямом контакте пара с водой (чем в контактных охладителях выпара - ОВК). Латунные трубки ОВ выходят из строя от коррозии за 3-4 года, и деаэраторы работают с выбросом выпара в атмосферу, теряя тепло.

Применяются, но достаточно редко, форсуночные деаэраторы, работающие на «начальном эффекте», когда в паровом пространстве емкости разбрызгивается через форсунки деаэрируемая вода, перегретая выше температуры кипения при установившемся давлении в емкости. Однако такие деаэраторы имеют малую глубину регулирования нагрузок и частое забивание форсунок. Например, на ТЭЦ-3 г.Омска при средней подпитке теплосети 1800 т/ч (максимальной подпитке - 3500 т/ч) установлено шесть форсуночных деаэраторов атмосферного типа, работающих на «начальном эффекте». Форсунки демонтированы из-за частого забивания. Воду перед деаэратором нагревают в поверхностных подогревателях до 107-110°С. При общей нагрузке шести деаэраторов 2000 т/ч и более содержание кислорода в деаэрированной воде выше нормы.

Большинство из этих недостатков устранены в двухступенчатых деаэрационных установках, использующих центробежно-вихревые деаэраторы (ЦВД) в качестве первой ступени и в качестве второй ступени - капельные деаэраторы, представляющие собой диспергирующие устройства, расположенными в верхней части бака-аккумулятора деаэрированной воды (см. Л.2. Патент РФ №1454781 «Деаэрационная установка», где в качестве первой ступени используется деаэратор, защищенный патентом РФ №2131555 (Л.3), или Л.4 - Патент РФ №2151341 «Деаэратор», в котором центробежно-вихревой деаэратор и капельный деаэратор совмещены в одном блоке, Л.5 «Деаэрационная установка» Патент РФ №2242672, статьи в журналах Л.6 «Промышленная энергетика», №11 за 1999 г., стр.11-14, «Новости теплоснабжения», №1 за 2001 г., стр.28, журнал «Энергетик», №4 за 2000 г., стр. 28-29, «Новости теплоснабжения», №1 за 2006 г.).

Эти деаэраторы могут работать на «начальном эффекте» (без подачи пара на барботаж) как в атмосферном, так и в вакуумном режимах, если деаэрируемую воду перегреть выше температуры кипения.

Например, на ТЭЦ-9 г.Ангарска («Иркутскэнкерго») реконструированы согласно указанным изобретениям сетевые деаэраторы производительностью 500 т/ч (2 шт.) и 1200 т/ч (1 шт.), работающие в атмосферном режиме. Воду нагревают в поверхностных теплообменниках до 106°С и пропускают через деаэратор. Вода вскипает, дает выпар и остывает до 102°С, освобождаясь от агрессивных газов. Выпар из атмосферных деаэраторов подается в вакуумные деаэраторы в качестве рабочего пара для нагрева деаэрируемой воды. На ТЭЦ-5 г.Новосибирска («Новосибирсэнерго») сетевая деаэрационная установка на 1200 т/ч, состоявшая из трех деаэраторов ДСА-400, ранее работавшая неудовлетворительно из-за недостатка греющего пара на барботаж, была реконструирована по указанным изобретениям и переведена в вакуумный режим работы. После реконструкции установка стала работать на «начальном эффекте» за счет ее предварительного нагрева до 80°C в поверхностных теплообменниках. Образующийся выпар конденсируется в поверхностном теплообменнике. Конденсат из поверхностных охладителей выпара сливался в баки-аккумуляторы деаэрированной воды и терялся для ТЭЦ.

На ТЭЦ-1 г.Йошкар-Ола сетевая деаэрационная установка атмосферного типа реконструирована согласно патенту РФ №2242672. В ней охлаждающая вода вместе с конденсатом выпара подается из контактного охладителя выпара (ОВК) в центробежно-вихревой деаэратор (ЦВД). Конденсат выпара, являющийся ценной обессоленной водой для паровых котлов, теряется для ТЭЦ, попадая в теплосеть. Контактный охладитель выпара более эффективен, чем поверхностный, так как коэффициент теплопередачи при конденсации пара контактным способом в 2000 раз выше, чем при теплопередаче через поверхность нагрева.

В качестве прототипа выбрана деаэрационная установка, защищенная патентом РФ №2242672, в которой полностью воплощена и формула патента №1454781. Эта установка широко используется при работе в атмосферном и в вакуумном режимах.

Прототип имеет в качестве первой ступени центробежно-вихревой деаэратор (ЦВД) с подводящими трубопроводами деаэрируемой (исходной) воды, предварительно нагреваемой в поверхностном теплообменнике (деаэратор может работать без подачи деаэрирующей среды - на «начальном эффекте», если деаэрируемая вода перегрета выше температуры насыщения при данном абсолютном давлении в деаэрационной установке), бак-аккумулятор деаэрированной воды, в верхней (паровой) части которого расположено в качестве второй ступени диспергирующее устройство (капельный деаэратор КД), контактный охладитель выпара (ОВК), трубопроводы отвода выпара (парогазовой смеси) из бака и из ЦВД в ОВК, трубопроводы подвода к ОВК охлаждающей воды, трубопровод отвода нагретой охлаждающей воды из ОВК, соединенный с ЦВД через водоструйный эжектор, трубопровод отвода деаэрированной воды из бака-аккумулятора, трубопровод отвода неконденсируемых газов из ОВК.

Недостатком этой деаэрационной установки является то, что конденсат, образующийся от конденсации паров выпара, снова попадает в деаэратор и далее в тепловую сеть и не используется для паровых котлов, нуждающихся в обессоленной воде.

Целью настоящего изобретения является устранение указанного недостатка и создание такой сетевой деаэрационной установки с контактным охладителем выпара, которая бы не только деаэрировала подпиточную воду теплосети, но и выдавала конденсат для паровых котлов, то есть являлась бы испарителем-генератором конденсата (обессоленной воды) для питания паровых котлов.

Указанная цель достигается тем, что деаэрационная установка содержит бак-аккумулятор деаэрированной воды, центробежно-вихревой деаэратор, являющийся первой ступенью установки, капельный деаэратор, являющийся второй ступенью установки, отводящий трубопровод деаэрированной воды из бака-аккумулятора, контактный охладитель выпара с подводящим патрубком охлаждающей воды и отводящим патрубком смеси охлаждающей воды и образовавшегося конденсата выпара, с патрубками подвода выпара от бака-аккумулятора и от центробежно-вихревого деаэратора, с патрубком отвода выпара из контактного охладителя выпара, соединенным с атмосферой или с отсасывающим патрубком эжектора или вакуумного насоса. Отводящий патрубок смеси охлаждающей воды и образовавшегося конденсата выпара от контактного охладителя выпара соединен трубопроводом с баком сбора охлаждающей воды, снабженным циркуляционным насосом, всасывающий патрубок которого присоединен к упомянутому баку, а нагнетательный присоединен трубопроводом к подводящему патрубку охлаждающей воды контактного охладителя выпара, причем в рассечку отводящего трубопровода из контактного охладителя выпара или подводящего трубопровода к нему установлен теплообменник-охладитель охлаждающей воды,

Бак сбора охлаждающей воды может иметь переливной трубопровод, соединенный с конденсатным баком.

Нагнетательный трубопровод циркуляционного насоса может иметь отводящий трубопровод отвода излишков образовавшегося конденсата выпара, а на трубопроводе отвода излишков конденсата установлен клапан, регулирующий уровень воды в баке сбора охлаждающей воды.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена схема деаэрационной установки.

Деаэрационная установка имеет бак-аккумулятор деаэрированной воды 1, центробежно-вихревой деаэратор 2 (ЦВД), капельный деаэратор 3 (диспергирующее устройство), контактный охладитель выпара 4 (ОВК), являющийся контактным конденсатором водяных паров выпара, подогреватель исходной воды 5 второй или третьей ступени, регулятор 6 уровня воды в баке 1, трубопровод исходной (деаэрируемой) воды 7, теплообменник 8 - охладитель охлаждающей воды (охлаждающего конденсата), он же подогреватель исходной воды первой ступени, который может быть установлен на опускном трубопроводе 17 или на подъемном 16, бак 9 сбора охлаждающей воды (конденсата), соединенный с атмосферой вестовой трубой 24 или открытым люком, циркуляционный насос 10 охлаждающей воды (конденсата), трубопровод отбора конденсата 11 с клапаном 12, регулирующим уровень воды в баке 9, переливной трубопровод 13, соединенный с конденсатным баком (установка трубопровода 11 с клапаном 12 не обязательны, если в баке сбора конденсата имеется свой регулятор уровня воды), патрубок 14 отвода выпара из бака 1, патрубок 15 отвода выпара из ЦВД, 16, 17 - циркуляционные трубопроводы охлаждающей воды (конденсата), 18 - стакан для приема охлаждающей воды (конденсата), 19 - вестовая труба на ОВК, соединенная с атмосферой, 20 - труба отвода неконденсируемых газов в эжектор (только при работе в вакуумном режиме), труба 21 наполнения бака 9 конденсатом или химочищенной водой при пуске. По трубе 22 деаэрированная вода отбирается из бака 1. На трубе 22 при работе в атмосферном режиме может быть установлен охладитель деаэрированной воды 23, через который проходит деаэрированная вода на подпитку теплосети или в аккумуляторный бак. Вестовая (дыхательная) труба 24 на баке 9 служит для отвода остатков газов, выделяющихся из конденсата в баке 9, 25 - насос деаэрированной воды.

Работа установки в атмосферном режиме осуществляется следующим образом.

Исходная (деаэрируемая) вода поступает по трубопроводу 7 через теплообменник 8 (охладитель конденсата), где частично нагревается и охлаждает рабочую (охлаждающую) воду (конденсат). Далее исходная вода нагревается в подогревателях 23 и 5 до температуры выше 100°C (до 107-130°С) и поступает в центробежно-вихревой деаэратор 2 (ЦВД), где приобретает вращательное движение с границей раздела фаз и вскипает, охлаждаясь. Далее вода поступает в капельный деаэратор 3 (КД), где приобретает вращательное движение и, выходя из отверстий КД, разбрызгивается на мелкие капли, охлаждается, дает выпар и стекает в бак 1. Температура воды снижается до 102-104°С, давление в баке 1 устанавливает 0,1-0,2 кгс/см². Выпар из ЦВД удаляется по патрубку 15, а из бака 1 - по патрубку 14 в ОВК (4), где водяные пары конденсируются путем прямого контакта с охлаждающей водой (охлаждающей водой является конденсат). Если бак 9 заполнить не конденсатом, а химочищенной водой, то через некоторое время она будет замещена конденсатом выпара. Неконденсируемые газы удаляются по трубе 19 в атмосферу или по трубе 20 в эжектор, а конденсат вместе с охлаждающей водой поступает в бак 9 по трубе 17 через теплообменник 8. Циркуляционный насос 10 создает непрерывную циркуляцию конденсата из бака 9 по трубопроводу 16 в ОВК (4), по трубопроводу 17 через теплообменник 8 в бак 9. Для лучшего удаления газов в баке 9 имеется переливной стакан для приема охлаждающей воды (конденсата) 18. Количество конденсата непрерывно прибывает, и он отводится через переливной трубопровод 13 в конденсатный бак или через трубопровод 11 и клапан 12, регулирующий уровень воды, если конденсат направляется непосредственно в котловой деаэратор.

Образование замкнутой циркуляционной системы, связанной с ОВК и имеющей теплообменник-охладитель циркулирующей охлаждающей воды, позволяет собирать в баке образовавшийся из выпара конденсат, охлаждать его и использовать в качестве конденсирующего хладагента (охлаждающей воды) в ОВК, отводя излишки потребителям обессоленной воды. Вместо потерь дефицитного конденсата, которые происходят в сетевых струйно-барботажных деаэраторах, получают источник конденсата, могущего быть используемым для питания паровых котлов и на другие нужды. Сетевой деаэратор становится генератором конденсата. Контактный охладитель выпара позволяет производить конденсат в больших количествах. Перегрев деаэрируемой воды на каждые 10°C выше температуры кипения в деаэраторе позволяет получить 16 кг конденсата с каждой тонны деаэрированной воды.

Установка предназначена для деаэрации и может быть использована в теплоэнергетике. Деаэрационная установка содержит бак-аккумулятор деаэрированной воды, центробежно-вихревой деаэратор, являющийся первой ступенью установки, капельный деаэратор, являющийся второй ступенью установки, отводящий трубопровод деаэрированной воды из бака-аккумулятора, контактный охладитель выпара с подводящим патрубком охлаждающей воды и отводящим патрубком смеси охлаждающей воды и образовавшегося конденсата выпара, с патрубками подвода выпара от бака-аккумулятора и от центробежно-вихревого деаэратора, с патрубком отвода выпара из контактного охладителя выпара, соединенным с атмосферой или с отсасывающим патрубком эжектора или вакуумного насоса. Отводящий патрубок смеси охлаждающей воды и образовавшегося конденсата выпара от контактного охладителя выпара соединен трубопроводом с баком сбора охлаждающей воды, снабженным циркуляционным насосом, всасывающий патрубок которого присоединен к упомянутому баку. Нагнетательный патрубок присоединен трубопроводом к подводящему патрубку охлаждающей воды контактного охладителя выпара. В рассечку отводящего трубопровода из контактного охладителя выпара или подводящего трубопровода к нему установлен теплообменник-охладитель охлаждающей воды. Изобретение обеспечивает получение деаэрированной воды и конденсата для питания паровых котлов или на другие нужды. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Деаэрационная установка, содержащая бак-аккумулятор деаэрированной воды, центробежно-вихревой деаэратор, являющийся первой ступенью установки, капельный деаэратор, являющийся второй ступенью установки, отводящий трубопровод деаэрированной воды из бака-аккумулятора, контактный охладитель выпара с подводящим патрубком охлаждающей воды и отводящим патрубком смеси охлаждающей воды и образовавшегося конденсата выпара, с патрубками подвода выпара от бака-аккумулятора и от центробежно-вихревого деаэратора, с патрубком отвода выпара из контактного охладителя выпара, соединенным с атмосферой или с отсасывающим патрубком эжектора или вакуумного насоса, отличающийся тем, что отводящий патрубок смеси охлаждающей воды и образовавшегося конденсата выпара от контактного охладителя выпара соединен трубопроводом с баком сбора охлаждающей воды, снабженным циркуляционным насосом, всасывающий патрубок которого присоединен к упомянутому баку, а нагнетательный присоединен трубопроводом к подводящему патрубку охлаждающей воды контактного охладителя выпара, причем в рассечку отводящего трубопровода из контактного охладителя выпара или подводящего трубопровода к нему установлен теплообменник-охладитель охлаждающей воды.

2. Деаэрационная установка по п.1, отличающаяся тем, что бак сбора охлаждающей воды имеет переливной трубопровод, соединенный с конденсатным баком.

3. Деаэрационная установка по п.1, отличающаяся тем, что нагнетательный трубопровод циркуляционного насоса имеет отводящий трубопровод отвода излишков образовавшегося конденсата выпара, а на трубопроводе отвода излишков конденсата установлен клапан, регулирующий уровень воды в баке сбора охлаждающей воды.