СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ДЕАЭРАЦИИ ВОДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК C02F1/20 B01D19/00 F22D1/50 C02F103/02 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в малогабаритных отопительных и блочно-модульных котельных для удаления коррозионно-активных газов из питательной воды для паровых и водогрейных котлов, а также подпиточной воды для тепловых сетей.

В настоящее время широко известны из патентной и технической литературы способы и устройства для дегазации воды с помощью абсорбции, адсорбции, десорбции, кроме того, существует несколько способов деаэрации воды: десорбционный, химический и наиболее распространенный термический способ с деаэраторами атмосферного, избыточного давления и вакуумного типа.

Общим для всех типов деаэраторов является то, что дегазацию осуществляют при контакте в деаэраторе обрабатываемой воды и греющей среды - перегретой среды, которую перед подачей в деаэратор нагревают до заданной температуры, а образовавшийся выпар (парогазовую смесь) отводят из деаэратора и конденсируют.

Качество и экономичность, например, вакуумной деаэрации зависит от регулирования температуры греющего агента по величине заданного остаточного содержания растворенного кислорода в деаэрированной воде (RU 2142417, 10.12.1999 г.).

В способе термической деаэрации воды (RU 2233241, С1, 27.07.2004), также расход греющего агента регулируют по заданному остаточному содержанию удаляемых газов, причем величину расхода греющего агента устанавливают исходя из необходимости достижения заданного содержания наиболее трудноудаляемого газа.

Однако проблемой деаэрации является неоптимальная подача греющей среды, в частности, из-за падения давления пара в случае мощного потребителя или понижения температуры воды, при этом качество деаэрации падает, а добавить греющую среду, зачастую, не представляется возможным, поэтому данный способ, не обеспечит высокое качество и экономичность деаэрации.

Для повышения экономичности термической деаэрации за счет поддержания оптимального расхода выпара, в способе деаэрации под избыточным давлением, образовавшийся выпар отводят и конденсируют содержащийся пар, а несконденсированные газы удаляют в атмосферу, при этом регулирование расхода выпара производят пропорционально расходу исходной воды (RU 2241680, 10.12.2004 г.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известного способа, принятого в качестве прототипа, относится то, что в известном способе отсутствуют технологические приемы и режимные условия, обеспечивающие более эффективную дегазацию жидкостей.

В том же патенте на чертеже представлена схема деаэрационной установки, которая является наиболее близкой к предлагаемой. Она содержит деаэратор с трубопроводами исходной воды, греющего пара, деаэрированной воды и выпара, охладителя выпара, регулятор расхода выпара и регулирующий орган. В ней для поддержания оптимального расхода выпара регулирующий орган установлен на трубопроводе выпара между деаэратором и охладителем выпара.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого в качестве прототипа, относится пониженная экономичность термической деаэрации воды из-за того, что в нем, как и во всех приведенных ранее патентах процесс деаэрации ведется по регулировке одного из параметров (путем изменения расхода исходной воды или ее температуры, расхода греющего агента и т.д.), а это только частично улучшает качество и экономичность деаэрации.

Задачей заявляемой группы изобретений является улучшение технологических и эксплуатационных параметров процесса, а значит и повышение экономичности и качества деаэрации воды.

Для получения такого технического результата в предлагаемом способе деаэрации воды, включающем деаэрацию воды при температуре насыщения, отвод газовой фазы и образовавшегося выпара, регулирование расхода которого производят пропорционально расходу исходной воды, с дальнейшей конденсацией пара и удалением несконденсированных газов, в начале задают концентрацию остаточного газа в деаэрированной воде, затем рассчитывают количество выпара по расходу исходной воды и производят регулирование расхода греющей среды по заданному значению выпара и его реальному значению, полученному по цепи обратной связи с указателя расхода выпара, а поддержание оптимального расхода греющей среды обеспечивают по сигналу рассогласования этих значений, при этом формируется управляющий сигнал, регулирующий необходимое количество греющей среды

Отличительными признаками описываемого способа дегазации жидкости является постоянный контроль за основными параметрами теплоэнергетического оборудования и их сопоставление с расчетными до запуска установок.

Для достижения названного технического результата предлагается устройство для термической деаэрации воды, включающее деаэратор с трубопроводами исходной воды и выпара, а также греющей среды и деаэрированной воды с установленными на них датчиками расхода, узел конденсации выпара и газоотделения, трубопровод греющей среды с регулирующим органом, оно включает управляющий контроллер, установленный с возможностью автоматического слежения за всеми параметрами процесса одновременно, и соединенный с датчиками расхода исходной воды и выпара, регулирующим органом для расхода греющей среды, а также узлом конденсации выпара и газоотделения, установленном в рассечку трубопровода исходной воды.

На чертеже схематически изображено устройство для осуществления предложенного способа.

Пример реализации заявленного способа термической деаэрации воды. Были проведены расчеты и опытные испытания на одной из действующих ТЭЦ, где в реальных условиях происходит непрерывное колебание параметров исходной деаэрируемой воды (расхода, температуры) и греющей среды (давления, температуры, энтальпии) - производственный пар отбора турбины. Для обеспечения заданной концентрации кислорода (~10 мкг/л) был установлен режим работы деаэратора с температурой насыщения Т_нас=104,5°С и давлением насыщения Р_нас=1,2 кгс/см² и этот режим поддерживался путем измерения давления выпара в деаэраторе, который должен соответствоват Р_нас. Был проведен расчет потребления (расхода) греющей среды в зависимости от изменения параметров исходной воды и греющей среды, при этом разброс между максимальным и минимальным ее значением составлял до 20 раз. Поскольку основным контролирующим параметром установки является давление выпара, которое мгновенно меняется при изменении температуры среды (в отличие от датчиков температуры, а тем более датчиков кислорода, скорость измерения которых в сотни раз ниже датчика давления), и это позволяет поддерживать процесс деаэрации с помощью микропроцессорного контроллера ОВЕН ПЛК-110 в нужном режиме, а значит и обеспечивать заданное содержание кислорода в деаэрированной воде.

Предлагаемое устройство для деаэрации воды содержит деаэратор 1, с подключенными к нему трубопроводом 2 исходной воды, трубопровом 3 греющей среды, трубопроводом 4 деаэрированной воды, трубопроводом 5 выпара, регулирующий орган 6, установленный на трубопроводе 3 греющей среды, управляющий контроллер 7, соединенный с датчиком 8 расхода исходной воды, расположенном на трубопроводе 2, датчиком 9 расхода выпара, расположенном на трубопроводе 5 выпара и регулирующим органом 6, а также узел 10 конденсации выпара и газоотделения, установленный в рассечку трубопровода 2 исходной воды, с подключенными к нему трубопроводом 5 выпара и трубопроводом 11 вывода неконденсируемых газов.

Устройство работает следующим образом.

Исходную воду подают в деаэратор 1 по трубопроводу 2,греющая среда для подогрева воды до температуры, обеспечивающей процесс деаэрации, вводится по трубопроводу 3. Обработанная в ходе деаэрации вода отводится из деаэратора 1 по трубопроводу 4 деаэрированной воды. Образовавшийся выпар отводят из деаэратора 1 по трубопроводу 5 выпара на узел 10 конденсации выпара с газоотделением, где конденсируют содержащийся в выпаре пар, а неконденсируемые газы удаляются в атмосферу по трубопроводу 11. При этом тепловая энергия конденсации выпара дополнительно подогревает исходную воду, а конденсат вновь поступает на деаэрацию. Регулирование расхода греющей среды производится управляющим контроллером 7 по сигналу рассогласования от заданного значения выпара и реального значения, полученного по цепи обратной связи от связанного с ним датчика 9 расхода выпара, и с помощью регулирующего органа 6, также связанного с управляющим контроллером 7 и расположенного на трубопроводе 3 греющей среды.

Благодаря тому, что расход греющей среды соответствует заданному и реальному значению количества выпара, при реализации предложенных способа и устройства расходуется значительно меньшее количество греющей среды, что позволяет снизить капитальные затраты на деаэрационное оборудование и повысить экономичность термической деаэрации воды.

Кроме того, заявленные способ и устройство возможно применять в котельных различных мощностей и типов тепловых установок (паровые, водогрейные), добиться поддержания стабильного процесса деаэрации и повысить эффективность работы котельной за счет полного возврата и использования тепловой энергии, выделяемой при конденсации выпара.

Изобретения могут быть использованы на тепловых электростанциях, в котельных, а также в нефтедобывающей, нефтехимической промышленности для улавливания углеводородных паров. Способ включает деаэрацию воды при температуре насыщения, отвод газовой фазы и образовавшегося выпара, регулирование расхода выпара пропорционально расходу исходной воды, конденсацию пара и удаление несконденсированных газов. Вначале задают концентрацию остаточного газа в деаэрированной жидкости, рассчитывают количество выпара по расходу исходной воды, проводят регулирование расхода греющей среды по заданному значению выпара и его реальному значению. Оптимальный расход греющей среды обеспечивают по сигналу рассогласования этих значений, и управляющий сигнал регулирует количество греющей среды. Устройство включает деаэратор (1) с трубопроводами исходной воды (2) и выпара (5), а также греющей среды (3) и деаэрированной воды (4) с установленными на них датчиками расхода (8, 9), узел конденсации выпара и газоотделения (10), регулирующий орган (6) на трубопроводе греющей среды (3), управляющий контроллер (7), соединенный с датчиками расхода исходной воды (8) и выпара (9) и регулирующим органом для расхода греющей среды (6), а также узлом конденсации выпара и газоотделения (10), установленным в рассечку трубопровода исходной воды (2). Способ и устройство обеспечивают сокращение количества греющей среды, снижение капитальных затрат на деаэрационное оборудование, повышение экономичности процесса и возможность регулирования производительности установок. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

1. Способ термической деаэрации воды, включающий деаэрацию воды при температуре насыщения, отвод газовой фазы и образовавшегося выпара, регулирование расхода которого производят пропорционально расходу исходной воды, с дальнейшей конденсацией пара и удалением несконденсированных газов, отличающийся тем, что вначале задают концентрацию остаточного газа в деаэрированной жидкости, затем рассчитывают количество выпара по расходу исходной воды и производят регулирование расхода греющей среды по заданному значению выпара и его реальному значению, полученному по цепи обратной связи с указателя расхода выпара, при этом поддержание оптимального расхода греющей среды обеспечивают по сигналу рассогласования этих значений, при этом формируется управляющий сигнал, регулирующий необходимое количество греющей среды.

2. Устройство для термической деаэрации воды, включающее деаэратор с трубопроводами исходной воды и выпара, а также греющей среды и деаэрированной воды с установленными на них датчиками расхода, узел конденсации выпара и газоотделения, регулирующий орган на трубопроводе греющей среды, отличающееся тем, что оно включает управляющий контроллер, установленный с возможностью автоматического слежения за всеми параметрами процесса одновременно и соединенный с датчиками расхода исходной воды и выпара и регулирующим органом для расхода греющей среды, а также узлом конденсации выпара и газоотделения, установленным в рассечку трубопровода исходной воды.