EA017976B1 - Способ деаэрации, деаэратор, распылитель для его изготовления (варианты) и применение указанного способа - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к технологии деаэрации воды при помощи деаэраторов распылительного типа. Деаэрацию осуществляют удалением из воды растворенных коррозионно-активных газов, в частности кислорода, что позволяет защитить от коррозии узлы и агрегаты тепловых и атомных электростанций, оборудование химического и фармацевтического производства, трубопроводные системы в промышленности и в коммунальном хозяйстве и другие объекты. Заявленный способ деаэрации воды включает этапы предварительной деаэрации и деаэрации. Предварительную деаэрацию проводят распылением исходной воды с использованием распылителя (1), установленного в верхней части сосуда (2) деаэратора, распыленную воду подвергают нагреву паром приблизительно до температуры насыщения и удаляют выделяющиеся из воды газы с паром через выхлопные патрубки (4). В нижней части сосуда при помощи поперечной перегородки (5) выделяют зону предварительной деаэрации (6), в которую стекает вода после распыления. Удаление из воды растворенных газов в зоне деаэрации (7) осуществляют путем подачи деаэрирующих сред снизу через распределители (8) и (9), расположенные на дне сосуда (2) или в его нижней части, а также пузырьками пара, возникающими в толще воды, благодаря поступлению указанных сред. Для осуществления указанного способа заявлены деаэратор и два варианта распылителей пружинного типа, один из которых подпружинен снизу другим фланцем. Техническим результатом изобретения является улучшение условий тепломассообмена в процессе деаэрации воды, что повышает эффективность заявленного способа и глубину очистки деаэрированной воды от коррозионно-активных газов.

Description

Область техники

Изобретение относится к технологии деаэрации воды при помощи деаэраторов распылительного типа. Деаэрацию воды осуществляют путем удаления из нее растворенных коррозионно-активных газов, в частности кислорода, что позволяет защитить от коррозии узлы и агрегаты тепловых и атомных электростанций, оборудование химического и фармацевтического производства, трубопроводные системы в промышленности и в коммунальном хозяйстве и другие объекты.

Кроме того, предложенный способ деаэрации и оборудование для его осуществления могут найти эффективное применение при модернизации каскадных и тарелочных деаэраторов.

Уровень техники

Известен деаэратор распылительного типа, описанный в патенте И8 4701191, опубликованном 20.10.1987 (заявитель 81отк Ке1ек В.У.). В качестве распылителя указанный деаэратор снабжен дисковым спреем. Дисковый спрей является эффективным средством распыления воды на стадии предварительной деаэрации, однако он менее эффективен, чем пружинные распылители, разработанные при создании заявленного изобретения, поскольку в распылителях пружинного типа легче получить желаемое качество распыления при заданном падении давления, тем самым достигается лучший прогрев жидкости паром. Пружинные распылители более стабильны в работе при изменении расхода жидкости, они более надежны из-за меньшего числа комплектующих элементов, более технологичны в изготовлении и менее материалоемки.

В конструкции указанного в патенте И8 4701191 деаэратора парораспределитель расположен в нижней части сосуда, однако конструкция парораспределителя не содержит гребенки так, что пар подается из отверстий, выполненных на основной трубе. Отсутствие разветвления основной трубы на трубки меньшего диаметра создает малую поверхность контакта воды и поступающего в нее пара.

Из европейского патента ЕР 0920895, опубликованного 08.06.2005, известен способ деаэрации воды и устройство для его осуществления. Способ деаэрации воды включает этап предварительной деаэрации и этап деаэрации. Предварительную деаэрацию проводят распылением исходной воды с использованием распылителя, установленного в верхней части сосуда деаэратора. Распыленную воду подвергают нагреву паром, при этом удаляют выделяющиеся из воды газы с паром через выхлопные патрубки. После распыления вода стекает в нижнюю часть котла, где проводят ее дальнейшую деаэрацию барботированием паром, подаваемым в воду через парораспределительную гребенку, расположенную в основном над поверхностью воды, так что только окончания трубок малого диаметра погружены в воду. Размещение парораспределителя, когда пар подается сверху вниз через окончания трубок, малоэффективно, особенно на начальных стадиях процесса деаэрации, поскольку обеспечивает малую поверхность контакта воды и поступающего в нее пара.

Кроме того, данный способ и конструкция деаэратора осложняются тем, что предусматривают осуществление операции разделения пароводяной смеси на воду и пар, что требует установки в сосуде деаэратора дополнительной сплошной поперечной перегородки в верхней части сосуда, в результате меняются параметры процесса деаэрации и снижается его эффективность. Указанная опция не применяется ни в одном из вариантов заявленного изобретения.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения в части конструкции деаэратора является деаэратор распылительного типа, раскрытый в патенте США И8 5549737, опубликованном 27.08.1996. В патенте также описан способ работы данного устройства. Деаэратор выполнен в виде сосуда, снабженного распылителем, размещенным в верхней части и предназначенным для поступления воды на деаэрацию. Сосуд деаэратора содержит патрубки для ввода деаэрирующих сред и для вывода деаэрированной воды, причем в зоне распыления расположены патрубки выхлопа для удаления парогазовой смеси и водоотбойный экран, по которому распыленная вода стекает в нижнюю часть сосуда. Однако конструкция деаэратора предполагает возможность ввода в сосуд только одной деаэрирующей среды, а именно пара, через парораспределитель, размещенный в верхней части сосуда, выполненный в виде трубы, к которой в поперечном направлении подсоединены трубки меньшего диаметра с отверстиями, так что окончания трубок погружены в воду.

Конструкция гребенки парораспределителя, когда пар подается сверху вниз через окончания трубок, малоэффективна, поскольку обеспечивает слишком малую поверхность контакта воды и поступающего в нее пара. Это приводит к неравномерному прогреву воды по объему, что существенно затрудняет удаление из воды газов, оставшихся после проведения этапа предварительной деаэрации распылением. Чем меньше остается в воде газов, тем ниже скорость деаэрации, поскольку скорость диффузии молекул газов в воде невелика, это существенно замедляет весь процесс. Чтобы интенсифицировать процесс деаэрации, нужно увеличить площадь поверхности раздела жидкой и газовой фаз.

Кроме того, из уровня техники известны полезные модели Китая СИ 201264917 от 01.07.2009 и СИ 2009995970 от 26.12.2007, в которых описаны конструкции дисковых спреев, содержащих корпус в виде перфорированною стакана, образованного кольцами, удерживающими распылительные диски.

Наиболее близкий вариант пружинного распылителя для деаэратора описан в патенте Германии ΌΕ 102005041129, опубликованном 02.09.2010. Указанный распылитель пружинного типа содержит перфорированный цилиндрический корпус, внутри которого расположены поршень и пружина, при этом

- 1 017976 пружина расположена между тыльной стороной поршня и донной частью корпуса. Рабочая поверхность поршня со стороны поступления потока воды выполнена в виде купола конической формы. Недостатком конструкции известного пружинного распылителя является недостаточная устойчивость пружины от перекосов при динамическом воздействии струй воды. Пружинный распылитель, описанный в патенте Германии ΌΕ 102005041129 имеет большие габариты и низкую технологичность в изготовлении, что ограничивает возможности его использования.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи повышения эффективности процесса деаэрации воды и на повышение надежности и эффективности используемого оборудования, а также технологичности изготовления.

Техническим результатом изобретения является улучшение условий тепломассообмена в процессе деаэрации воды, что повышает эффективность заявленного способа и оборудования для его осуществления, а также повышает глубину очистки деаэрированной воды от коррозионно-активных газов.

Указанный технический результат основан на следующих преимуществах заявленной технологии.

Пленки и капли воды, полученные распылителем, нагреваясь паром до температуры насыщения, выделяют кислород и другие газы, а греющий пар имеет свойство конденсироваться на поверхности указанных пленок и капель, вследствие чего требуется лишь малая часть, примерно 0,02-1% от объема поступающего греющего пара для удаления больших объемов газов, благодаря чему исчезает необходимость в использовании охладителей пара, снижаются потери та выпар, улучшается экология.

Уменьшается вероятность повторной аэрации воды в сосуде при сохранении запаса подготовленной воды, так как вода в сосуде деаэратора находится в постоянном контакте с греющими средами. Исключено образование застойных зон, нет необходимости дополнительного подогрева запаса воды.

Возможно использование заявленной технологии деаэрации для широкого интервала разности температур исходной и подготовленной воды. Необходимая разность температур достигается подбором рабочего давления в сосуде.

Предложенная система изогнутых трубок в гребенках распределителей деаэрирующих сред позволяет достичь лучшего контакта пузырьков пара с водой, находящейся в баке, как следствие более равномерного ее прогрева. Кроме того, позволяет осуществлять требуемый прогрев единицы объема жидкости при низких уровнях воды в сосуде, что актуально в процессе запуска и вывода деаэратора на рабочий режим.

Заявленный способ деаэрации и оборудование для его осуществления обеспечивают больший диапазон изменения производительности. Распылитель пружинного типа позволяет получать качественный распыл воды практически от нулевых расходов, а при увеличении расхода размер капель и пленок становится все меньше, что дает лучший эффект обезгаживания и увеличивает перепад давления.

Сосуд, в котором осуществляется деаэрация, одновременно является хранилищем подготовленной воды. Исчезает необходимость разделения устройства на деаэрационную колонку и деаэраторный бак, вследствие чего уменьшаются габариты всего устройства, снижаются затраты на тепловую изоляцию, уменьшается число элементов в трубной обвязке, увеличивается устойчивость конструкции.

Изобретение иллюстрируется следующими фигурами.

На фиг. 1 показан продольный разрез деаэратора распылительного типа, выполненного в виде горизонтально цилиндрического сосуда.

На фиг. 2 показан поперечный разрез деаэратора распылительного типа, представленного на фиг. 1. На фиг. 3 показана изометрия деаэратора распылительного типа, представленного на фиг. 1.

Фиг. 4 показывает деаэратор распылительного типа, выполненный в виде вертикально расположенного цилиндрического сосуда.

Фиг. 5 показывает продольный разрез распылителя пружинного типа в варианте, когда поршень подпружинен снизу.

Фиг. 6 показывает поперечный разрез распылителя, представленного на фиг. 5.

Фиг. 7 показывает продольный разрез распылителя пружинного типа в варианте, когда поршень подпружинен с фланцев.

Фиг. 8 показывает поперечный разрез распылителя, представленного на фиг. 7.

Фиг. 9 показывает использование деаэратора в цикле паротурбинной установки.

Фиг. 10 показывает использование деаэратора в системе тепловодоснабжения.

Сущность изобретения

Заявленный способ деаэрации воды осуществляется с использованием деаэратора распылительного типа, показанного на фиг. 1. Способ деаэрации воды включает в себя этап предварительной деаэрации и этап деаэрации. Предварительную деаэрацию проводят распылением исходной воды с использованием распылителя 1, установленного в верхней части сосуда 2 деаэратора. Распыленную воду 3 подвергают нагреву паром приблизительно до температуры насыщения. Точнее сказать, распыленную воду нагревают паром практически до температуры насыщения, но не выше температуры насыщения. Растворимость газов в воде при температуре насыщения стремится к нулю. Растворенные газы в указанных условиях интенсивно выделяются из распыленной воды и переходят в газовую фазу, после чего их вместе с паром удаляют из сосуда деаэратора через выхлопные патрубки 4. После распыления вода стекает в нижнюю

- 2 017976 часть сосуда, где проводят ее дальнейшую деаэрацию. В нижней части сосуда деаэратора при помощи поперечной перегородки 5 выделяют зону 6 предварительной деаэрации, в которую стекает вода после распыления. Поперечная перегородка 5 отделяет зону 6 предварительной деаэрации от зоны 7 (основной) деаэрации. При этом удаление из воды растворенных газов в зоне 7 деаэрации осуществляют путем подачи деаэрирующих сред (например, пара и горячей воды) снизу через распределители 8 и 9, расположенные на дне сосуда или в его нижней части, а также пузырьками пара, возникающими в толще воды, благодаря поступлению указанных сред. В варианте, показанном на фиг. 1, распределитель 8 предназначен для ввода горячей ила перегретой воды, а распределитель 9 предназначен для введения пара или перегретого пара.

При реализации заявленного способа на этапе предварительной деаэрации используют распылитель

1, позволяющий тонко диспергировать воду на пленки и капли. Благодаря большой удельной поверхности раздела фаз и малому диффузионному пути, который должны преодолеть молекулы газа для перехода в газовую фазу, десорбция растворенных газов из пленок и капель происходит с высокой скоростью. Причем, чем меньше капли и чем тоньше пленки, т.е. чем тоньше распыл, тем лучше проходит процесс предварительной деаэрации.

Для улучшения условий прогрева паром диспергированной воды радиус зоны распыления ограничивают экраном 10, направляющим потоки пара к выхлопным патрубкам 4 через зону распыления.

На этапе основной деаэрации в качестве деаэрирующих сред используют горячую воду или пар, или перегретый пар, или перегретую воду, пропуская их через толщу воды, накапливающуюся в нижней части сосуда деаэратора.

Отличительной особенностью заявленного способа деаэрации является то, что в качестве деаэрирующих сред предусматривается возможность совместно использовать горячую воду и пар, или перегретый пар и перегретую воду, или различные их комбинации. Комбинированное использование нескольких деаэрирующих сред существенно интенсифицирует процесс деаэрации.

Для увеличения площади контакта воды с деаэрирующими средами при изготовлении распределителя используют трубки 11 и 12 изогнутой формы, как показано на фиг. 2 и 3. Из них подают пар, перегретую воду и т.п. в толщу деаэрируемой воды. При этом происходит улучшение условий тепломассообмена между водой и деаэрирующими средами, что в наибольшей степени проявляется на начальном этапе процесса деаэрации при низком уровне воды в сосуде деаэратора.

Деаэрированную воду выводят из сосуда 2 через патрубок 13, расположенный в нижней части сосуда, дополнительно отделенной от зоны деаэрации поперечной перегородкой 14, установленной для создания подпора воды в зоне деаэрации.

Кроме того, в сосуде деаэратора создают дополнительный подпор воды размещением в патрубке 13 или ниже в выводящей трубе клапанов или завихрителей, или конфузоров.

Для повышения производительности заявленного способа операцию предварительной деаэрации могут проводить одновременно на нескольких распылителях, которые дополнительно устанавливают в зоне предварительной деаэрации или создают для каждого распылителя собственную зону предварительной деаэрации.

В другом варианте для повышения производительности деаэрацию могут проводить одновременно в двух или более параллелью соединенных сосудах.

В качестве распылителя в заявленном способе преимущественно используют распылитель пружинного типа, хотя не исключается вариант использования в некоторых случаях и распылителя, выполненного в виде дискового спрея.

В качестве оборудования для реализации заявленного способа используется деаэратор распылительного типа.

Деаэратор выполнен в виде сосуда 2, снабженного распылителем 1, размещенным в патрубке в верхней части указанного сосуда, предназначенным для ввода воды на деаэрацию. Деаэратор содержит патрубки 15, 16 для ввода деаэрирующих сред и патрубок 13 для вывода деаэрированной воды. В зоне распыления расположены патрубки 4 для выхлопа (для удаления парогазовой смеси). Кроме того, сосуд 2 деаэратора снабжен по меньшей мере одной поперечной перегородкой 5, отделяющей зону предварительной деаэрации 6 от зоны деаэрации 7. Распылитель 1 расположен в зоне предварительной деаэрации 6. Ввод по меньшей мере одной из деаэрирующих сред осуществляется в нижней части через распределитель 8, размещенный в донной части сосуда, выполненный в виде трубы, к которой в поперечном направлении подсоединены трубки 11, 12 меньшего диаметра с отверстиями. Перегородка 5, отделяющая зону предварительной деаэрации 6, выполнена выше рабочего уровня воды 17 с просветом в верхней части для прохода пара.

Деаэратор заявленной конструкции рассчитывается так, чтобы сосуд деаэратора имел возможность совмещать в себе функцию полезного объема для хранения деаэрированной воды. Таким образом, сосуд

2, в котором осуществляется деаэрация, одновременно является хранилищем подготовленной воды. В сравнении с каскадными деаэраторами в заявленной конструкции исчезает необходимость разделения устройства на деаэрационную колонку и деаэраторный бак, вследствие чего уменьшаются габариты устройства, снижаются затраты на тепловую изоляцию, уменьшается число элементов в трубной обвязке,

- 3 017976 увеличивается устойчивость конструкции.

В конструкцию заявленного деаэратора входит поперечная перегородка 5, которая установлена с зазорами по отношению к внутренним стенкам сосуда и/или выполнена с прорезями для прохода воды между зонами 6 и 7. Зазоры получаются вследствие того, что перегородка прилегает к цилиндрической поверхности сосуда 2 не плотно, кроме того, имеются вырезы под распределители 8 и 9. Основная функция перегородки 5 - непосредственно разделять указанные зоны. Т.е. из распылителя вода стекает в зону предварительной деаэрации 6 и какое-то время там задерживается. Благодаря этой же перегородке 5 вода из зоны окончательной деаэрации 7 практически не перетекает обратно. Через нее выше уровня воды в обратном направлении проходит только пар и попадает в зону предварительной деаэрации, где проходит через распыл 3. Перегородка 5 создает подпор воды в зоне предварительной деаэрации, не позволяет воде с разной степенью содержания кислорода перемешиваться, что повышает эффективность работы устройства в целом.

Для ограничения зоны распыления в верхней части сосуда деаэратора вокруг распылителя 1 установлен экран 10. Указанный экран 10 выполнен в форме цилиндрической водоотбойной юбки. Его функция состоит в том, чтобы направлять пар на выхлоп через распыл воды, а распыленную воду направлять в нижнюю часть сосуда в зону, отделенную перегородкой 5.

Конструкция заявленного деаэратора предусматривает ввод в него в качестве деаэрирующих сред горячей воды или пара, или перегретого пара, или перегретой воды. При этом предполагается возможность совместного ввода в него горячей воды, например, через патрубок 16 и пара или перегретого пара через патрубок 15 или иная комбинации, для этого деаэратор снабжают двумя параллельными распределителями 8 и 9, размещенными один над другим в нижней части сосуда 2.

Как показано на фиг. 2 и 3, трубки меньшего диаметра 11 и 12, подсоединенные к распределителям 8 и 9, выполнены изогнутыми, окончания трубок расположено ниже рабочего уровня воды 17. При этом изогнутые трубки 11 и 12 малого диаметра расположены приблизительно эквидистантно внутренней поверхности котла.

Показанный на фиг. 1 деаэратор выполнен в виде горизонтально установленного цилиндрического сосуда 2, а распределители 8 и 9 деаэрирующих сред выполнены в виде продольных сварных гребенок, при этом изогнутые трубки меньшего диаметра 11 и 12 выполнены дугообразной формы и расположены приблизительно концентрично внутренней цилиндрической поверхности сосуда.

Деаэратор может содержать дополнительную поперечную перегородку 14, отделяющую зону деаэрации 7 от зоны вывода деаэрированной воды, а патрубок 13 для вывода деаэрированной воды расположен в нижней части сосуда за указанной перегородкой.

Деаэратор снабжен датчиками давления (на чертеже не показаны), предохранительными клапанами (на чертеже не показаны), патрубками 18 контроля перелива воды, указателями уровня воды, резервными патрубками и люком 19.

Деаэратор заявленной конструкции может быть снабжен одним или несколькими дополнительными распылителями, установленными в зоне предварительной деаэрации.

Деаэратор может быть выполнен в виде вертикально расположенного цилиндрического сосуда, например, как показано на фиг. 4, или в виде сосуда нецилиндрической формы.

В предпочтительном варианте деаэратор заявленной конструкции снабжен распылителем 1 пружинного типа. Но в альтернативном варианте распылитель 1 может быть выполнен в виде дискового спрея.

При изготовлении деаэратора сосуд 2, перегородки 5 и 14, экран 10 и распределители 8 и 9 выполняют преимущественно из углеродистой стали, а распылитель 1 изготавливают из нержавеющей стали.

Распылители пружинного типа показаны на фиг 5-8.

На фиг. 5 представлен поперечный разрез распылителя пружинного типа, содержащий перфорированный цилиндрический корпус 20, внутри которого расположены поршень 21 и пружина 22, которые размещены на центральной оси 23 распылителя, закрепленной в донной и в верхней части корпуса 20, при этом пружина 22 расположена между тыльной стороной поршня 21 и донной частью 24 корпуса. Центральная ось 23 распылителя закреплена в верхней части корпуса при помощи завихрителя 25.

Завихритель 25 размещен на входе в распылитель и служит для закручивания потока воды и ограничения хода поршня 21.

Указанный завихритель 25 выполнен в виде двух концентричных колец 26 и 27, причем внешнее кольцо 26 закреплено на корпусе распылителя, а внутреннее кольцо 27 надето на ось 23 распылителя, указанные кольца соединены между собой радиальными лопастями 28, расположенными с наклоном по отношению к оси 23.

Поршень 21 распылителя со стороны поступления потока воды снабжен куполом 29 конической формы.

Перфорация корпуса распылителя выполнена в виде отверстий 30 или в виде прорезей.

Указанная перфорация может быть выполнена в виде отверстий 30, проточенных перпендикулярно к боковой цилиндрической поверхности корпуса 20, или в виде отверстий, проточенных под наклоном (не перпендикулярно) к боковой цилиндрической поверхности.

- 4 017976

Донная часть 24 корпуса распылителя выполняется со сквозными прорезями.

Другой вариант распылителя, подпружиненного с фланцев, показан на фиг. 7 и 8. Распылитель содержит цилиндрический корпус 31, внутри которого расположены поршень 32 и пружина 33. Поршень 32 выполнен в форме стакана с перфорированной цилиндрической боковой поверхностью и снабжен фланцем 34 на верхней кромке. На внутренней стороне боковой поверхности корпуса распылителя выполнен уступ 35, при этом пружина 33 размещена в зазоре, ограниченном сверху фланцем 34 поршня, а снизу указанным уступом 35. На дне 36 поршня размещен конический купол 37, обращенный вершиной в направлении поступления потока воды.

Уступ 35 выполняют в виде проточки корпуса или в виде втулки, приваренной к корпусу распылителя. Возможны и другие варианты конструктивного изготовления уступа 35.

На входе в распылитель установлен завихритель 38 для закручивания потока воды и ограничения хода поршня 32.

Завихритель 38 выполнен в виде кольца 39, закрепленного на корпусе 31 распылителя, а на внутренней боковой поверхности кольца радиально расположены наклонные лопасти 40.

Перфорация 41 цилиндрической боковой поверхности поршня выполнена в виде прорезей или отверстий, проточенных перпендикулярно или под наклоном к его боковой цилиндрической поверхности.

Заявленный способ деаэрации и оборудование для его осуществления могут найти применение для подготовки воды для тепловой электростанции или для подготовки воды для атомной электростанции.

Заявленный способ деаэрации и оборудование для его осуществления могут найти применение для подготовки воды для химического или для фармацевтического производства.

Заявленный способ деаэрации и оборудование для его осуществления могут найти применение для промышленной водоподготовки.

Заявленный способ деаэрации и оборудование для его осуществления могут найти применение для системы водоподготовки для коммунального хозяйства.

Заявленный способ деаэрации и оборудование для его осуществления могут найти применение при производстве бумаги.

Другим вариантом применения заявленного способа деаэрации является модернизация каскадных (тарелочных) деаэраторов.

При осуществлении заявленного способа деаэратор работает следующим образом.

Исходная вода подается в сосуд 2 для деаэрации через распылитель 1 и диспергируется (распыляется) в виде пленок и капель 3, тем самым улучшается тепломассообмен между греющим паром и исходной водой. Зона распыления преимущественно ограничивается экраном 10. Указанный экран 10 не используется в случае изготовления небольших (малогабаритных) деаэраторов. Непосредственно из зоны распыления, а также с внутренней поверхности стенок экрана 10 вода стекает в рабочий объем нижней части сосуда деаэратора.

В зоне предварительной деаэрации 6 пар, образованный деаэрирующими средами, проходит через распыл исходной воды в объеме, ограниченном экраном 10, тем самым нагревает диспергированную воду практически до температуры насыщения или близкой к ней. Растворимость кислорода в такой воде падает до нуля. Проходящий пар вместе с удаленным кислородом и другими газами (воздухом) уходит через патрубки 4. Патрубки выхода паровоздушной смеси 4 располагаются внутри экрана 10. Патрубки 4 сообщаются с атмосферой (зоной меньшего давления, чем в сосуде), создавая градиент давления, который заставляет паровоздушную смесь проходить через распыл воды.

Через зазоры между перегородкой 5 и сосудом 2 вода попадает в зону 7 (основной) деаэрации, где происходит окончательное удаление растворенного в ней воздуха деаэрирующими средами.

Перегородка 14 служит для подпора воды в зонах предварительной деаэрации и деаэрации. Прошедшая через перегородку 14 вода удаляется через патрубок 13.

Деаэрирующая среда, выбранная из группы, включающей пар, перегретый пар, горячую воду, перегретую воду и любые комбинации перечисленных сред, попадают в объем сосуда деаэратора через гребенки парораспределителя 9 (парообразные среды) и/или распределителя горячей воды 8 (жидкие среды). Трубки 11 и 12 с отверстиями гребенок 8 и 9 имеют изогнутую форму, в частности форму дуги, для увеличения площади контакта деаэрирующих сред, поступающих через указанные отверстия, с деаэрируемой водой при любом уровне воды в сосуде 2, что особенно актуально в первые моменты запуска деаэратора.

Распылители пружинного типа работают следующим образом.

Распылитель, показанный на фиг. 5, 6, имеет поршень 21 и пружину 22, надетые на ось 23, установленную концентрично с поршнем 21 и корпусом 20. Распылитель устанавливается в патрубок деаэратора в зоне предварительной деаэрации. Поступающая вода закручивается с помощью завихрителя 25. Упругий элемент - пружина 22 сжимается под воздействием напора воды на величину, позволяющую поршню 21 открыть необходимое число отверстий 30, проходя через которые вода диспергируется, образуя пленки и капли.

- 5 017976

Купол 29 позволяет избежать нежелательных гидродинамических явлений в центре потока воды рядом с поршнем, делает поля давлений и скоростей более равномерными, что приводит к уменьшению перепада давления и более равномерным гидродинамическим параметрам во всех работающих отверстиях 30.

Распылитель, показанный на фиг. 7, 8, имеет поршень 32, подпружиненный через фланец 34. Купол 37 в таком случае крепится к крышке поршня 36, а отверстия 41 вырезаются на цилиндрической поверхности самого поршня. Распылитель устанавливается в патрубок деаэратора в зоне предварительной деаэрации 6. Поступающая вода закручивается с помощью завихрителя 38. Пружина 33 сжимается под воздействием напора воды. Поршень 32 выдвигается из корпуса 31 на величину, позволяющую открыть необходимое число отверстий 41 на его боковой поверхности, проходя через которые вода диспергируется, образуя пленки и капли.

Пример 1.

Технология деаэрации может использоваться в работе паротурбинной установки. В частности, предложенная конструкция деаэратора может быть встроена в систему регенеративного подогрева питательной воды паротурбинной установки. Схема размещения деаэратора представлена на фиг. 9.

Как показано на схеме, на вход деаэратора 42 через распылитель 43 поступает конденсат из подогревателя низкого давления 44. В гребенку парораспределителя 45 пар попадает из нерегулируемых отборов паровой турбины 46. Пройдя цикл деаэрации, из выходного патрубка 47 через питательный насос 48 деаэрированная вода поступает в подогреватель высокого давления 49, из которого поступает в котельный аппарат 50. Образуется свежий пар, который в турбине 46 совершает механическую работу, затем поступает в конденсатор 51, из которого при помощи конденсаторного насоса 52 попадает в подогреватель низкого давления 44.

Аналогичным образом деаэратор распылительного типа может быть использован в парогазовой установке, а также других установках, где в качестве рабочего тела используется вода, в различных ее агрегатных состояниях.

По сравнению с каскадными (тарельчатыми) деаэраторами использование деаэратора распылительного типа в паротурбинных установках позволяет достичь ряда преимуществ: уменьшения габаритов оборудования, снижения потерь на выпар, лучшего эффекта деаэрации, что делает предложенную технологию привлекательной в качестве варианта для модернизации указанных устаревших типов деаэраторов.

С турбинными установками целесообразно использовать деаэраторы с высокими рабочими давлениями. Деаэратор распылительного типа позволяет успешно работать на достаточно высоких давлениях (более 1,2 МПа), что улучшает развитие регенеративного цикла в области ПНД, а в области ПВД делает цикл менее развитым, как следствие, удешевляет данную установку.

Для предложенной конструкции деаэратора в цикле паротурбинной установки характерны следующие параметры. В деаэратор поступает 14 т/ч пара из отбора турбины с давлением 1,27 МПа при температуре 267°С. Давление в деаэраторе составляет 0,6 МПа, температура, до которой подогревается вода 159°С. В таком случае из деаэратора в ПВД будет поступать 220 т/ч воды. При увеличении давления и в деаэраторе до 1,2 МПа и температуры до 188°С соответственно выход из деаэратора составит 233 т/ч. Такие характеристики вполне соответствуют реально существующим паротурбинным установкам.

Таким образом, предложенная конструкция может встраиваться в цикл любых тепловых расширительных машин.

Пример 2.

Использование деаэраторов распылительного типа заявленной конструкции в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения позволяет избежать недостатков атмосферных деаэраторов и деаэраторов повышенного давления.

Возможная схема размещения деаэратора показана на фиг. 10. Исходная вода из городской сети 53 подается в систему химической водоочистки 54, откуда поступает в распылитель 55 деаэратора 56. После цикла деаэрации через выходной патрубок 57 вода посредством насоса 58 попадает в нагреватель 59. На выходе из нагревателя 59 вода уходит обратно в городскую сеть 53, а часть ее отбирается в подогреватель деаэрирующей среды 60, откуда в виде пара или воды с более высокой температурой поступает в гребенку деаэратора 61.

При наличии других источников горячей воды и/или пара возможна их подача в деаэратор без подогревателя 60. Также возможен подбор термодинамических параметров таким образом, что вода на выходе из деаэратора имеет температуру, нужную потребителю, что исключает из схемы подогреватель 59.

Использование деаэраторов распылительного типа позволяет избежать включения в схему дополнительных емкостей для сбора и хранения подготовленной воды, уменьшить число элементов в трубной обвязке, исключить элементы, работающие на недеаэрированной воде, что приводит к снижению коррозии в указанном оборудовании и трубах.

Возможна работа деаэраторов предложенной конструкции как с небольшой производительностью от 10 кг/ч, так с большой производительностью до 2000 т/ч в едином устройстве. Физический принцип работы распылителя не накладывает ограничений на количество жидкости, которую можно диспергиро

- 6 017976 вать (распылять) должным образом в единицу времени. Подбором диаметра распылителя, количества, вида расположения отверстий и прорезей, а также жесткости пружины достигается требуемый вид распыла при заданном расходе. Верхний предел производительности распылителя определяется конструктивными ограничениями и свойствами материала, из которого он изготовлен. При очень больших потоках (более 2000 т/ч), за счет увеличения толщины стенок и диаметра проволоки пружины устройство становится неоправданно тяжелым, ухудшается технологичность и устойчивость. Но дальнейшего увеличения производительности можно достигнуть установкой нескольких распылителей с меньшим максимальным потоком.

С точки зрения процесса деаэрации также можно обрабатывать как малые, так и большие объемы воды в единицу времени. Существенным будет время нахождения воды в объеме сосуда с гребенками от момента ее впрыска до покидания деаэратора. Это накладывает некоторые ограничения на подбор объема сосуда (бака) деаэратора и производительность. Эффект удаления газов будет приемлемым при запасе воды в деаэраторе начиная от 3-5 мин после начала работы. Но регламентированные стандартами и требуемые технологическими нуждами объемы воды в баке дают лучший эффект дегазации. Варианты изготовления распылителей с различной величиной производительности, а также их совмещение с полезными объемами сосудов деаэраторов представлены в таблице.

Варианты тепломассового баланса для схемы, представленной на фиг. 10 в случае потребления 10000 т деаэрированной воды в 1 ч, следующие.

Исходная вода поступает при температуре 85°С. Для получения воды 105°С потребуется создать в сосуде давление 1,1 бар. При использовании перегретой воды из подогревателя 60 с температурой 170°С ее расход составит 3010 т/ч. Если в качестве греющей среды использовать пар от стороннего источника, то расход пара с температурой 130°С составит 367 т/ч.

При данной температуре исходной воды согласно закону Генри содержание кислорода в ней составляет 10 мг/л, а содержание кислорода после деаэратора составит не более 0,05 мкг/л. Потери на выпар при таких давлениях менее 10 кг/ч.

Пример 3.

Использование технологии деаэрации в системах химического производства, производства бумаги, нефтепереработки и других производств приводит к снижению коррозии элементов трубопроводов и иного оборудования, а также используется для защиты элементов оборудования от кавитации и воздушных пузырей и для получения очищенной от растворенных в воде газов, что особенно актуально в любом химическом (нефтехимическом, фармацевтическом) производстве, где нормируется содержание примесей.

В бумагоделательном производстве наличие растворенных в воде газов приводит к различным дефектам бумаги: вспениванию, пятнам, проколам, неравномерности толщины листа и т.д. Устранение указанных дефектов достигается при деаэрации воды.

Таким образом, заявленный деаэратор может быть встроен в цикл практически любого производства. Простейший вариант показан на фиг. 10. При этом может быть использован сторонний источник деаэрирующих сред либо использованы пар, горячая вода, перегретый пар и т.д. из установок, составляющих технологическую линию.

Варианты изготовления пружинных распылителей с различной величиной производительности, а также их совмещение с полезными объемами сосудов деаэраторов

Наименование распылителей	Диапазон производительности, (т/ч)	С оотвегству ющая номинальная производительность согласно ГОСТ И860-88, (т/ч)	Рекомендуемые полезные объемы, (м3)
Χ3,Υ3	0-120	1;3; 5; 15; 25; 50; 100	1-100
Х5, Υ5	100-550	200; 225; 300; 400	8-120
Х7, Υ7	500-1200	800; 1000	50 и более
Х9, Υ9	500-2000	1060; 1200	65 и более
2 и более распылителя	Более 2000	2060; 2800	100 и более

Примечание: наименование X соответствует распылителям пружинного типа с завихрителем, Υ - без завихрителя.

Claims (50)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Деаэратор, выполненный в виде сосуда, снабженного распылителем, размещенным в его верхней части и предназначенным для ввода воды на деаэрацию, содержащий патрубки для ввода деаэрирующих сред и для вывода деаэрированной воды, при этом в зоне распыления расположены патрубки выхлопа для удаления парогазовой смеси, отличающийся тем, что сосуд деаэратора снабжен по меньшей мере одной поперечной перегородкой, отделяющей зону предварительной деаэрации от зоны деаэрации, распылитель расположен в зоне предварительной деаэрации, ввод по меньшей мере одной из деаэрирующих сред осуществляется через распределитель, размещенный в донной части сосуда, выполненный в виде трубы, к которой в поперечном направлении подсоединены трубки меньшего диаметра с отверстиями, причем перегородка, отделяющая зону предварительной деаэрации, выполнена выше рабочего уровня воды с просветом в верхней части для прохода пара.
2. 2. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что сосуд деаэратора выполнен с возможностью совмещать в себе функцию полезного объема для хранения деаэрированной воды.
3. 3. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что перегородка, отделяющая зону предварительной деаэрации, установлена с зазорами по отношению к внутренним стенкам сосуда и/или с прорезями для прохода воды.
4. 4. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен вводом для горячей воды или пара либо перегретого пара или перегретой воды, используемых в качестве деаэрирующих сред.
5. 5. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью совместного ввода в него горячей воды и пара или перегретого пара и перегретой воды либо их комбинации, используемых в качестве деаэрирующих сред, для этого деаэратор снабжают параллельными распределителями, размещенными один над другим в нижней части сосуда.
6. 6. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что для ограничения зоны распыления вокруг распылителя в верхней части сосуда установлен экран.
7. 7. Деаэратор по п.6, отличающийся тем, что экран выполнен в форме цилиндрической водоотбойной юбки.
8. 8. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что трубки меньшего диаметра, подсоединенные к распределителю, выполнены изогнутыми.
9. 9. Деаэратор по п.8, отличающийся тем, что трубки меньшего диаметра, подсоединенные к распределителю, выполнены так, что окончание трубок расположено ниже рабочего уровня воды.
10. 10. Деаэратор по п.8, отличающийся тем, что изогнутые трубки меньшего диаметра расположены приблизительно эквидистантно внутренней поверхности сосуда.
11. 11. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в виде горизонтально установленного цилиндрического сосуда, а распределитель деаэрирующих сред выполнен в виде продольной сварной гребенки, при этом изогнутые трубки меньшего диаметра выполнены дугообразной формы и расположены концентрично внутренней цилиндрической поверхности сосуда.
12. 12. Деаэратор по любому из пп.1 или 11, отличающийся тем, что он содержит дополнительную поперечную перегородку, отделяющую зону деаэрации от зоны вывода деаэрированной воды, а патрубок для вывода деаэрированной воды расположен в нижней части сосуда за указанной перегородкой.
13. 13. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен датчиками давления, предохранительными клапанами, патрубками контроля перелива воды, указателями уровня воды, резервными патрубками и люком.
14. 14. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен одним или несколькими дополнительными распылителями, установленными в зоне предварительной деаэрации.
15. 15. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в виде вертикально расположенного цилиндрического сосуда.
16. 16. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен распылителем пружинного типа.
17. 17. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен распылителем, выполненным в виде дискового спрея.
18. 18. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что сосуд, перегородки, экран и распределители выполнены преимущественно из углеродистой стали, а распылитель выполнен из нержавеющей стали.
19. 19. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен распылителем пружинного типа, содержащим перфорированный цилиндрический корпус, внутри которого расположены поршень и пружина, причем поршень и пружина размещены на центральной оси распылителя, закрепленной в донной и в верхней части корпуса, при этом пружина расположена между тыльной стороной поршня и донной частью корпуса.
20. 20. Деаэратор по п.19, отличающийся тем, что центральная ось распылителя закреплена в верхней части корпуса при помощи завихрителя.
21. 21. Деаэратор по п.19, отличающийся тем, что на входе в распылитель размещен завихритель, установленный с возможностью ограничения хода поршня и для закручивания потока воды.

    - 8 017976
22. 22. Деаэратор по п.21, отличающийся тем, что завихритель распылителя выполнен в виде двух концентричных колец, причем внешнее кольцо закреплено на корпусе распылителя, а внутреннее кольцо надето на ось распылителя, указанные кольца соединены между собой радиальными лопастями, расположенными с наклоном по отношению к оси.
23. 23. Деаэратор по п.19, отличающийся тем, что поршень распылителя со стороны поступления потока воды снабжен куполом конической формы.
24. 24. Деаэратор по п.19, отличающийся тем, что перфорация корпуса распылителя выполнена в виде отверстий или прорезей.
25. 25. Деаэратор по п.24, отличающийся тем, что перфорация корпуса выполнена в виде отверстий, проточенных перпендикулярно к его боковой цилиндрической поверхности.
26. 26. Деаэратор по п.24, отличающийся тем, что перфорация корпуса распылителя выполнена в виде отверстий, проточенных не перпендикулярно к его боковой цилиндрической поверхности.
27. 27. Деаэратор по п.19, отличающийся тем, что донная часть корпуса распылителя содержит сквозные прорези.
28. 28. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен распылителем пружинного типа, содержащим цилиндрический корпус, внутри которого расположены поршень и пружина, причем поршень выполнен в форме стакана с фланцем на верхней кромке, стакан выполнен с перфорированной цилиндрической боковой поверхностью, а на внутренней стороне боковой поверхности корпуса выполнен уступ, при этом пружина размещена в зазоре, ограниченном сверху фланцем поршня, а снизу - указанным уступом.
29. 29. Деаэратор по п.28, отличающийся тем, что на дне поршня распылителя размещен конический купол, обращенный вершиной в направлении поступления потока воды.
30. 30. Деаэратор по п.28, отличающийся тем, что на входе в распылитель установлен завихритель для закручивания потока воды и для ограничения хода поршня.
31. 31. Деаэратор по п.30, отличающийся тем, что завихритель выполнен в виде кольца, закрепленного на корпусе распылителя, а на внутренней боковой поверхности кольца радиально расположены наклонные лопасти.
32. 32. Деаэратор по п.28, отличающийся тем, что перфорация цилиндрической боковой поверхности поршня распылителя выполнена в виде прорезей или отверстий, проточенных перпендикулярно или под наклоном к его боковой цилиндрической поверхности.
33. 33. Способ деаэрации воды, включающий предварительную деаэрацию исходной воды распылением с использованием распылителя, установленного в верхней части сосуда деаэратора, нагрев распыленной воды паром приблизительно до температуры насыщения и удаление из деаэратора выделяющихся из воды газов вместе с паром через выхлопные патрубки, направление воды после распыления в нижнюю часть сосуда деаэратора, где проводят ее дальнейшую деаэрацию, отличающийся тем, что деаэрацию воды проводят с использованием деаэратора по п.1, в котором в нижней части сосуда при помощи поперечной перегородки выделяют зону предварительной деаэрации, куда направляют воду после распыления, при этом удаление из воды растворенных газов в зоне деаэрации осуществляют путем подачи деаэрирующих сред в толщу воды снизу через распределители, расположенные на дне сосуда или в его нижней части, а также пузырьками пара, возникающими в толще воды, благодаря подаче в толщу воды указанных сред.
34. 34. Способ по п.33, отличающийся тем, что на этапе предварительной деаэрации используют распылитель, позволяющий диспергировать воду на пленки и капли.
35. 35. Способ по п.33, отличающийся тем, что в качестве деаэрирующих сред используют горячую воду или пар либо перегретый пар или перегретую воду.
36. 36. Способ по п.33, отличающийся тем, что в качестве деаэрирующих сред совместно используют горячую воду и пар, или перегретый пар и перегретую воду, или различные их комбинации.
37. 37. Способ по п.33, отличающийся тем, что периметр зоны распыления ограничивают экраном, направляющим потоки пара к выхлопным патрубкам через зону распыления.
38. 38. Способ по п.33, отличающийся тем, что для увеличения площади контакта воды с деаэрирующими средами их подают из распределителя в толщу воды по изогнутым трубкам.
39. 39. Способ по п.33, отличающийся тем, что в сосуде деаэратора создают дополнительный подпор воды путем установки в трубе для вывода деаэрированной воды клапанов, или завихрителей, или конфузоров.
40. 40. Способ по п.33, отличающийся тем, что деаэрированную воду выводят через патрубок, расположенный в нижней части сосуда, дополнительно отделенный от зоны деаэрации поперечной перегородкой, установленной для создания подпора воды в зоне деаэрации.
41. 41. Способ по п.33, отличающийся тем, что для повышения производительности операцию предварительной деаэрации проводят одновременно на нескольких распылителях, которые дополнительно устанавливают в зоне предварительной деаэрации или создают для каждого распылителя собственную зону предварительной деаэрации.
42. 42. Способ по п.33, отличающийся тем, что для повышения производительности деаэрацию прово

    - 9 017976 дят одновременно в двух или более параллельно соединенных сосудах.
43. 43. Способ по п.33, отличающийся тем, что в качестве распылителя используют распылитель пружинного типа.
44. 44. Способ по п.33, отличающийся тем, что в качестве распылителя используют распылитель, выполненный в виде дискового спрея.
45. 45. Способ по п.33, отличающийся тем, что деаэрации подвергают воду для тепловой электростанции.
46. 46. Способ по п.33, отличающийся тем, что деаэрации подвергают воду для атомной электростанции.
47. 47. Способ по п.33, отличающийся тем, что деаэрации подвергают воду для химического или фармацевтического производства.
48. 48. Способ по п.33, отличающийся тем, что деаэрацию проводят при промышленной водоподготовке.
49. 49. Способ по п.33, отличающийся тем, что деаэрацию проводят в системах водоподготовки коммунального хозяйства.
50. 50. Способ по п.33, отличающийся тем, что деаэрацию проводят при производстве бумаги.