NL9002521A - Sproei-ontgasser. - Google Patents

Description

Sproei-ontqasser

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een sproei-ontgasser voor het verwijderen van gas uit een vloeistof, die omvat: i) een ketel; ii) tenminste één sproeier die is aangesloten op een vloeistoftoevoer voor het in de ketel als een sproei-scherm versproeien van de te ontgassen vloeistof; iii) een damptoevoer voor de dampfase van de vloeistof; iv) een afvoer voor uit de vloeistof verwijderd gas; en v) een afvoer voor ontgaste vloeistof.

Met name heeft de uitvinding betrekking op een sproei-ontgasser voor het verwijderen van zuurstof uit water.

Immers, zuurstof is een belangrijke factor die corrosie in stoomketels en turbines tot gevolg kan hebben. Met name doet zich het corrosieprobleem voor wanneer gewerkt wordt bij hoge temperaturen en drukken. Met behulp van een ontgasser dient het zuurstofgehalte in het water te worden teruggebracht tot in het algemeen minder dan 10 ppb, bij voorkeur tot minder dan 5 ppb.

Bij een bekende sproei-ontgasser wordt de vloeistof in twee stappen ontdaan van gas. Een eerste stap is de zogenaamde "scrub"-stap, waarbij stoom en water bij in het algemeen evenwichtstemperatuur en -druk in contact worden gebracht, waarbij de stoom een zeer lage zuurstof partiaalspanning heeft. Met deze stoom wordt het water ontgast. De tweede stap is de "verwarmingsstap", waarin nagenoeg alle stoom condenseert in water dat als een sproeischerm wordt versproeid, waarbij het water wordt gebracht op de evenwichtstemperatuur. Een klein deel van de stoom wordt met behulp van de vrijgemaakte, onder deze omstandigheden niet-condenserende gassen via een afvoer afgevoerd (zie "Deaerating boiler feed water -The theoretical background" door G.S. Solt en W. Wiemer, en "The Stork spray type deaerator: design, development and experience" door W. Wiemer en G.S. Solt in Symposium on

Degassing, 15 juni 1978, pagina 49-56, respectievelijk 57-70) .

Het zal duidelijk zijn dat de hoogte van de partiële zuurstofdruk in de ruimte boven het sproeischerm de werking van de sproei-ontgasser bepaalt. Een verbetering van de ontgassende werking kan worden verkregen door een verdere verlaging van de partiële zuurstofdruk aldaar, hetgeen echter een vergroting van de af te blazen hoeveelheid stoom vereist, hetgeen gepaard gaat met grotere warmteverliezen.

Bij verder onderzoek aan een sproei-ontgasser is gebleken, dat de partiële zuurstofdruk van stoom die door het O , sproeischerm heen treedt plaatsafhankelijk is. De temperatuur in het sproeischerm neemt namelijk toe vanaf de plaats waar het sproeischerm wordt gevormd als gevolg van de condensatie van daardoorheen tredende stoom. Stoom die treedt door het sproeischerm bij een lagere temperatuur zal na het doortreden van het sproeischerm rijker zijn aan zuurstof dan stoom die het sproeischerm bij een hogere temperatuur doortreedt. Door het afgescheiden opvangen van de relatief met zuurstof verrijkte stoom en deze vervolgens af te blazen, kan enerzijds bij een gelijke hoeveelheid afgeblazen stoom de ontgassende werking van de sproei-ontgasser worden verbeterd en daarmee een diepere ontgassing worden verkregen, terwijl anderzijds voor eenzelfde mate van ontgassing kan worden volstaan met het afblazen van een geringere hoeveelheid stoom en daarmee worden warmteverliezen verminderd.

Een sproei-ontgasser volgens de uitvinding wordt dan ook gekenmerkt door scheidingsmiddelen die boven het sproeischerm en daaraan grenzend in de ketel een compartiment afschermen, waarop de gasafvoer aansluit.

Opgemerkt wordt, dat ook stoom die op een warmere plaats door het sproeischerm is getreden dit compartiment kan bereiken door opnieuw radiaal in tegenstroom door een kouder wordend sproeischerm te passeren en bereikt als gevolg van verdere condensatie verrijkt met zuurstof het compartiment.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm omgeeft het compartiment de sproeier.

In een praktische uitvoeringsvorm omvatten de schei-dingsmiddelen een compartimentwand, die zich vanaf een ketel-wand uitstrekt tot aan het sproeischerm.

Indien bij voorkeur de compartimentwand aan zijn naar het sproeischerm gerichte vrije einde is voorzien van een voet, die zich langs het sproeischerm uitstrekt, wordt de passage van stoom radiaal in tegenstroom door het sproeischerm naar het compartiment toe verlengd, hetgeen gekoppeld is aan een verdere verrijking met zuurstof. Bij voorkeur strekt de voet zich tot buiten het compartiment uit.

Aangezien het sproeischerm een laagste temperatuur bezit direct na het verlaten van de sproeier, en daardoor stoom die op deze plaats het sproeischerm passeert maximaal verrijkt is met zuurstof, verdient het verder voorkeur dat het compartiment op geringe afstand van de sproeier is gelegen.

Indien een het sproeischerm aan zijn omtrek begrenzende spatplaat of spatplaten ontbreken, of indien bij voorkeur de radiaal door het sproeischerm heen toetredende stoom verder moet worden verrijkt met zuurstof, kan het voordelig zijn indien de ontgasser naast het eerste compartiment nog een tweede compartiment bevat, dat eveneens grenst aan het sproeischerm en anderzijds aan het eerste compartiment.

Om constructieve redenen heeft het voorkeur dat het tweede compartiment het eerste compartiment omgeeft.

Genoemde en andere kenmerken van een sproei-ontgasser volgens de uitvinding zullen hierna beter begrepen worden uit de navolgende beschrijving van een aantal niet-limitatieve uitvoeringsvoorbeelden van sproei-ontgassers volgens de uitvinding die slechts bij wijze van voorbeeld worden gegeven en waartoe de uitvinding geenszins is beperkt. Met betrekking tot deze uitvoeringsvoorbeelden wordt verwezen naar de tekeningen, waarin figuur 1 een stroomschema is voor een elektriciteitscentrale waarin een sproei-ontgasser volgens de uitvinding is opgenomen; figuur 2 een perspectivisch, deels weggebroken aanzicht van een sproei-ontgasser volgens de uitvinding uit figuur 1 is; figuur 3 is een doorsnede over de lijn III-III uit figuur 2; figuur 4, 5 en 7 met figuur 3 overeenkomende doorsneden van andere uitvoeringsvormen; en figuur 6 een perspectivisch aanzicht van een variant van detail VI uit figuur 2.

Figuur 1 toont een stroomschema voor een elektriciteitscentrale die omvat een stoomketel 1, een turbine 2, een condensor 3, een lagedruk verwarmingseenheid 4 die met de condensor 3 is verbonden via een pomp 5, en een hogedruk verwarmingseenheid 6 die van ontgast water wordt voorzien via de pomp 7.

De sproei-ontgasser 8 volgens de uitvinding is gelegen tussen de lagedruk verwarmingseenheid 4 en de pomp 7.

De sproei-ontgasser 8 (zie figuur 2) omvat een ketel 9 die gedeeelteijk is gevuld met vloeistof 10, in dit geval water. Tot in het water 10 reiken stoompijpen 11 die in het in het water uitstekende deel daarvan zijn voorzien van gaten waaruit stoom tot in de vloeistof treedt. De stoompijpen 11 zijn verbonden met een stoomleiding 13 die is aangesloten op een damptoevoer 14, in dit geval een stoomtoevoer 14, die is verbonden met de turbine 2.

De ketel 9 is verder voorzien van sproeimiddelen 15 die een op zich bekende sproeier 16 omvatten, waarmee een aantal boven elkaar gelegen sproeischermen 17 worden gevormd. De sproeimiddelen 15 omvatten verder een toevoer 18 voor te ontgassen vloeistof, die is verbonden met de lagedruk verwarmingseenheid 4.

Verder is de ketel 9 voorzien van een afvoer 19 voor ontgaste vloeistof, en tenslotte van afvoeren 20 voor het naar de atmosfeer afvoeren van verwijderd gas. Tenslotte is het mogelijk om via de leiding 121 condensaat uit de hogedruk verwarmingseenheid 6 terug te voeren naar de ontgasser 8.

De sproei-ontgasser 8 volgens de uitvinding zal meer in detail worden besproken aan de hand van figuur 3.

Met behulp van de sproeier 16 worden een aantal sproeischermen 17 opgewekt die aan hun omtrek zijn begrensd door een spatscherm 21 en daaraan aangebrachte concentrische spatringen 22 en 23, vanwaar het water neervalt.

Met behulp van scheidingsmiddelen 24 volgens de uitvinding, in dit geval met behulp van een compartimentwand 25 die reikt tot aan het bovenste sproeischerm 26 zonder daarmee in hoofdzaak in contact te treden, wordt van de ruimte boven de sproeischermen een compartiment 27 afgescheiden. In dit compartiment 27 monden de afvoeren 20 voor uit de vloeistof verwijderd gas uit. Stoom 24 die is geïnjecteerd via de stoompijpen 11, kan direct na het passeren van de sproeischermen 17,26 het compartiment 27 bereiken. Stoom 28 die via de warmere sproeischermdelen in de resterende ruimte 29 is geraakt, kan indirect het compartiment 27 bereiken door onder de compartimentwand 25 door de koudere sproeischermen volgens de pijl 30 heen te gaan. Aldus geraakt in het compartiment 27 stoom die relatief rijk is aan uit de vloeistof verwijderd gas, in dit geval zuurstof.

Figuur 4 toont een ontgasser 31 volgens de uitvinding. In dit geval omvatten de sproeimiddelen 24 volgens de uitvinding een compartimentwand 32 die rondom de sproeier 16 het compartiment 27 afscheidt, en aan zijn naar de sproeischermen 17,26 toegekeerde einde 33 is voorzien van een voet 34 die zich langs het sproeischerm 26 uitstrekt in en tot buiten het compartiment 27, terwijl in hoofdzaak niet het sproeischerm 26 wordt beroerd. Aldus wordt stoom die volgens de pijl 30 indirect het compartiment 27 betreedt gedwongen een langere weg door koudere sproeistraaldelen te kiezen.

Figuur 5 toont een sproei-ontgasser 135 volgens de uitvinding in zijn meest eenvoudige vorm. In dit geval ontbreken middelen voor het begrenzen van de sproeischennen 17 en 26, met name het spatscherm 21 en de spatringen 22 en 23. Desondanks kunnen de voordelen volgens de uitvinding verkregen worden, doordat rond de sproeier 16 met behulp van een compartimentwand 35 op korte afstand daaromheen het compartiment 27 is afgeschermd van waaruit uit de vloeistof afgescheiden gas wordt verwijderd via de afvoeren 20.

Figuur 6 toont een andere sproei-ontgasser 36 volgens de uitvinding, waarmee met behulp van de door de scheidingsmiddelen 24 omvatte compartimentwand 25 een compartiment 27 rond de sproeier 16 is afgeschermd. In dit geval omvatten de scheidingsmiddelen 24 volgens de uitvinding een tweede compartimentwand 37, waarmee een tweede compartiment 38 is afgescheiden rondom het eerste compartiment 27. Verder ontbreekt het spatscherm 21, maar zijn spatringen 39, 40 en 41 gehandhaafd. Bij voorkeur wordt slechts gas met een geringe hoeveelheid stoom verwijderd vanuit het compartiment 27. Indien gewenst, is het eveneens mogelijk om met gas verrijkte stoom af te voeren uit het compartiment 38 via de gasafvoeren 42 en 43.

Tenslotte toont figuur 7 een sproei-ontgasser 44 volgens de uitvinding. Het compartiment 45 bezit de vorm van een naar beneden toe open, ringvormige bak 46 die de sproeier 16 omgeeft. De sproeier 16 strekt zich tot door een centrale bakopening 47 heen uit. Een buiten-omtreksrand 48 is aan het vrije einde 49 voorzien van een voet 50. De bak is bevestigd aan de afvoeren 20. Aldus hangt de bak 46 vrij van de ketel 9 boven het sproeischerm 26.

Ofschoon de sproei-ontgasser slechts is beschreven voor het ontgassen van water in combinatie met zijn dampfasestoom, zal het duidelijk zijn dat ook andere vloeistoffen kunnen worden ontgast voor zover gebruik gemaakt kan worden van hun dampfase. Bijvoorbeeld kunnen lagere alcoholen op dezelfde wijze ontgast worden van niet-condenserende gassen, zoals zuurstof, stikstof en dergelijke.

Claims (9)

1. Sproei-ontgasser voor het verwijderen van gas uit een vloeistof, omvattende: i) een ketel; ii) tenminste één sproeier die is aangesloten op een vloeistoftoevoer voor het in de ketel als een sproei-scherm versproeien van de te ontgassen vloeistof; iii) een damptoevoer voor de dampfase van de vloeistof; iv) een afvoer voor uit de vloeistof verwijderd gas, en v) een afvoer voor ontgaste vloeistof. gekenmerkt door scheidingsmiddelen die boven het sproeischerm en daaraan grenzend in de ketel een compartiment afschermen, waarop de gasafvoer aansluit.

2. Ontgasser volgens conclusie 1, waarin het compartiment de sproeier omgeeft.

3. Ontgasser volgens conclusie 1-2, waarin de scheidingsmiddelen een compartimentwand omvatten, die zich vanaf een ketelwand uitstrekt tot aan het sproeischerm.

4. Ontgasser volgens conclusie 1-3, waarin de compartimentwand aan zijn naar het sproeischerm gerichte vrije einde is voorzien van een voet, die zich langs het sproeischerm uitstrekt.

5. Ontgasser volgens conclusie 4, waarin de voet zich tot buiten het compartiment uitstrekt.

6. Ontgasser volgens conclusie 1-5, waarin het compartiment op geringe afstand van de sproeier is gelegen.

7. Ontgasser volgens conclusie 1-6, gekenmerkt door tenminste één ander, door de scheidingsmiddelen omvat tweede compartiment.

8. Ontgasser volgens conclusie 2-7, waarin het tweede compartiment het eerste compartiment omgeeft.

9. Ontgasser volgens één van de voorafgaande conclusies, waarin het compartiment vrijhangend in de ketel is aangebracht.