RU111032U1 - Деаэратор распылительного типа и распылитель для его изготовления (варианты) - Google Patents

Abstract

1. Деаэратор распылительного типа, выполненный в виде сосуда, снабженного распылителем, размещенным в верхней части сосуда для ввода воды на деаэрацию, содержащий патрубки для ввода деаэрирующих сред, для вывода деаэрированной воды и выхлопные патрубки для удаления парогазовой смеси, размещенные в зоне распыления, 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 в нижней части сосуда через распределитель, 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. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что сосуд деаэратора выполнен с возможностью совмещать в себе функцию полезного объема для хранения деаэрированной воды. ! 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. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью ввода в сосуд горячей воды, или пара, или перегретого пара, или перегретой воды в качестве деаэрирующих сред. ! 5. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью совместного ввода в сосуд в качестве деаэрирующих сред горячей воды и пара, или перегретого пара и перегретой воды, или их комбин

Description

Полезная модель относится к оборудованию для удаления из воды растворенных газов. Деаэрацию воды осуществляют при помощи деаэраторов распылительного типа. Удаления из воды коррозионно-активных газов, в частности, кислорода, 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, предложенная конструкция деаэраторов, снабженных пружинными распылителями, может найти применение при модернизации каскадных и тарелочных деаэраторов.

Известен деаэратор распылительного типа, описанный в патенте US 4701191, опубликованном 20.10.1987 (заявитель Stork Ketels B.V.). В качестве распылителя указанный деаэратор снабжен дисковым спреером. Дисковый спреер является эффективным средством распыления воды на стадии предварительной деаэрации, однако он менее эффективен, чем пружинные распылители, разработанные при создании заявленной полезной модели, поскольку в распылителях пружинного типа легче получить желаемое качество распыления при заданном падении давления, тем самым достичь лучшего прогрева жидкости паром. Пружинные распылители более стабильны в работе при изменении расхода жидкости и более надежны, благодаря меньшему числу комплектующих деталей, они более технологичны в изготовлении и менее материалоемки.

В деаэраторе, соответствующем упомянутому патенту US 4701191, 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 пара.

Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели в части конструкции деаэратора является деаэратор распылительного типа, раскрытый в патенте США: US 5549737, опубликованном 27.08.1996. Деаэратор выполнен в виде сосуда, снабженного распылителем, размещенным верхней части сосуда 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 гребенки, то есть 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 решить проблему, как увеличить площадь поверхности раздела жидкой и газовой фаз. В заявленной полезной модели указанная проблема успешно преодалевается.

Из уровня техники известны полезные модели Китая CN 201264917 от 01.07.2009 и CN 2009995970 от 26.12.2007, в которых описаны конструкции дисковых спрееров, содержащих корпус в виде перфорированного стакана, образованного кольцами, удерживающими распылительные диски.

Наиболее близкий вариант пружинного распылителя для деаэратора описан в патенте Германии DE 102005041129, опубликованном 02.09.2010. Указанный распылитель пружинного типа содержит перфорированный цилиндрический корпус, внутри которого расположены поршень и пружина, при этом 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 неустойчивость пружины от перекосов при динамическом воздействии струй воды. Кроме того, пружинный распылитель, описанный в патенте Германии DE 102005041129, имеет большие габариты и низкую технологичность в изготовлении, что ограничивает возможности его использования.

Заявленная полезная модель направлена на решение задачи повышение надежности и эффективности оборудования, используемого для деаэрации воды в различных областях техники, а также на повышение технологичности его изготовления.

Техническим результатом является улучшение условий тепломассообмена в процессе деаэрации воды и повышение эффективности работы деаэратора и распылителей.

Заявленное техническое решение иллюстрируется следующими фигурами. На фигуре 1 показан продольный разрез деаэратора распылительного типа, выполненного в виде горизонтально цилиндрического сосуда.

На фигуре 2 показан поперечный разрез деаэратора распылительного типа, представленного на фиг.1.

На фигуре 3 показана изометрия деаэратора распылительного типа, представленного на фиг.1.

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

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

Фигура 6 показывает поперечный разрез распылителя, представленного на фиг.5. Фигура 7 показывает продольный разрез распылителя пружинного типа в варианте, когда поршень подпружинен с фланцев.

Фигура 8 показывает поперечный разрез распылителя, представленного на фиг.7. Фигура 9 показывает использование деаэратора в цикле паротурбинной установки. Фигура 10 показывает использование деаэратора в системе тепловодоснабжения. Заявленный деаэратор распылительного типа в продольном разрезе представлен на фиг.1. Он выполнен в виде сосуда 1, снабженного распылителем 2, размещенным в патрубке в верхней части указанного сосуда 1. Распылитель 2 предназначен для ввода воды в сосуд 1 на деаэрацию. Деаэратор содержит патрубки 3, 4 для ввода деаэрирующих сред и патрубок 5 для вывода деаэрированной воды. В зоне распыления расположены выхлопные патрубки 6 для удаления парогазовой смеси. Кроме того, сосуд 1 деаэратора снабжен по меньшей мере одной поперечной перегородкой 7, отделяющей зону предварительной деаэрации 8 от зоны деаэрации 9. Распылитель 2 расположен в зоне предварительной деаэрации 8. Ввод по меньшей мере одной из деаэрирующих сред осуществляется в нижней части сосуда через распределитель 10, выполненный в виде трубы, к которой в поперечном направлении подсоединены трубки 11, 12 меньшего диаметра с отверстиями. Перегородка 7, отделяющая зону предварительной деаэрации 8, выполнена выше рабочего уровня воды 13 с просветом в верхней части для прохода пара.

Следует отметить, что в данной области техники для обозначения сосуда деаэратора существует несколько общепринятых терминов, таких как «резервуар», «котел», «бак» и другие, которые обозначают один и тот же конструктивный элемент, при этом все указанные и эквивалентные им термины являются приемлемыми в отношении заявленной полезной модели.

Деаэратор заявленной конструкции рассчитывается так, чтобы сосуд 1 деаэратора имел возможность совмещать в себе функцию полезного объема для хранения деаэрированной воды. Таким образом, сосуд 1, в котором осуществляется деаэрация, одновременно является хранилищем подготовленной воды, что повышает надежность работы оборудования, т.к. в случаях аварийного отключения подачи воды в деаэратор он может продолжать питать подключенную к нему систему водоподготовки.

В конструкцию заявленного деаэратора входит поперечная перегородка 7, которая установлена с зазорами по отношению к внутренним стенкам сосуда и/или выполнена с прорезями для прохода воды между зонами 8 и 9. Зазоры получаются вследствие того, что перегородка прилегает к цилиндрической поверхности сосуда 1 не плотно, кроме того имеются вырезы под распределители 10 и 14. Основная функция перегородки 7 - непосредственно разделять указанные зоны 8 и 9. Т.е. из распылителя 2 вода стекает в зону предварительной деаэрации 8 и какое-то время там задерживается. Благодаря этой же перегородке 7 вода из зоны окончательной деаэрации 9, практически, не перетекает обратно. Через нее выше уровня воды в обратном направлении проходит только пар и попадает в зону предварительной деаэрации 8, где проходит через распыляемую воду 15. Перегородка 7 создает подпор воды в зоне предварительной деаэрации 8, не позволяет воде с разной степенью содержания кислорода перемешиваться, что повышает эффективность работы устройства в целом.

Для ограничения зоны распыления в верхней части сосуда 1 деаэратора вокруг распылителя 2 установлен экран 16. Указанный экран 16 выполнен в форме цилиндрической водоотбойной юбки. Его функция состоит в том, чтобы направлять пар на выхлоп через распыл воды 15, а воду после распыления направлять в нижнюю часть сосуда 1 в зону 8, отделенную перегородкой 7.

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 4 и пара или перегретого пара через патрубок 3 или иная комбинации деаэрирующих сред, для этого деаэратор снабжают двумя параллельными распределителями 10 и 14, размещенными один над другим в нижней части сосуда 1.

Как показано на фиг.2 и 3, трубки меньшего диаметра 11 и 12, подсоединенные к распределителям 10 и 14, выполнены изогнутыми, а окончания трубок расположены ниже рабочего уровня воды 13. При этом изогнутые трубки 11 и 12 малого диаметра расположены, приблизительно, эквидистантно внутренней поверхности сосуда 1.

Показанный на фиг.1 деаэратор выполнен в виде горизонтально установленного цилиндрического сосуда 1, а распределители 10 и 14 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 1.

Деаэратор может содержать дополнительную поперечную перегородку 17, отделяющую зону деаэрации 9 от зоны вывода деаэрированной воды, а патрубок 5 для вывода деаэрированной воды расположен в нижней части сосуда 1 за указанной перегородкой 17.

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 или в своих собственных дополнительно выделенных в объеме сосуда 1 зонах предварительной деаэрации.

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

В предпочтительном варианте деаэратор заявленной конструкции снабжен распылителем 2 пружинного типа. Но в альтернативном варианте распылитель 2 может быть выполнен в виде дискового спреера.

При изготовлении деаэратора сосуд 1, перегородки 7 и 17, экран 16 и распределители 10 и 14 выполняют, преимущественно, из углеродистой стали, а распылитель 2 изготавливают из нержавеющей стали.

Распылители пружинного типа показаны на фиг.5-8.

На фиг.5 представлен поперечный разрез распылителя пружинного типа, содержащего перфорированный цилиндрический корпус 20, внутри которого расположены поршень 21 и пружина 22, которые размещены на центральной оси 23, закрепленной в донной и в верхней части корпуса 20 распылителя, 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. Купол может быть выполнен монолитно с поршнем или в виде отдельно изготовленной детали, закрепляемой на поверхности поршня, обращенной навстречу к потоку воды.

Перфорация корпуса 20 распылителя выполнена в виде круглых отверстий 30 или в виде прорезей иной формы.

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 указанной боковой цилиндрической поверхности.

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 либо привинченной 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 форме кольца 39, закрепленного на корпусе 31 распылителя, а на внутренней боковой поверхности кольца радиально расположены наклонные лопасти 40.

Перфорация 41 цилиндрической боковой поверхности поршня 32 выполнена в виде прорезей или отверстий, проточенных перпендикулярно или под наклоном к его боковой цилиндрической поверхности.

Заявленный деаэратор, оснащенный пружинными распылителями, может найти применение для подготовки воды для тепловых электростанций различной мощности или для подготовки воды для атомных электростанций.

Заявленный деаэратор распылительного типа может найти применение для подготовки воды для химического, для фармацевтического производства или для бумагоделательного производства.

Заявленный деаэратор распылительного типа может найти применение в системах промышленной водоподготовки или в системах водоподготовки для коммунального хозяйства.

Деаэратор распылительного типа, соответствующий заявленной полезной модели, работает следующим образом.

Исходная вода подается в сосуд 1 для деаэрации через распылитель 2 и диспергируется (распыляется) в виде пленок и капель 15, тем самым достигается интенсивный тепломассообмен между греющим паром и исходной водой. Зона распыления, преимущественно, ограничивается экраном 16. Указанный экран 16 не используется в случае изготовления небольших (малогабаритных) деаэраторов. Непосредственно из зоны распыления, а также с внутренней поверхности стенок экрана 16 вода стекает в зону 8 и накапливается нижней части сосуда 1 деаэратора.

В зоне предварительной деаэрации 8 пар, образованный деаэрирующими средами, проходит через распыл 15 исходной воды в объеме, ограниченном экраном 16, 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 выхлопные патрубки 6. выхлопные патрубки 6, предназначенные для выхода паровоздушной смеси располагаются внутри экрана 16. Патрубки 6 сообщаются с атмосферой, которая является зоной меньшего давления, чем рабочее давление в сосуде 1. Внутри экрана 16 создается градиент давления, который заставляет паровоздушную смесь проходить через распыл 15 воды.

Через зазоры между перегородкой 7 и стенками сосуда 1 вода попадает в зону 9 (основной) деаэрации, где происходит окончательное удаление растворенного в ней воздуха деаэрирующими средами.

Перегородка 17 служит для подпора воды в зонах предварительной деаэрации 8 и деаэрации 9. Прошедшая через перегородку 17 вода удаляется через патрубок 5.

Деаэрирующая среда, выбранная из группы, включающей пар, перегретый пар, горячую воду, перегретую воду и любые комбинации перечисленных сред, попадают в объем сосуда 1 деаэратора через гребенки парораспределителя 14 (парообразные среды) и/или распределителя горячей воды 10 (жидкие среды). Трубки 11 и 12 с отверстиями гребенок распределителей 10 и 14 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 1, 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 2 устанавливается в патрубок деаэратора в зоне предварительной деаэрации 8. 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 распыл в виде мельчайших пленок и капель.

Купол 29 позволяет избежать нежелательных гидродинамических явлений в центре потока воды рядом с поршнем 21, 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 распыл в виде пленок и капель.

Конструкция заявленного деаэратора обеспечивает получение указанного выше технического результата, заключающегося в улучшении условий тепломассообмена в процессе деаэрации и повышении эффективности работы деаэратора и распылителей, благодаря следующим преимуществам их работы.

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 заявленный деаэратор не нуждается в использовании охладителей пара, кроме того, снижаются потери на выпар, улучшается экология.

Уменьшается вероятность повторной аэрации воды сосуде 1 при сохранении запаса подготовленной воды, так как вода в сосуде 1 деаэратора находится в постоянном контакте с греющими средами, поступающими из распределителей 10 и 14. Исключено образование застойных зон, нет необходимости дополнительного подогрева запаса воды.

Возможно использование заявленного деаэраторного оборудования для широкого интервала разности температур исходной и подготовленной воды. Необходимая разность температур достигается подбором рабочего давления в сосуде 1.

Предложенная система изогнутых трубок 11, 12 в гребенках распределителей 10, 14 деаэрирующих сред позволяет достичь лучшего контакта пузырьков пара с водой, находящейся в сосуде 1, как следствие более равномерного ее прогрева. Кроме того, позволяет осуществлять требуемый прогрев единицы объемы жидкости при низких уровнях воды в сосуде 1, что актуально в процессе запуска и вывода деаэратора на рабочий режим.

Заявленный деаэратор распылительного типа обеспечивает больший диапазон изменения производительности, чем деаэраторы других типов. Установленные в нем распылители пружинного типа позволяют получать качественный распыл воды, практически, от нулевых расходов, до превышающих максимальный расчетный расход на 20-40%. При помощи упругого элемента (пружины), при заданном расходе работает требуемое количество отверстий, обеспечивая однородность распыла во всем расчетном диапазоне. Большие диапазоны производительностей при линейной зависимости перепада давлений от расхода достигаются подбором пружины и габаритами рабочих элементов. При увеличении расхода через распылитель выше максимального расчетного, размер капель становится еще меньше требуемого, эффект деаэрации становится выше, правда также увеличивается перепад давления и возрастает нагрузка на конструкцию, что необходимо учитывать при эксплуатации заявленного устройства.

Кроме того, сосуд 1, в котором осуществляется деаэрация, одновременно является хранилищем подготовленной воды. Исчезает необходимость разделения устройства на деаэрационную колонку и деаэраторный бак, вследствие чего уменьшаются габариты всего деаэраторного оборудования, снижаются затраты на тепловую изоляцию, уменьшается число элементов в трубной обвязке, увеличивается устойчивость конструкции.

Пример 1.

Деаэратор распылительного типа может использоваться в системе водоснабжения паротурбинной установки. В частности, предложенная конструкция деаэратора может быть встроена в систему регенеративного подогрева питательной воды паротурбинной установки. Схема размещения деаэратора для этого случая 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 в 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 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 температуры 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 показано на фиг.10. Исходная вода из городской сети подается на вход 53 и проходит 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. После нагревателя 59 вода уходит на выход 60 и попадает обратно в городскую сеть, а перед этим часть воды отбирается в подогреватель деаэрирующей среды 61, откуда в виде пара или воды с более высокой температурой поступает гребенку деаэратора 62.

При наличии других источников горячей воды и/или пара возможна их подача в деаэратор без подогревателя 61. Так же 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 диспергировать (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 воды. 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, тем не менее, 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 на 3-5 минут работы. Варианты изготовления распылителей с различной величиной производительности, а также их совмещение с полезными объемами сосудов деаэраторов представлены в таблице 1.

Варианты тепломассового баланса для схемы установки деаэратора, показанной на фиг.10, в случае потребления 10000 тонн деаэрированной воды в час, получаются следующие. Исходная вода поступает при температуре 85°С. Для получения воды с температурой 105°С потребуется создать в сосуде деаэратора давление 1,1 Бар. При использовании перегретой воды из подогревателя 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 деаэраторов распылительного типа в системах химического производства, производства бумаги, в нефтепереработке и в других производствах приводит к снижению коррозии элементов трубопроводов и иного оборудования, а также позволяет защитить элементы оборудования от кавитации и воздушных пузырей и получить очищенную от растворенных газов воду, 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 деаэрирующий сред, либо использованы пар, горячая вода, перегретый пар и т.д. из установок, составляющих технологическую линию.

Таблица 1
Варианты изготовления пружинных распылителей с различной величиной производительности, а также их совмещение полезными объемами сосудов деаэраторов
Наименование распылителей	Диапазон производительности, (т/ч)	Соответствующая номинальная производительность согласно ГОСТ 16860-88, (т/ч)	Рекомендуемые полезные объемы, (м3)
X3,Y3	0-120	1;3;5;15;25;50; 100	1-100
X5,Y5	100-550	200; 225; 300; 400	8-120
X7,Y7	500-1200	800; 1000	50 и более
X9.Y9	500-2000	1000; 1200	65 и более
2 и более распылителя	Более 2000	2000; 2800	100 и более
Примечание: наименование Х соответствует распылителям пружинного типа с завихрителем, Y - без завихрителя.

Claims (32)

1. Деаэратор распылительного типа, выполненный в виде сосуда, снабженного распылителем, размещенным в верхней части сосуда для ввода воды на деаэрацию, содержащий патрубки для ввода деаэрирующих сред, для вывода деаэрированной воды и выхлопные патрубки для удаления парогазовой смеси, размещенные в зоне распыления, 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 в нижней части сосуда через распределитель, 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. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что сосуд деаэратора выполнен с возможностью совмещать в себе функцию полезного объема для хранения деаэрированной воды.

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. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью ввода в сосуд горячей воды, или пара, или перегретого пара, или перегретой воды в качестве деаэрирующих сред.

5. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью совместного ввода в сосуд в качестве деаэрирующих сред горячей воды и пара, или перегретого пара и перегретой воды, или их комбинации, для этого деаэратор снабжен двумя параллельными распределителями, размещенными один над другим в нижней части сосуда, преимущественно в донной части сосуда.

6. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что для ограничения зоны распыления вокруг распылителя в верхней части сосуда установлен экран.

7. Деаэратор по п.6, отличающийся тем, что экран выполнен в форме цилиндрической водоотбойной юбки.

8. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что трубки меньшего диаметра, подсоединенные к распределителю, выполнены изогнутыми.

9. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что трубки меньшего диаметра, подсоединенные к распределителю, выполнены так, что окончание трубок расположено ниже рабочего уровня воды.

10. Деаэратор по п.8, отличающийся тем, что изогнутые трубки меньшего диаметра расположены приблизительно эквидистантно внутренней поверхности сосуда.

11. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в виде горизонтального 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. 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. 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. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен одним или несколькими дополнительными распылителями, установленными в зоне предварительной деаэрации.

15. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в виде вертикально расположенного цилиндрического сосуда.

16. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен распылителем пружинного типа.

17. Деаэратор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен распылителем, выполненным в виде дискового спреера.

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. Распылитель пружинного типа, содержащий перфорированный цилиндрический корпус, внутри которого расположены поршень и пружина, отличающийся тем, что 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. Распылитель по п.19, отличающийся тем, что центральная ось распылителя закреплена в верхней части корпуса при помощи завихрителя.

21. Распылитель по п.19, отличающийся тем, что на входе в распылитель размещен завихритель, установленный для закручивания потока воды и ограничения хода поршня.

22. Распылитель по п.21, отличающийся тем, что завихритель, 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. Распылитель по п.19, отличающийся тем, что поршень со стороны поступления потока воды снабжен куполом конической формы.

24. Распылитель по п.19, отличающийся тем, что перфорация корпуса распылителя выполнена в виде отверстий или прорезей.

25. Распылитель по п.19, отличающийся тем, что перфорация корпуса выполнена в виде отверстий, проточенных перпендикулярно к его боковой цилиндрической поверхности.

26. Распылитель по п.19, отличающийся тем, что перфорация корпуса распылителя выполнена в виде отверстий, проточенных неперпендикулярно к его боковой цилиндрической поверхности.

27. Распылитель по п.19, отличающийся тем, что донная часть корпуса содержит сквозные прорези.

28. Распылитель пружинного типа, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого расположены поршень и пружина, отличающийся тем, что поршень выполнен в форме стакана с перфорированной цилиндрической боковой поверхностью и снабжен фланцем на верхней кромке, а на внутренней стороне боковой поверхности корпуса выполнен уступ, при этом пружина размещена в зазоре, ограниченном сверху фланцем поршня, а снизу указанным уступом.

29. Распылитель по п.28, отличающийся тем, что на дне поршня размещен конический купол, обращенный вершиной в направлении поступления потока воды.

30. Распылитель по п.28, отличающийся тем, что на входе в распылитель установлен завихритель для закручивания потока воды и ограничения хода поршня.

31. Распылитель по п.28, отличающийся тем, что завихритель выполнен в виде кольца, закрепленного на корпусе распылителя, а на внутренней боковой поверхности кольца радиально расположены наклонные лопасти.

32. Распылитель по п.28, отличающийся тем, что перфорация цилиндрической боковой поверхности поршня выполнена в виде прорезей или отверстий, проточенных перпендикулярно или под наклоном к его боковой цилиндрической поверхности.