RU2166349C2

RU2166349C2 - Method of degassing liquids and device for realization of this method

Info

Publication number: RU2166349C2
Application number: RU98117699A
Authority: RU
Inventors: В.В. Буровников; А.И. Сердюков; В.Г. Гомарник; В.А. Вайдуков
Original assignee: Буровников Вячеслав Владимирович; Сердюков Александр Ильич; Гомарник Владимир Григорьевич; Вайдуков Владимир Александрович
Priority date: 1998-09-24
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2001-05-10

Abstract

FIELD: heat-power engineering; water supply systems; thermal systems of thermal power stations and boiler houses. SUBSTANCE: liquid is fed under pressure to vacuum chamber through spraying head. Flow of gas-and-liquid mixture formed at chamber outlet is fed to closed taper zone tangentially relative to lateral surface of closed zone and at angle relative to axis of closed zone, thus imparting rotary and translational motion to flow. Flow forms spiral vortex at vertical axis and decreasing radius of vortex twisting. Under action of centrifugal force this flow is divided into liquid and gas phases. Device proposed for realization of this method has branch pipe for supply of liquid to be degassed, spraying head consisting on nozzle and tip fitted on its end and vacuum chamber. Cyclone is mounted at chamber outlet. Axis of vacuum chamber is directed tangentially relative to lateral surface of cyclone and at angle relative to its axis. EFFECT: high degree of extraction and separation of aggressive gases form liquid flow. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретения относятся к теплотехнике и водоснабжению и могут быть использованы в системах тепловых электростанций и отопительных котельных для дегазации подпиточной воды, а также в системах хозяйственного питьевого и технологического водоснабжения для глубокого удаления агрессивных газов (O₂, CO₂, H₂S и др.).The invention relates to heat engineering and water supply and can be used in systems of thermal power plants and heating boilers for degassing make-up water, as well as in drinking water and process water supply systems for deep removal of aggressive gases (O ₂ , CO ₂ , H ₂ S, etc.) .

Известен способ термической деаэрации воды путем нагревания ее греющим паром до температуры кипения. При этом увеличение поверхности раздела вода-пар, через которую происходит удаление газа, достигается путем барботирования через воду греющего пара, подаваемого под давлением через сопло. (В. Ф. Вихров, М.С. Широв, "Водоподготовка", М.: Энергия, 1973 г., с. 69-170.)
Недостатком этого способа является большой расход пара для нагрева воды до кипения и большая длительность процесса, а также необходимость регулирования подвода греющего пара для поддержания температуры кипения воды. Процесс удаления агрессивных газов таким способом малоэффективен.A known method of thermal deaeration of water by heating it with heating steam to a boiling point. In this case, the increase in the water-vapor interface through which gas is removed is achieved by sparging the heating steam through water, which is supplied under pressure through a nozzle. (V.F. Vikhrov, M.S. Shirov, "Water Treatment", M .: Energy, 1973, p. 69-170.)
The disadvantage of this method is the high consumption of steam for heating water to a boil and the long duration of the process, as well as the need to regulate the supply of heating steam to maintain the boiling point of water. The process of removing aggressive gases in this way is ineffective.

Известно устройство для деаэрации, содержащее корпус с входным и выходным патрубками для жидкости, патрубок отвода выпара и патрубок подачи греющей среды, причем внутри корпуса размещены струйные тарелки (авт. св. СССР N 257511 кл. C 02 F 1/20, 1968 г.)
Недостатком этого устройства является то, что в нем не обеспечивается достаточно полное удаление из воды углекислоты и кислорода из-за малой интенсивности процесса теплообмена путем обработки струй деаэрируемой воды паром.A device for deaeration is known, comprising a housing with inlet and outlet nozzles for liquid, an outlet pipe for steam and a nozzle for supplying a heating medium, and inkjet plates are placed inside the housing (ed. St. USSR N 257511 class C 02 F 1/20, 1968 )
The disadvantage of this device is that it does not provide a sufficiently complete removal of carbon dioxide and oxygen from water due to the low intensity of the heat transfer process by treating the jets of deaerated water with steam.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению, относящемуся к способу дегазации жидкости, является способ деаэрации воды по авт. св. СССР N 1011540 (кл. C 02 F 1/20, опубл. 1982 г.). Способ заключается в подаче потока воды в зону пониженного давления при разгоне воды в специальном сопле, а выделившиеся газы отсасываются из вакуумной зоны. Недостатком данного способа является также малоэффективный процесс выделения агрессивных газов, так как данным способом идет выделение в основном O₂, остальные агрессивные газы (CO₂, H₂S и др.) удаляются малоэффективно.Closest to the proposed invention relating to a method for degassing a liquid, is a method for deaerating water according to the author. St. USSR N 1011540 (class C 02 F 1/20, publ. 1982). The method consists in supplying a stream of water to the zone of reduced pressure during acceleration of water in a special nozzle, and the released gases are sucked out of the vacuum zone. The disadvantage of this method is also the ineffective process of the release of aggressive gases, since this method releases mainly O ₂ , the remaining aggressive gases (CO ₂ , H ₂ S, etc.) are removed inefficiently.

В том же патенте описано устройство для деаэрации жидкости, наиболее близкое к предлагаемому. Это устройство содержит сообщающиеся между собой вакуумные камеры, сопло подвода деаэрируемой жидкости, патрубки подвода и отвода жидкости и отвода выпара. Камеры выполнены в виде ряда вертикальных коаксиально установленных цилиндров с увеличением их длины по ходу движения среды от внутреннего цилиндра к внешнему. The same patent describes a device for deaerating a liquid closest to the one proposed. This device contains interconnected vacuum chambers, a nozzle for supplying a deaerated fluid, nozzles for supplying and discharging liquid and venting vapor. The cameras are made in the form of a series of vertical coaxially mounted cylinders with an increase in their length along the medium from the inner cylinder to the outer.

Недостатком данного устройства также является малая эффективность процесса выделения агрессивных газов. The disadvantage of this device is the low efficiency of the process of the release of aggressive gases.

Предлагаемыми изобретениями решается задача повышения эффективности удаления агрессивных газов. The proposed invention solves the problem of increasing the efficiency of the removal of aggressive gases.

Для получения такого технического результата в предлагаемом способе жидкость сначала подают под давлением через вакуумную распылительную головку в зону пониженного давления. To obtain such a technical result in the proposed method, the liquid is first supplied under pressure through a vacuum spray head to a zone of reduced pressure.

При истечении из распылительной головки происходит объемное вскипание газов, растворенных в струе, за счет разности парциального давления газов в струе и разреженном пространстве (в частности O₂, CO₂, H₂S и др.)
В процессе объемного вскипания газов происходит объемно-вакуумное дробление и распыление струи и разрушение ее целостности. Далее газожидкостный поток поступает в вакуумную камеру, где продолжается процесс объемного вакуумного вскипания растворенных газов и их разделение на жидкую и газообразную фазы.When flowing out of the spray head, volumetric boiling of gases dissolved in the jet occurs due to the difference in the partial pressure of gases in the jet and the rarefied space (in particular, O ₂ , CO ₂ , H ₂ S, etc.)
In the process of volume boiling of gases, volume-vacuum crushing and spraying of the jet and destruction of its integrity occurs. Further, the gas-liquid flow enters the vacuum chamber, where the process of volumetric vacuum boiling of dissolved gases and their separation into liquid and gaseous phases continues.

Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в том, что образующийся на выходе вакуумной камеры поток газожидкостной смеси подают в замкнутую зону по касательной к боковой поверхности замкнутой зоны и под углом к оси замкнутой зоны и придают потоку вращательное и поступательное движение таким образом, что поток образует спиральный вихрь с вертикальной осью и уменьшающимся книзу радиусом закрутки вихря. Вследствие уменьшения радиуса вращения потока происходит увеличение центростремительного ускорения и центробежной силы. Вблизи оси центробежная сила становится настолько большой, что под действием архимедовой силы газовая фаза отделяется от жидкой фазы. Таким образом, возникает два основных вращающихся в одну сторону потока: внешний (жидкостный), имеющий поступательное движение по спирали вниз, и внутренний (газовый), движущийся по спирали вверх. Distinctive features of the proposed method are that the gas-liquid mixture flow formed at the outlet of the vacuum chamber is fed into the closed zone tangentially to the side surface of the closed zone and at an angle to the axis of the closed zone and give the flow a rotational and translational motion so that the flow forms a spiral vortex with a vertical axis and a swirling radius decreasing downward. Due to the decrease in the radius of rotation of the flow, there is an increase in centripetal acceleration and centrifugal force. Near the axis, the centrifugal force becomes so large that under the action of the Archimedean force the gas phase is separated from the liquid phase. Thus, there are two main flows rotating in one direction: external (liquid), which has translational movement in a spiral downward, and internal (gas), moving upward in a spiral.

Перечисленные процессы позволяют глубоко выделить и отделить агрессивные газы из потока жидкости. These processes allow you to deeply separate and separate aggressive gases from the fluid stream.

Для достижения названного технического результата предлагается устройство, содержащее патрубок подачи дегазируемой жидкости, распылительную головку, состоящую из сопла и закрепленной на его конце насадки, вакуумную камеру, патрубки отвода дегазированной жидкости и пара. В отличие от известного в предлагаемом устройстве на выходе вакуумной камеры установлен циклон таким образом, что ось вакуумной камеры направлена по касательной к боковой поверхности циклона и под углом к оси циклона. To achieve the named technical result, a device is proposed comprising a nozzle for supplying a degassed liquid, a spray head consisting of a nozzle and a nozzle fixed at its end, a vacuum chamber, and nozzles for removing the degassed liquid and steam. In contrast to the known device, a cyclone is mounted at the outlet of the vacuum chamber in such a way that the axis of the vacuum chamber is tangential to the side surface of the cyclone and at an angle to the axis of the cyclone.

Предлагаемая конструкция позволяет создать внутри циклона спиральный газожидкостный вихрь с вертикальной осью и уменьшающимся книзу диаметром закрутки вихря и отделить газовую фазу от жидкой фазы. Газовая фаза отводится через верхний патрубок (отвода газов), а жидкая фаза - через нижний патрубок (отвода жидкости). The proposed design allows you to create a spiral gas-liquid vortex inside the cyclone with a vertical axis and a swirl diameter decreasing downward and to separate the gas phase from the liquid phase. The gas phase is discharged through the upper pipe (exhaust gas), and the liquid phase through the lower pipe (liquid removal).

Предлагаемые изобретения поясняются чертежом. The invention is illustrated in the drawing.

Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности. The proposed method is carried out in the following sequence.

Жидкость под давлением подается в распылительную головку, а затем в вакуумную камеру, на выходе из которой создается струя, обладающая большой удельной кинетической энергией. При истечении из вакуумной камеры происходит объемное вскипание газов, растворенных в жидкости, за счет разности парциального давления газов в струе жидкости и разреженном пространстве (в частности О₂, CO₂, H₂S и др.) В процессе объемного вскипания газов происходит объемно-вакуумное дробление и распыление струи и разрушение ее целостности. Далее поток продолжает свое транзитное движение двумя фазами (жидкость-газ) и подается по касательной к боковой поверхности в замкнутую зону и под углом к оси замкнутой зоны.The liquid under pressure is fed into the spray head, and then into the vacuum chamber, at the outlet of which a jet is created having a high specific kinetic energy. Upon expiration from the vacuum chamber, volumetric boiling of gases dissolved in the liquid occurs due to the difference in the partial pressure of gases in the liquid stream and the rarefied space (in particular, O ₂ , CO ₂ , H ₂ S, etc.). During volumetric boiling of gases, volumetric vacuum crushing and spraying of the jet and the destruction of its integrity. Further, the flow continues its transit movement in two phases (liquid-gas) and is fed tangentially to the side surface in a closed zone and at an angle to the axis of the closed zone.

Поступательное движение внешнего потока от места подачи к вершине конуса обуславливает уменьшение радиуса вращения потока и, как следствие, увеличение центростремительного ускорения и центробежной силы. Вблизи оси центробежная сила становится настолько большой, что жидкость разрывается, образуя воздушное ядро (вихревой шнур), имеющее вид воздушного столба. The translational movement of the external flow from the feed point to the top of the cone causes a decrease in the radius of rotation of the flow and, as a result, an increase in centripetal acceleration and centrifugal force. Near the axis, the centrifugal force becomes so large that the liquid breaks, forming an air core (vortex cord), which has the appearance of an air column.

Таким образом, возникает два основных вращающихся в одну сторону потока: внешний (жидкостный), имеющий поступательное движение по спирали вниз, и внутренний (газовый), движущийся по спирали вверх к газоотводящему патрубку. Thus, there are two main flows rotating in one direction: external (liquid), which has translational motion in a spiral downward, and internal (gas), which spirals upward to a gas outlet pipe.

Перечисленные процессы обеспечивают отделение агрессивных газов из потока жидкости до 95-98%. These processes ensure the separation of aggressive gases from the fluid stream up to 95-98%.

Предлагаемое устройство для дегазации жидкости содержит распылительную головку 1, состоящую из конусного сопла 2 и закрепленной на его конце насадки 3, патрубок подвода дегазируемой жидкости 4, вакуумную камеру 5. Вакуумная камера 5 соединена с циклоном 7 через питающую насадку 6, установленную по касательной к боковой поверхности цилиндрической части циклона и под углом к его оси. Циклон 7 имеет патрубок отвода дегазированной жидкости 8 и патрубок отвода газов 9. The proposed device for degassing liquids contains a spray head 1, consisting of a conical nozzle 2 and a nozzle 3 fixed to its end, a nozzle for supplying a degassed liquid 4, a vacuum chamber 5. The vacuum chamber 5 is connected to the cyclone 7 through a supply nozzle 6, which is tangential to the side the surface of the cylindrical part of the cyclone and at an angle to its axis. The cyclone 7 has a branch pipe for degassed liquid 8 and a branch pipe for exhaust gases 9.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Исходная жидкость через патрубок подвода дегазируемой жидкости 4 подается в конусное сопло 2, где происходит увеличение скорости истечения жидкости, что приводит к увеличению скоростного напора и понижению давления в струе. При истечении из сопла 2 происходит объемное вскипание жидкости и выделение растворимых в ней газов. Далее газожидкостная смесь поступает в вакуумную камеру 5, где продолжается процесс понижения давления и, как следствие, объемно-вакуумного вскипания растворенных газов. Газожидкостная смесь, продолжая свое движение, поступает в циклон 7 через питающую насадку 6, где под действием центробежных сил, вызванных остаточным давлением струи, происходит дальнейший процесс отделения газов из жидкости. Отделенные газы направляются вверх и через патрубок 9 удаляются. Очищенная от газов жидкость по патрубку 8 поступает к потребителю. The source fluid through the nozzle for supplying degassed fluid 4 is fed into the conical nozzle 2, where there is an increase in the rate of fluid outflow, which leads to an increase in the pressure head and lower pressure in the stream. When flowing out of the nozzle 2, there is a volume boiling of the liquid and the release of gases soluble in it. Next, the gas-liquid mixture enters the vacuum chamber 5, where the process of lowering the pressure and, as a result, the volume-vacuum boiling of dissolved gases, continues. The gas-liquid mixture, continuing its movement, enters the cyclone 7 through the supply nozzle 6, where under the action of centrifugal forces caused by the residual pressure of the jet, a further process of separation of gases from the liquid occurs. The separated gases are directed upwards and are removed through the pipe 9. The liquid purified from gases through the pipe 8 enters the consumer.

Claims

1. A method of degassing a liquid by supplying it under pressure through a spray head into a vacuum chamber, characterized in that the gas-liquid mixture stream formed at the outlet of the vacuum chamber falls into a closed conical zone tangentially to the side surface of the closed zone and at an angle to the axis of the closed zone so that the flow forms a spiral vortex with a vertical axis and a swirl radius decreasing downward, the flow is separated by centrifugal force into the liquid and gas phases and the liquid phase is taken down, and the gas phase into top of the enclosed area.

2. A device for degassing a liquid, comprising a nozzle for supplying a degassed liquid, a spray head consisting of a nozzle and a nozzle fixed to its end, a vacuum chamber, nozzles for removing the degassed liquid and gases, characterized in that the outlet of the vacuum chamber is connected to the cyclone so that the axis the vacuum chamber is directed tangentially to the side surface of the cyclone and at an angle to the axis of the cyclone.