RU2321545C2

RU2321545C2 - Method of operation of superheated water deaerator

Info

Publication number: RU2321545C2
Application number: RU2006114226/15A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Александрович Кудинов (RU); Анатолий Александрович Кудинов; Светлана Камиловна Зиганшина (RU); Светлана Камиловна Зиганшина; Александр Сергеевич Кувыкин (RU); Александр Сергеевич Кувыкин
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2008-04-10
Also published as: RU2006114226A

Abstract

FIELD: power engineering; portable water deaeration units for steam boilers and make-up water units for heating systems.

SUBSTANCE: steam-and-water mixture moves in nozzle of varying section which is connected to deaerator housing; it consists of contraction tube, cylindrical and diffuser sections located in succession; speed of steam-and-water flow in diffuser section reaches supersonic level. Superheated water is added to main flow of water being deaerated through conical nozzle mounted in contraction tube section of nozzle of varying section for boiling of water and acceleration of steam-and-water flow to sound velocity at cylindrical section inlet.

EFFECT: enhanced efficiency of deaeration of superheated water in all operating modes of deaerator.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в установках для деаэрации питательной воды паровых котлов и подпиточной воды тепловых сетей.The invention relates to the field of energy and can be used in installations for deaeration of feed water of steam boilers and make-up water of heating networks.

Известен аналог - способ работы деаэратора перегретой воды (см. А.с. СССР №635045, БИ №44, 1978), по которому перегретую деаэрируемую воду подают в сопло переменного поперечного сечения, присоединенное к корпусу деаэратора и состоящее из последовательно расположенных конфузорного, цилиндрического и диффузорного участков, вода вскипает при падении статического давления вследствие увеличения скорости движения потока, причем паровые пузырьки возникают в конфузорном участке сопла, на выходе из цилиндрического участка происходит вскипание воды во всем ее объеме, и пароводяная смесь разгоняется до скорости звука, а в диффузорном участке скорость пароводяного потока становится сверхзвуковой вследствие снижения давления в потоке до давления в корпусе деаэратора. Данный аналог принят в качестве прототипа.A known analogue is the method of operation of the deaerator of superheated water (see A.S. USSR No. 635045, BI No. 44, 1978), in which superheated deaerated water is fed into a nozzle of variable cross section attached to the body of the deaerator and consisting of sequentially arranged confuser, cylindrical and diffuser sections, water boils when static pressure drops due to an increase in the flow velocity, and steam bubbles appear in the confuser section of the nozzle, water boils at the exit from the cylindrical section on its entire screen, and steam mixture is accelerated to the speed of sound in the diffuser portion and the speed becomes supersonic steam flow due to lower pressure in the stream to a pressure in the deaerator housing. This analogue is adopted as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа работы деаэратора перегретой воды, принятого за прототип, относится то, что в известном способе работы деаэратора перегретой воды не осуществляется вскипание деаэрируемой воды во всем объеме конфузорного участка сопла и не на всех режимах работы деаэратора обеспечивается образование устойчивой паровой фазы и разгон потока до скорости звука на выходе из цилиндрического участка сопла. В этих случаях в диффузорном участке сопла не достигается сверхзвуковая скорость при любом давлении в камере истечения, то есть в корпусе деаэратора, что снижает эффективность деаэрации вследствие низкой интенсивности процесса десорбции газов, так как не происходит интенсификации турбулизации потока и, как следствие, активизации выделения растворенных в воде газов в паровую фазу.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known method of operation of the superheated water deaerator, adopted as a prototype, are that in the known method of operation of the superheated water deaerator, boiling of the deaerated water is not carried out in the entire volume of the nozzle confusion section and not in all operating modes the deaerator provides the formation of a stable vapor phase and acceleration of the flow to the speed of sound at the exit from the cylindrical section of the nozzle. In these cases, the supersonic velocity is not reached in the diffuser section of the nozzle at any pressure in the discharge chamber, that is, in the deaerator body, which reduces the deaeration efficiency due to the low intensity of the gas desorption process, since there is no intensification of the flow turbulence and, as a result, activation of the release of dissolved in water gases in the vapor phase.

Кроме того, при достаточно большом давлении в корпусе деаэратора (противодавлении), что характерно для деаэраторов, установленных на линиях основного конденсата и питательной воды котлов ТЭС, происходит обычное движение воды: в наиболее узком сечении давление воды достигает минимального значения без образования паровой фазы, а затем в диффузорном участке давление вновь восстанавливается (см. Повх И.Л. Техническая гидромеханика. 2-е изд., доп. - Л.: Машиностроение, 1976. С.117). В этом случае деаэрация воды вообще не осуществляется.In addition, at a sufficiently high pressure in the deaerator body (back pressure), which is typical for deaerators installed on the main condensate and feed water lines of TPP boilers, the usual movement of water occurs: in the narrowest section, the water pressure reaches its minimum value without the formation of a vapor phase, and then in the diffuser section the pressure is restored again (see Povkh I.L. Technical hydromechanics. 2nd ed., add. - L .: Mashinostroenie, 1976. P.117). In this case, water deaeration is not carried out at all.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для повышения эффективности деаэрации воды на всех режимах работы деаэратора целесообразно осуществлять подвод перегретой воды через коническое сопло, расположенное в конфузорном участке сопла переменного поперечного сечения, для вскипания деаэрируемой воды, разгона пароводяного потока до скорости звука на входе в цилиндрический участок и достижения сверхзвуковой скорости в диффузорном участке сопла переменного поперечного сечения на всех режимах работы деаэратора.The invention consists in the following. To increase the efficiency of water deaeration in all modes of operation of the deaerator, it is advisable to supply superheated water through a conical nozzle located in the confuser section of the nozzle of variable cross section, to boil deaerated water, accelerate the steam-water flow to the speed of sound at the entrance to the cylindrical section and achieve supersonic speed in the diffuser plot nozzles of variable cross-section in all modes of operation of the deaerator.

Технический результат - повышение эффективности работы деаэратора перегретой воды путем создания устойчивой паровой фазы во всем ее объеме на входе в цилиндрический участок сопла и получения сверхзвуковой скорости пароводяного потока на выходе из сопла на всех режимах работы деаэратора.The technical result is to increase the efficiency of the deaerator of superheated water by creating a stable vapor phase in its entire volume at the entrance to the cylindrical section of the nozzle and obtaining the supersonic speed of the steam-water stream at the exit of the nozzle in all modes of operation of the deaerator.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе работы деаэратора перегретой воды осуществляют движение пароводяной смеси в сопле переменного поперечного сечения, присоединенном к корпусу деаэратора и состоящем из последовательно расположенных конфузорного, цилиндрического и диффузорного участков, причем в диффузорном участке скорость пароводяного потока становится сверхзвуковой. Особенность заключается в том, что к основному потоку деаэрируемой воды подводят перегретую воду через коническое сопло, расположенное в конфузорном участке сопла переменного поперечного сечения, для вскипания воды и разгона пароводяного потока до скорости звука на входе в цилиндрический участок.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known method of operation of the superheated water deaerator, the steam-water mixture is moved in a nozzle of variable cross-section attached to the body of the deaerator and consists of consecutively located confuser, cylindrical and diffuser sections, and in the diffuser section the speed of the steam-water stream becomes supersonic. The peculiarity lies in the fact that superheated water is supplied to the main flow of deaerated water through a conical nozzle located in the confuser section of the nozzle of variable cross section for boiling water and accelerating the steam-water flow to the speed of sound at the entrance to the cylindrical section.

На чертеже представлена схема деаэратора перегретой воды, реализующая предлагаемый способ.The drawing shows a diagram of a deaerator of superheated water that implements the proposed method.

Деаэратор перегретой воды содержит корпус 1 с патрубком 2 подвода основного потока деаэрируемой воды, патрубок 3 с коническим соплом 4 подвода перегретой воды, патрубки 5 и 6 отвода соответственно деаэрированной воды и выпара. На выходе патрубка 2 подвода деаэрируемой воды размещено сопло переменного поперечного сечения, состоящее из последовательно расположенных конфузорного 7, цилиндрического 8 и диффузорного 9 участками. Конфузорность участка 7 составляет 45÷60°, угол раскрытия диффузорного участка 9 - 4÷10°. Длина цилиндрического участка 8 выбирается в пределах 2÷4 его диаметров. Коническое сопло 4 расположено в конфузорном участке 7 сопла переменного поперечного сечения.The superheated water deaerator comprises a housing 1 with a pipe 2 for supplying the main flow of deaerated water, a pipe 3 with a conical nozzle 4 for supplying superheated water, pipes 5 and 6 for discharging deaerated water and vapor, respectively. At the outlet of the nozzle 2 for supplying deaerated water, a nozzle of variable cross section, consisting of sequentially located confuser 7, cylindrical 8 and diffuser 9 sections, is placed. The confusion of section 7 is 45 ÷ 60 °, the opening angle of the diffuser section 9 is 4 ÷ 10 °. The length of the cylindrical section 8 is selected within 2 ÷ 4 of its diameters. The conical nozzle 4 is located in the confuser portion 7 of the nozzle of variable cross section.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

Основной поток деаэрируемой воды подают по патрубку 2, в конфузорном участке сопла переменного поперечного сечения в основной поток деаэрируемой воды по патрубку 3 через коническое сопло 4 подводят перегретую воду. При этом в сечении конфузорного участка 7, расположенном на выходе конического сопла, вследствие высокой скорости истечения перегретой воды из конического сопла 4 скоростной напор возрастает, а статическое давление падает и становится ниже давления насыщения пара при температуре деаэрируемой воды на входе в установку, что приводит к вскипанию общей массы воды и образованию устойчивой паровой фазы во всем ее объеме в конце конфузорного участка 7, то есть на входе в цилиндрический участок 8. Вследствие образования паровой фазы объем потока возрастает и на входе в цилиндрический участок 8 скорость потока становится равной скорости звука в данной среде. В цилиндрическом участке 8 происходит выравнивание скоростных и температурных полей по сечению потока. В диффузором участке 9 давление в потоке снижается до давления, равного давлению в корпусе 1, что вызывает разгон потока до сверхзвуковой скорости. Вследствие достижения сверхзвуковой скорости интенсифицируются процессы кипения и турбулизации потока, увеличивается поверхность массообмена и, как следствие, активизируется процесс выделения растворенных газов в паровую фазу.The main stream of deaerated water is fed through pipe 2, in the confuser section of the nozzle of variable cross section, overheated water is supplied through the conical nozzle 4 to the main stream of deaerated water through pipe 3. Moreover, in the cross section of the confuser section 7, located at the outlet of the conical nozzle, due to the high velocity of the overheated water from the conical nozzle 4, the velocity head increases and the static pressure drops and falls below the vapor saturation pressure at the temperature of the deaerated water at the inlet of the installation, which leads to boiling the total mass of water and the formation of a stable vapor phase in its entire volume at the end of the confuser section 7, that is, at the entrance to the cylindrical section 8. Due to the formation of the vapor phase, the flow volume increases and at the entrance to the cylindrical section 8, the flow velocity becomes equal to the speed of sound in a given medium. In the cylindrical section 8, the velocity and temperature fields are aligned over the flow cross section. In the diffuser section 9, the pressure in the stream decreases to a pressure equal to the pressure in the housing 1, which causes the flow to accelerate to supersonic speed. Due to the achievement of supersonic speed, the processes of boiling and turbulization of the stream are intensified, the mass transfer surface increases, and, as a result, the process of evolution of dissolved gases into the vapor phase is activated.

Таким образом, подвод перегретой воды через коническое сопло, расположенное в конфузорном участке сопла переменного поперечного сечения, приводит к вскипанию воды и образованию устойчивой паровой фазы во всем ее объеме, разгону пароводяного потока до скорости звука на входе в цилиндрический участок и достижению сверхзвуковой скорости в диффузорном участке сопла переменного поперечного сечения на всех режимах работы деаэратора, что повышает эффективность деаэрации воды.Thus, the supply of superheated water through a conical nozzle located in the confuser portion of the nozzle of variable cross section leads to boiling of water and the formation of a stable vapor phase in its entire volume, acceleration of the steam-water flow to the speed of sound at the entrance to the cylindrical section and achievement of supersonic velocity in the diffuser plot nozzles of variable cross-section at all modes of operation of the deaerator, which increases the efficiency of deaeration of water.

Claims

The method of operation of the deaerator of superheated water, in which the steam-water mixture is moved in a nozzle of variable cross-section, connected to the body of the deaerator and consisting of consecutively located confuser, cylindrical and diffuser sections, and in the diffuser section, the speed of the steam-water stream becomes supersonic, characterized in that to the main superheated water is supplied to the deaerated water flow through a conical nozzle located in the confuser section of the variable cross-section nozzle tions, for boiling water and steam flow acceleration to sonic velocity at the inlet of the cylindrical portion.