Деаэратор -- техническое устройство, реализующее процесс деаэрации некоторой жидкости (обычно воды или жидкого топлива), то есть её очистки от присутствующих в ней нежелательных газовых примесей. На многих электрических станциях также играет роль ступени регенерации и бака запаса питательной воды.
Устройство деаэратор предназначено:
* Для защиты насосов от кавитации.
* Для защиты оборудования и трубопроводов от коррозии.
* Для защиты системы от попадания в нее воздуха, который нарушает гидравлику и нормальную работу форсунок.
Рис.2.
1 -- бак (аккумулятор), 2 -- выпуск питательной воды из бака, 5 -- водоуказательное стекло, 4 -- манометр, 5, 6 и 12 -- тарелки, 7 -- спуск воды в дренаж, 8 -- автоматический регулятор подачи химически очищенной воды, 9 -- охладитель пара, 10 -- выпуск пара в атмосферу, 11 я 15 -- трубы,13 -- деаэраторная колонка, 14 -- парораспределитель, 16 -- впуск воды в гидравлический затвор,17 -- гидравлический затвор, 18 -- выпуск лишней воды из гидравлического затвора
Термический деаэратор основан на принципе диффузионной десорбции, когда жидкость, находящаяся в системе нагревается до момента кипения. Во время такого процесса в термическом деаэраторе, растворимость газов равняется нулю. Образующийся пар уносит газы из системы, а коэффициент диффузии растет.
В вихревом деаэраторе используются гидродинамические эффекты, которые вызывают принудительную десорбцию, то есть приводят к разрыву жидкости в самых слабых местах - под действием разности плотности. В данном случае не происходит обогрев жидкости.
По давлению, термические деаэраторы классифицируются на:
* Вакуумные (ДВ)
* Атмосферные (ДА).
* Повышенного давления (ДП).
Деаэратор атмосферный - используется в наименьшей толщине стенок. Под действием избытка давления над атмосферным - пар удаляется из стенок самотеком. Атмосферный деаэратор ДСА предназначен для вывода агрессивных газов из системы паровых котлов и котельных установок. Деаэраторы атмосферного типа устанавливаются, как на открытых площадках, так и в помещениях. Числа, обозначенные на деаэраторе атмосферного типа ДСА 75 и деаэраторе ДА 25 - определяют производительность устройства.
Деаэратор вакуумный - используются в условиях, когда у котельных нет выпускаемого пара. Вакуумные деаэраторы ДВ - вынуждены работать совместно с устройствами для отсоса выпара. Деаэратор ДВ питательной воды обладает большой толщиной стенок, а также позволяют разлагать бикарбонаты при низком давлении. В зависимости от производительности обозначаются цифрами (Пример: Вакуумный деаэратор ДВ 25).
Деаэраторы ДП (высокого давления) - обладают большой толщиной стенок, зато деаэраторы ДП позволяют использовать выпар, как легкую рабочую среду для эжекторов конденсатора. Также деаэраторы избыточного высокого давления позволяют сократить количество металлоемких ПВД.
Устройство деаэратора и принцип работы
В деаэраторной колонке осуществляется нагрев и обработка воды паром. После прохождения двух ступеней дегазации (1-ая ступень - струйная, 2-ая - барботажная) из колонки вода струями стекает в деаэраторный бак БДА.
Конструкция деаэратора обеспечивает удобство внутреннего осмотра деаэрационной колонки. Материал перфорированных листов внутренних устройств колонки деаэратора - коррозионно-стойкая сталь.
Бак деаэрационный размещает в себе третью ступень дегазации после деаэрационной колонки в виде затопленного барботажного устройства.
В деаэраторном баке происходит выделение из воды мельчайших пузырьков газов за счет отстоя.
Охладитель выпара деаэратора служит только для утилизации тепла конденсации выпара. Внутри трубок охладителя выпара проходит химочищенная вода и направляется в деаэрационную колонку. В межтрубное пространство поступает парогазовая смесь (выпар), где пар из нее практически полностью конденсируется. Оставшиеся газы отводятся в атмосферу, конденсат выпара сливается в деаэратор или дренажный бак
Материал трубок - латунь либо коррозионно-стойкая сталь.
Работа деаэратора осуществляется автоматически. Давление в деаэраторе постоянно регулируется на уровне 0,02 МПа. Водный уровень в деаэраторе так же поддерживается постоянно. Пуск и остановка деаэраторов производится вручную
Рис.3.
Деаэрационная установка состоит из:
· Деаэратор вакуумный;
· ОВВ(охладитель выпара, кожухотрубный теплообменник, предназначенный для конденсации максимального количества пара и утилизации его тепловой энергии);
· ЭВ (эжектор водоструйный, воздухоотсасывающее устройство).
В ДВ применяется двухступенчатая система дегазации. 1-я ступень струйная, 2-я -- барботажная, непровальная дырчатая тарелка.
Термические деаэраторы принято классифицировать по рабочему давлению и по способу организации соприкосновения фаз.
По рабочему давлению выделяют следующие типы деаэраторов:
Вакуумные, работающие при абсолютном давлении в корпусе от 0,075 до 0,5 атмосфер;
Атмосферные, абсолютное давление в которых варьируется в диапазоне от 1,1 до 1,3 атмосфер;
Повышенного давления, работающие при абсолютном давлении от 5 до12 атмосфер.
Способ организации соприкосновения фаз определяется конструкцией деаэратора. Поскольку в одном и том же деаэраторе, как правило, применяется несколько отличающихся друг от друга по принципу действия деаэрационных устройств, современные деаэраторы являются обычно комбинированными. При этом выделяют следующие основные типы деаэрационных устройств (или отдельных элементов деаэраторов):
Струйные, в которых поверхность раздела фаз образована поверхностью свободно падающих в паровом потоке струй воды;
Барботажные, в которых греющий теплоноситель в виде паровых пузырей распределяется в потоке воды;
Пленочные, где поверхность раздела фаз образуется при пленочном течении воды в паровом потоке;
Капельные, в которых вода распределяется в паровом потоке в виде капель.
Поверхность раздела фаз может быть условно фиксированной, как, например, в пленочных деаэраторах с упорядоченной насадкой, либо нефиксированной, как в деаэраторах с неупорядоченной насадкой, струйных, капельных и барботажных. Область применения деаэраторов в тепловых схемах энергетических объектов, как правило, определяется рабочим давлением, деаэраторы повышенного давления применяются исключительно в качестве деаэраторов питательной воды тепловых электростанций высокого, сверхвысокого и сверхкритического начального давления пара;
Деаэраторы атмосферного давления используются в качестве деаэраторов питательной воды электростанций и котельных низкого и среднего начального давления пара, деаэраторов добавочной воды цикла теплофикационных электростанций (ТЭЦ) при большем начальном давлении пара, деаэраторов подпиточной воды тепловых сетей закрытого типа (реже- для теплосети открытого типа с использованием охладителей деаэрированной воды), деаэраторов питательной воды испарительных и паропреобразовательных установок электростанций;
Вакуумные деаэраторы применяются в качестве деаэраторов подпиточной воды тепловых сетей, в схемах испарительных и паропреобразовательных установок, реже - в качестве деаэраторов добавочной воды цикла электростанций и котельных.
Деаэраторы атмосферного давления
Наиболее распространенный тип атмосферного деаэратора - это струйно-барботажные деаэраторы. В таких деаэраторах применяется, как правило, двухступенчатая схема деаэрации, включающая струйную и барботажную ступени. Необходимо отметить, что под ступенью деаэрации принято понимать один или несколько включенных последовательно по воде деаэрационных элементов, работающих по одному принципу. Например, два расположенных один под другим струйных отсека относятся к одной струйной ступени.
Конструкции таких деаэраторов несколько отличаются друг от друга для аппаратов разной производительности из стандартного ряда. Большинство типовых конструкций струйно-барботажных атмосферных деаэраторов разработаны НПО ЦКТИ им. И.И. Ползунова. В настоящее время используются как устаревшие модели таких деаэраторов(типа ДСА), так и их современные аналоги(типов ДА иДА-м). Разработан стандартный ряд типоразмеров таких деаэраторов, отличающихся номинальной производительностью по деаэрированной воде: 1, 3, 5, 15, 25, 50, 100, 200 и 300 т/ч.
Атмосферные деаэраторы, как правило, состоят из деаэрационной колонки, установленной на горизонтально расположенном цилиндрическом деаэраторном баке. Деаэраторный бак в составе деаэратора выполняет две важные функции. Во-первых, он служит средством создания запаса деаэрированной воды для технологической схемы. Если, например, деаэратор используется в качестве деаэратора питательной воды паровых котлов низкого давления, то в деаэраторном баке необходимо создать запас воды для обеспечения бесперебойного питания этих котлов в аварийных ситуациях. Во-вторых, как показано выше, деаэраторный бак позволяет увеличить время выдержки воды при температуре, близкой к температуре насыщения, что способствует повышению эффективности деаэрации.
Применительно к аппаратам малой производительности (1 и 3 т/ч по деаэрированной воде) деаэратор может выполнять указанные функции и без деаэраторного бака, поскольку необходимый запас воды можно создать непосредственно в корпусе деаэрационной колонки, размеры которой не будут при этом слишком большими. В типовых конструкциях таких деаэраторов не выделяют деаэрационную колонку и деаэраторный бак, а говорят о корпусе деаэратора в целом. Такие деаэраторы называют бесколонковыми.
Деаэраторы большей производительности комплектуются деаэраторными баками различной вместимости. Отечественными энергомашиностроительными завода-ми выпускаются деаэраторные баки стандартных типоразмеров вместимостью 2, 4, 8, 15, 25, 35, 50 и 75 м 3 , причем каждый деаэраторный бак предназначен для деаэрационной колонки определенной производительности. Однако по запросу заказчика, как правило, возможны поставки выбранных деаэрационных колонок с баками другой вместимости из стандартного ряда.
Кроме деаэраторов, разработанных НПО ЦКТИ им. И.И. Ползунова, применяется ряд конструкций атмосферных деаэраторов, разработанных другими организациями. Среди таких деаэраторов отметим барботажный деаэратор конструкции Уралэнергометаллургпрома.
В настоящее время атмосферные деаэраторы выпускаются следующими основными отечественными заводами:
ООО «Нефтехиммаш оборудование», ОАО«Бийский котельный завод», ОАО«Сибэнергомаш», ОАО«Белэнергомаш», ЗАО«Теплоэнергокомплек», ОАО «ТКЗ- Красный котельщик», ОАО«Сарэнергомаш» .
Ниже рассмотрим основные конструктивные решения, используемые в деаэраторах атмосферного давления и элементах их обвязки: охладителях выпара и предохранительно-сливных устройствах.
Рассмотрим конструктивную схему бесколонковых деаэраторов производительностью 1 и 3 т/ч (рис.3.1), разработанных НПО ЦКТИ им. И.И. Ползунова.
Рис. 3.1. Конструктивная схема бесколонковых деаэраторов ДА-1 и ДА-3: 1 - штуцер подвода исходной воды; 2 - перфорированный водораспределительный коллектор; 3 - струеобразующая тарелка; 4 - водоприемный лоток; 5 - секционирующий порог струеобразующей тарелки; 6 - ограничительный порог струеобразующей тарелки; 7 - барботажное устройство; 8 - барботажный лист; 9 и 10 - перегородки; 11 - штуцер отвода деаэрированной воды; 12 - штуцер подвода греющего пара; 13 -паропровод; 14 - пароприемный короб; 15 - пароперепускное окно; 16 -паровпускное окно; 17 - входное окно встроенного охладителя выпара; 18 - штуцер отвода выпара; 19 - люк; 20 и 21 - штуцеры для подключения предохранительно-сливного устройства соответственно по пару и воде; 22 -дренажный штуцер.
энергетика десорбция барботажный гидродинамический
Деаэратор ДА-1 или ДА-3 представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд с эллиптическими днищами и размещенными внутри него деаэрационными устройствами.
Направляемая на деаэрацию вода поступает в деаэратор через штуцер 1 и перфорированный водораспределительный коллектор 2. Из отверстий водораспределительного коллектора 2 вода в виде струй стекает на струеобразующую тарелку 3, перфорированную в части, расположенной над водоприемным лотком 4. Струеобразующая тарелка 3 секционирована порогом 5 таким образом, что при малой гидравлической нагрузке вода стекает в виде струй в лоток 4 только через отверстия, расположенные до порога 5 по ходу движения воды. При увеличенной гидравлической нагрузке уровень воды на струеобразующей тарелке 3 повышается, вода переливается через порог 5 и в работу включаются все отверстия струеобразующей тарелки. Такое секционирование струеобразующей тарелки 3 выполнено для того, чтобы при малых гидравлических нагрузках деаэратора не возникало разверки («перекосов») между потоками воды и греющего пара, приводящих к ухудшению условий теплообмена и деаэрации. Максимальная гидравлическая нагрузка деаэратора ограничена высотой ограничительного порога 6: при повышенной гидравлической нагрузке уровень воды на струеобразующей тарелке увеличивается и если наступает перелив воды через порог 6, эффективность нагрева воды и деаэрации резко ухудшается.
В струйном потоке внутри лотка 4 происходит основной нагрев воды при контакте её с греющим паром и начинается процесс дегазации. Вода, сливающаяся из лотка 4 в виде потока в водяной объем деаэратора, при большинстве режимов работы деаэратора остается недогретой до температуры насыщения, соответствующей давлению в паровом пространстве деаэратора, и содержит газы как в растворенном, так и в дисперсном виде.
После определенной выдержки воды в водяном объеме деаэратора, длительность которой определяется гидравлической нагрузкой и уровнем воды в деаэраторе, вода поступает в барботажное устройство 7. Это устройство выполнено в виде канала прямоугольного сечения, ограниченного сверху и по бокам сплошными перегородками и имеющего в нижней части перфорированный барботажный лист 8. При барботировании пара через слой воды в барботажном устройстве 7 вода догревается до температуры насыщения, соответствующей давлению в барботажном устройстве. Это давление больше, чем давление в паровом пространстве деаэратора над поверхностью воды на величину давления водяного столба высотой Н, поэтому и температура воды в барботажном устройстве становится больше температуры насыщения при давлении пара над поверхностью воды в деаэраторе. В барботажном устройстве 7 из-за достижения водой температуры насыщения большая часть растворенных газов переходит в дисперсное состояние в виде мелких газовых пузырьков, здесь же происходит частичное термическое разложение гидрокарбонатов и гидролиз карбонатов с образованием свободного диоксида углерода, который, в свою очередь, также переходит в дисперсное состояние.
Покинув барботажное устройство 7, вода в смеси с несконденсированной частью греющего пара поступает в канал, образованный перегородками 9 и 10 и движется по этому каналу вверх. При этом движении давление среды непрерывно уменьшается от давления в барботажном устройстве до давления пара над поверхностью воды в деаэраторе. Соответственно вода, оказывающаяся перегретой относительно температуры насыщения, вскипает в объеме, что сопровождается переходом большей части еще находящихся в растворенном виде газов в дисперсное состояние. В верхней части водяного объема происходит разделение фаз: вода переливается через перегородку 10 и опускается в сторону штуцера отвода деаэрированной воды 11, а пар с выделившимися из воды газами движется в сторону струйной ступени деаэрации.
Необходимо отметить, что проскок пароводяной смеси из барботажного устройства 7 непосредственно в штуцер отвода деаэрированной воды 11 маловероятен. Поток среды в зазоре между перегородками 9 и 10 из-за присутствия пара имеет меньшую плотность, чем поток воды, опускающийся в канале, образованном перегородкой 10 и стенкой корпуса, что обуславливает только подъемное движение среды между перегородками 9 и 10. Между тем, зазор между перегородкой 10 и корпусом в нижней части необходим для обеспечения возможности некоторой циркуляции воды вокруг перегородки 10. Такая циркуляция увеличивает кратность обработки воды паром и увеличивает располагаемое время процесса деаэрации, что повышает эффективность удаления из воды газов.
Весь греющий пар подается в деаэратор через штуцер 12 и по паропроводу 13 поступает в пароприемный короб 14 под барботажный лист 8.Под барботажным листом 8 при этом создается паровая подушка, исключающая провал воды через отверстия барботажного листа. Такие барботажные листы называются непровальными.
Здесь целесообразно остановиться подробнее на предельном режиме работы непровального барботажного листа - режиме «захлебывания» или инжекционном режиме. Если скорость пара в отверстиях листа слишком велика, пар, выходящий из отверстий барботажного листа, захватывает всю жидкость, дробит её и уносит в виде брызг. Именно по этой причине максимальное давление пара под барботажным листом необходимо ограничивать. В рассматриваемых деаэраторах ДА-1 и ДА-3 с этой целью в перегородке 9 выполнено пароперепускное окно 15, байпасирующее часть пара помимо отверстий барботажного листа8 при увеличении давления пара под этим листом сверх необходимого для эффективной работы барботажного устройства.
После разделения воды и парогазовой смеси в верхней части канала, образованного перегородками 9 и 10, эта смесь поступает через паровпускное окно 16 в струйный отсек деаэратора, где большая часть пара конденсируется, нагревая поток воды. Оставшаяся часть пара в смеси с газами омывает струеобразующую тарелку 3 и поступает во встроенный контактный охладитель выпара. Охладитель выпара представляет собой струйный поток воды, вытекающий из водораспределительного кол- лектора 2, сквозь который проходит парогазовая смесь, поступающая через окно 17. Здесь водяной пар дополнительно конденсируется на струях относительно холодной воды. Оставшаяся малая часть пара и неконденсируемые газы отводятся из деаэратора через штуцер отвода выпара 18.
Деаэраторы ДА-1 и ДА-3 оборудуются люком 19, обеспечивающим доступ внутрь корпуса для его осмотра и ремонта, а также штуцерами 20 и 21 для подключения предохранительно-сливного устройства и дренажным штуцером 22.
Атмосферный деаэратор производительностью от 5 т/ч и более (рис. 3.2) состоит из деаэрационной колонки 7, установленной на деаэраторном баке 10. Колонка включает несколько (в данном примере два) струйных отсека, образуемых ниже верхней 8 и нижней 9 перфорированных тарелок, а также может быть дополнена барботажным листом. Вода, подлежащая деаэрации, подается через систему водо-распределения на верхнюю струеобразующую тарелку 8, откуда стекает на расположенную ниже тарелку 9 и далее - на барботажный лист (при его наличии) или непосредственно в деаэраторный бак (как в рассматриваемом примере). Струйные тарелки имеют специальные пороги, обеспечивающие поддержание некоторого уровня воды на них, а также перелив воды помимо струйной зоны при переполнении тарелок. Барботажные листы обычно выполняют непровальными (динамическое воздействие парового потока не позволяет воде «провалиться» через отверстия листа), поскольку работа провального барботажного листа эффективна лишь в узком диапазоне расходов воды и пара через него.
Рис.3.2.
1 - подвод воды; 2 - охладитель выпара; 3, 6 - выпар а атмосферу; 4 - подвод стороннего конденсата(например, конденсата пара производственных отборов турбоагрегатов); 5- регулятор уровня; 7 - деаэрационная колонка; 8, 9 - верхняя и нижняя струеобразующие тарелки; 10 - деаэраторный бак; 11 - предохранительно-сливное устройство; 12 - подвод барботажного пара; 13 - приборы контроля давления; 14 - регулятор давления; 15 - подвод основного пара; 16 -отвод деаэрированной воды; 17 - указатель уровня; 18 - дренаж; 19 - подвод горячего конденсата.
Пар подается обычно в надводное пространство деаэраторного бака (и называется в этом случае основным паром 15), вентилирует его, обеспечивая удаление выделившихся из воды в баке газов, и попадает в деаэрационную колонку. Здесь пар взаимодействует с нисходящим потоком воды, обеспечивая её нагрев и деаэрацию.
Выпар, содержащий выделившиеся из воды газы и водяной пар, отводится из деаэратора в атмосферу через патрубок 6 или на охладитель выпара 2, где тепловой потенциал этого потока используется, например, для подогрева исходной воды перед деаэрационной колонкой. В этом случае из парового пространства охладителя выпара осуществляется газовая сдувка 3. Возможно дополнение указанной конструкции барботажным устройством деаэраторного бака. Наиболее часто применяются устройства системы ЦКТИ (в данном примере) либо перфорированные барботажные коллекторы, смонтированные на дне бака вдоль его образующих. Барботажный пар 12 подается при этом через специальный трубопровод, поскольку давление этого пара должно быть больше давления основного пара минимум на величину давления столба воды в деаэраторном баке. Деаэратор оборудуется предохранительно-сливным устройством 11; уровнемерными стеклами 17; патрубками подключения деаэратора к паровой и водяной уравнительным линиям;дренажным трубопроводом 18; патрубком отвода деаэрированной воды 16.
Опыт эксплуатации атмосферных деаэрационных установок показывает, что независимо от причины ухудшения эффективности деаэрации воды, использование парового барботажа в водяном объеме деаэраторного бака позволяет эту эффективность повысить.
Даже если деаэрационная колонка обеспечивает требуемое качество деаэрированной воды, то барботажное устройство деаэраторного бака работает как барьерное, уменьшающее вероятность проскока в деаэрированную воду растворенных газов и расширяющее допустимый диапазон изменения гидравлической и тепловой нагрузок деаэратора при сохранении требуемого качества деаэрированной воды. В этом случае паровой барботаж в деаэраторном баке обеспечивает некоторый перегрев воды относительно температуры насыщения и тем самым защищает воду от повторного заражения газами.
Кроме того, необходимо помнить, что оставшаяся в воде после деаэрационной колонки часть газов содержится в дисперсной форме и представляет собой множе- ство мельчайших газовых пузырьков, размеры которых настолько малы, что не обеспечивают их самостоятельного всплытия за счет действия выталкивающей силы. В деаэраторе без барботажа в водяном объеме бака эти пузырьки попадут в деаэрированную воду. Паровой барботаж, обеспечивающий интенсивное перемешивание и турбулизацию объема воды в баке, способствует выделению из воды части газов, находящихся в дисперсной форме, повышая эффективность деаэрации в целом.
Таким образом, затопленное барботажное устройство деаэраторного бака часто оказывается необходимым даже при использовании современных двухступенчатых деаэрационных колонок.
Рассмотрим, в качестве примера, барботажное устройство системы ЦКТИ (рис. 3.2.).
Рис. 3.2. Принципиальная схема барботажного устройства деаэраторного бака системы ЦКТИ: 1 - барботажный лист; 2 - верхняя полка; 3 - шахта подъемного движения; 4 - отвод деаэрированной воды; 5 - деаэрационная колонка; 6 - деаэраторный бак; 7 - подвод барботажного пара; 8 - подвод основного пара; сплошные линии-направление движения воды; пунктирные линии - направления движения пара
Вода проходит через канал, образованный поверхностью барботажного листа 1 и верхней полкой 2, и при этом движении обрабатывается паром, выходящим из отверстий барботажного листа. Пароводяная смесь, выходя из канала, поступает в специально организованную шахту подъемного движения 3, в верхней части кото-рой пар и выделившиеся из воды газы отделяются от воды и отводятся в надводное пространство деаэраторного бака и смешиваются с потоком основного пара, а вода опускается в водяном объеме бака к патрубку отвода деаэрированной воды 4.
Собственно деаэраторные баки (см. пример на рис. 3.4) представляют собой горизонтально расположенные цилиндрические сосуды с эллиптическими, реже коническими, днищами, устанавливаемые на двух опорах. Причем для баков полезной емкостью 25 м 3 и более одна из опор является подвижной (роликовой), обеспечивающей компенсацию температурных расширений бака при пусках и остановах деаэратора. Баки полезной емкостью 8 м 3 и более оборудуются специальными пояса-ми, обеспечивающими требуемую жесткость корпуса.
Рис. 3.4. Общий вид деаэраторного бака полезной емкостью75 м 3: А - штуцер под деаэрационную колонку; Б - штуцер подключения предохранительно-сливного устройства по пару; В- штуцер подвода основного пара; Г- дренажный штуцер; Д- штуцер отвода деаэрированной воды; Е- штуцер подключения предохранительно-сливного устройства по воде; Ж- штуцеры для подключения указателя уровня; С- штуцер для сброса от сепаратора непрерывной продувки котла; Т- штуцер для ввода питательной воды из линии рециркуляции питательных насосов; У- штуцер ввода перегретых конденсатов; Ф- штуцер для ввода паровоздушной смеси из парового пространства подогревателей; Ц- штуцер подвода пара к затопленному барботажному устройству деаэраторного бака; Ч- резервный штуцер
Колонки сочленяются с деаэраторными баками, как правило, с помощью сварки. В конструкциях современных деаэраторов колонка располагается около одного из торцов деаэраторного бака, отвод деаэрированной воды из бака осуществляется со стороны противоположного торца. Этим достигается максимально возможное при заданных геометрических характеристиках время выдержки воды в деаэратор- ном баке при температуре, близкой к температуре насыщения, и соответственно наибольшая эффективность деаэрации.
Деаэраторные баки оборудуются люком, обеспечивающим доступ внутрь бака его для осмотра и ремонта, а также осмотра и ремонта нижних устройств деаэрационной колонки, штуцерами для подключения предохранительно-сливного устройства по пару и воду (последний монтируется внутри бака и оканчивается переливной воронкой, высота расположения верхней кромки которой определяет предельный уровень воды в баке). Предусмотрены штуцеры для подключения деаэратора к паровой и водяной уравнительным линиям, необходимым при параллельной работе нескольких деаэраторов, штуцер отвода деаэрированной воды, подвода основного и барботажного пара, дренажный штуцер, а также ряд штуцеров для сброса высокопотенциальных потоков, температура которых больше, чем температура насыщения при рабочем давлении в деаэраторе, или ввода потоков уже деаэрированной воды. Если перегретые относительно температуры насыщения в деаэраторе потоки направить не в деаэраторный бак, а в деаэрационную колонку, то образующийся при их вскипании пар может нарушить нормальную вентиляцию парового пространства деаэратора, что, в свою очередь, приведет к ухудшению эффективности деаэрации воды.
В производственных и отопительных котельных для защиты от коррозии поверхностей нагрева, омываемых водой, а также трубопроводов необходимо из питательной и подпиточной воды удалять коррозионно-агрессивные газы (кислород и углекислый газ), что наиболее эффективно обеспечивается термической деаэрацией воды. Деаэрацией называется процесс удаления из воды растворённых в ней газов.
При подогреве воды до температуры насыщения при данном давлении парциональное давление удаляемого газа над жидкостью снижается, и растворимость его снижается до нуля.
Удаление коррозионно-агрессивных газов в схеме котельной установки осуществляется в специальных устройствах — термических деаэраторах.
Технические характеристики
| Обозначение | ДА-5/2 | ДА-15/4 | ДА-25/8 | ДА-50/15 | ДА-100/25 |
| Производительность, т/ч | 5 | 15 | 25 | 50 | 100 |
| Давление рабочее избыточное, МПа | 0,02 | ||||
| Температура деаэрированной воды, °С | 104,25 | ||||
| Диапазон производительности, % | 30-120 | ||||
| Максимальный и минимальный подогрев воды в деаэраторе, °С | 40-10 | ||||
| Начальное содержание растворенного кислорода в деаэрируемой (исходной) воде, мг/кг | 3 | ||||
| Остаточное содержание растворенного кислорода в деаэрированной воде, мкг/кг | 20 | ||||
| Содержание свободной углекислоты в деаэрируемой (исходной) воде, мг/кг | 20 | ||||
| Содержание свободной углекислоты в деаэрированной воде | следы | ||||
| Деаэрационная колонка, габариты, мм | 518/518/2230 | 518/518/2195 | 518/518/2915 | 800/800/2358 | 1000/1000/2365 |
| Полезная емкость аккумуляторного бака, м? | 2 | 4 | 8 | 15 | 25 |
| Тип деаэраторного бака | БДА-2 | БДА-4 | БДА-8 | БДА-15 | БДА-25 |
| Типоразмер охладителя выпара | ОВА-2 | ||||
| Общие габариты, мм | 2680/1212/3640 | 4100/1212/3760 | 4705/1616/3690 | 5650/2016/4350 | 7505/2216/4570 |
| Вес, кг | 2020 | 2260 | 3100 | 4990 | 8300 |
Устройство и принцип работы
Термический деаэратор атмосферного давления серии ДА состоит из деаэрационной колонки, установленной на аккумуляторном баке. В деаэраторе применена двухступенчатая схема дегазации 1 ступень — струйная, 2 — барботажная, причем обе ступени размещены в деаэрационной колонке, принципиальная схема которой приведена на рис. 1. Потоки воды, подлежащей деаэрации, подаются в колонку 1 через патрубки 2 на верхнюю перфорированную тарелку 3. С последней вода стекает струями на расположенную ниже перепускную тарелку 4, откуда узким пучком струи увеличенного диаметра сливается на начальный участок непровального барботажного листа 5. Затем вода проходит по барботажному листу в слое, обеспечиваемом переливным порогом (выступающая часть сливной трубы), и через сливные трубы 6 сливается в аккумуляторный бак, после выдержки в котором отводится из деаэратора по трубе 14 (см. рис. 2), весь пар подается в аккумуляторный бак деаэратора по трубе 13 (см. рис. 2), вентилирует объем бака и попадает под барботажный лист 5. Проходя сквозь отверстия барботажного листа, площадь которых выбрана с таким расчетом, чтобы исключить провал воды при минимальной тепловой нагрузке деаэратора, пар подвергает воду на нем интенсивной обработке. При увеличении тепловой нагрузки давление в камере под листом 5 возрастает, срабатывает гидрозатвор перепускного устройства 9 и избыточный пар перепускается в обвод барботажного листа через пароперепускную трубу 10. Труба 7 обеспечивает залив гидрозатвора перепускного устройства деаэрированной воды при снижении тепловой нагрузки. Из барботажного устройства пар через отверстие 11 направляется в отсек между тарелками 3 и 4. Парогазовая смесь (выпар) отводится из деаэратора через зазор 12 и патрубок 13. В струях происходит подогрев воды до температуры, близкой к температуре насыщения; удаление основной массы газов и конденсация большей части пара, подводимого в деаэратор. Частичное выделение газов из воды в виде мелких пузырьков идет на тарелках 3 и 4. На барботажном листе осуществляется догрев воды до температуры насыщения с незначительной конденсацией пара и удаление микроколичеств газов. Процесс дегазации завершается в аккумуляторном баке где происходит выделение из воды мельчайших пузырьков газа за счет отстоя.
Деаэрационная колонка приваривается непосредственно к аккумуляторному баку, за исключением тех колонок, которые имеют фланцевое соединение с деаэраторным баком. Относительно вертикальной оси колонка может быть ориентирована произвольно, в зависимости от конкретной схемы установки. Корпуса деаэраторов серии ДА изготавливаются из углеродистой стали, внутренние элементы — из нержавеющей стали, крепление элементов к корпусу и между собой осуществляется электрической сваркой.
Принципиальная схема деаэрационной колонки атмосферного давления с барботажной ступенью.
Комплект поставки
В комплект поставки деаэрационной установки входит (завод-изготовитель согласует с заказчиком комплектность поставки деаэрационной установки в каждом отдельном случае):
- деаэрационная колонка;
- регулирующий клапан на линии подвода химически очищенной воды в колонку для поддержания уровня воды в баке;
- регулирующий клапан на линии подвода пара для поддержания давления в деаэраторе;
- мановакууметр;
- вентиль запорный;
- указатель уровня воды в баке;
- манометр;
- термометр;
- предохранительное устройство;
- охладитель выпара;
- вентиль запорный муфтовый;
- водосливная труба;
- техдокументация.
Схемы
Принципиальная схема включения деаэрационной установки атмосферного давления:
1 — подвод химочищенной воды; 2 — охладитель выпара; 3, 5 — выхлоп в атмосферу; 4 — клапан pегулировки уровня, 6 — колонка; 7 — подвод основного конденсата; 8 — предохранительное устройство; 9 — деаэрационный бак; 10 — подвод деаэрированной воды; 11 — манометр; 12 — клапан регулировки давления; 13 — подвод горячего пара; 14 — отвод деаэрированной воды; 15 — охладитель проб воды; 16 — указатель уровня; 17 — дренаж; 18 — мановакууметр.
Узнать цены или
купить ДА
можно через форму запроса цены или форму заказа оборудования . Консультацию специалиста можно получить по телефону 8-800-555-6001 .Иностранная терминология
В значительной части зарубежных систем технических терминов нет единого термина «деаэратор» для описания элемента тепловой схемы станции в виде бака с колонкой; например, в немецком колонка называется Entragaserdom, и понятие «деаэратор» (Entgaser) относится только к ней, а бак запаса питательной воды - Speisewasserbehälter. В последнее время и в некоторых русскоязычных публикациях (о нетрадиционных для наших предприятий конструкциях либо переводных) бак отделяют от деаэратора.
Назначение
- Защита трубопроводов и оборудования от коррозии .
- Недопущение воздушных пузырей, нарушающих проходимость гидравлических систем, нормальную работу форсунок и т. д.
- Защита насосов от кавитации .
Принцип действия
В жидкости газ может присутствовать в виде:
- собственно растворённых молекул ;
- микропузырьков (порядка 10 −7 ), образующихся вокруг частиц гидрофобных примесей;
- в составе соединений, разрушающихся на последующих стадиях технологического цикла с выделением газа (например, NaHCO 3).
В деаэраторе происходит процесс массообмена между двумя фазами : жидкостью и парогазовой смесью. Кинетическое уравнение для концентрации растворённого в жидкости газа при его равновесной (с учётом содержания во второй фазе) концентрации , исходя из закона Генри , выглядит как
,где - время; f - удельная поверхность раздела фаз; k - скоростной коэффициент, зависящий, в частности, от характерного диффузионного пути , который газ должен преодолеть для выхода из жидкости. Очевидно, для полного удаления газов из жидкости требуется (парциальное давление газа над жидкостью должно стремиться к нулю, то есть выделившиеся газы должны эффективно удаляться и замещаться паром) и бесконечное время протекания процесса. На практике задаются технологически допустимой и экономически целесообразной глубиной дегазации.
В термических деаэраторах, основанных на принципе диффузионной десорбции , жидкость нагревается до кипения ; при этом растворимость газов близка к нулю, образующийся пар (выпар) уносит газы ( снижается), а коэффициент диффузии высок (растёт k ).
В вихревых деаэраторах собственно обогрева жидкости не происходит (это делается в теплообменниках перед ними), а используются гидродинамические эффекты, вызывающие принудительную десорбцию : жидкость разрывается в самых слабых местах - по микропузырькам газа, а затем в вихре фазы разделяются силами инерции под действием разности плотности .
Кроме того, известны небольшие установки, где некоторая степень деаэрации достигается облучением жидкости ультразвуком . При облучении воды ультразвуком интенсивностью порядка 1 Вт /см 2 происходит снижение на 30-50 %, k возрастает примерно в 1000 раз, что приводит к коагуляции пузырьков с последующим выходом из воды под действием Архимедовой силы .
Выпар
Выпар - это смесь выделившихся из воды газов и небольшого количества пара, подлежащая эвакуации из деаэратора. Для нормальной работы деаэраторов распространённых конструкций его расход (по пару по отношению к производительности) должен составлять не менее 1-2 кг/т, а при наличии в исходной воде значительного количества свободной или связанной углекиcлоты - 2-3 кг/т. Чтобы избежать потерь рабочего тела из цикла, выпар на крупных установках конденсируют . Если охладитель выпара, применяемый для этой цели, устанавливается на исходной воде деаэратора (как на рис.), она должна быть достаточно сильно недогрета до температуры насыщения в деаэраторе. При использовании выпара на эжекторах он конденсируется на их холодильниках, и специальный теплообменник не нужен.
Термические деаэраторы
Термические деаэраторы классифицируютя по давлению.
Атмосферные деаэраторы (см. рис.) требуют наименьшей толщины стенок; выпар удаляется из них самотёком под действием небольшого избытка давления над атмосферным. Вакуумные деаэраторы могут работать в условиях, когда на котельной нет пара; однако им требуется специальное устройство для отсоса выпара (вакуумный эжектор) и б́ольшая толщина стенок, к тому же бикарбонаты при низких температурах разлагаются не полностью и есть опасность повторного подсоса воздуха по тракту до насосов . Деаэраторы ДП имеют больш́ую толщину стенок, зато их применение в схеме ТЭС позволяет сократить количество металлоёмких ПВД и использовать выпар как дешёвую рабочую среду для пароструйных эжекторов конденсатора ; деаэрационная приставка конденсатора, в свою очередь, является вакуумным деаэратором.
Как теплообменные аппараты термические деаэраторы могут быть смесительными (обычно, греющие пар и/или вода подаются в объём деаэратора) или поверхностными (греющая среда отделена от нагреваемой поверхностью теплообмена); последнее часто встречается у вакуумных подпиточных деаэраторов теплосетей.
По способу создания поверхности контакта фаз смесительные деаэраторы подразделяются на струйные , плёночные и барботажные (встречаются смешанные конструкции).
В струйных и плёночных деаэраторах основным элементом является колонка деаэратора - устройство, в котором вода стекает сверху вниз в бак, а греющий пар поднимается снизу вверх на выпар, попутно конденсируясь на воде. В небольших деаэраторах колонка может быть интегрирована в один корпус с баком; обычно же она выглядит как вертикальный цилиндр, пристыкованный сверху к горизонтальному баку (цилиндрической ёмкости с эллиптическими либо коническими днищами). Сверху находится водораспределитель, снизу - парораспределитель (например, кольцевая перфорированная труба), между ними - активная зона. Толщина колонки данной производительности определяется допустимой плотностью орошения активной зоны (расходом воды через единицу площади).
В деаэраторах струйного типа вода проходит активную зону в виде струй, на которые она может быть разбита 5-10 дырчатыми тарелками (кольцевые с центральным проходом пара чередуются с круговыми меньшего диаметра , обтекаемыми по краю). Струйные деаэрационные устройства имеют простую конструкцию и малое паровое сопротивление, но интенсивность деаэрации воды сравнительно низка. Колонки струйного типа имеют большую высоту (3,5-4 м и более), что требует высокого расхода металла и неудобно при ремонтных работах. Такие колонки применяются как первая ступень обработки воды в двухступенчатых деаэраторах струйно-барботажного типа.
Также существуют форсуночные (капельные) деаэраторы , где вода разбрызгивается из форсунок в капельном виде; эффективность за счёт измельчения фазы велика, однако работа форсунок ухудшается при засорении и при сниженных расходах, а на преодоление сопротивления сопел уходит очень много электроэнергии .
В деаэраторах с колонками плёночного типа поток воды расчленяется на пленки, обволакивающие насадку-заполнитель, по поверхности которой вода стекает вниз. Применяется насадка двух типов: упорядоченная и неупорядоченная. Упорядоченную насадку выполняют из вертикальных, наклонных или зигзагообразных листов, а также из укладываемых правильными рядами колец, концентрических цилиндров или других элементов. Преимущества упорядоченной насадки - возможность работы с высокими плотностями орошения при значительном подогреве воды (20-30 °C) и возможность деаэрации неумягчённой воды. Недостаток - неравномерность распределения потока воды по насадке. Неупорядоченная насадка выполняется из небольших элементов определенной формы, засыпаемых произвольно в выделенную часть колонки (кольца, шары , сёдла , омегаобразные элементы). Она обеспечивает более высокий коэффициент массоотдачи, чем упорядоченная насадка. Пленочные деаэраторы малочувствительны к загрязнению накипью, шламом и окислами железа, но более чувствительны к перегрузке.
В деаэраторах барботажного типа поток пара, который вводится в слой воды, дробится на пузыри . Преимуществом этих деаэраторов является их компактность при высоком качестве деаэрации. В них происходит некоторый перегрев воды относительно температуры насыщения, соответствующей давлению в паровом пространстве над поверхностью. Величина перегрева определяется высотой столба жидкости над барботажным устройством. При движении увлекаемой пузырьками пара воды вверх происходит её вскипание , способствующее лучшему выделению из раствора не только кислорода , но и углекислоты , которая в деаэраторах других типов удаляется из воды не полностью; в том числе разлагаются и бикарбонаты NaHCO 3 , турбулизация жидкости. Эффективность барботажных устройств снижается при значительном уменьшении удельного расхода пара. Для обеспечения глубокой деаэрации вода в деаэраторе должна подогреваться не менее чем на 10 °C, если нет возможности для увеличения расхода выпара. Барботажные устройства могут быть затопленными в баке в виде перфорированных листов (при этом трудно обеспечить беспровальный режим) или устанавливаться в колонке в виде тарелок.
Показатели и обозначения
Производительность деаэратора - расход деаэрированной воды на выходе из деаэратора. В деаэраторах типа ДВ при использовании в качестве греющей среды (теплоносителя) перегретой деаэрированной воды расход последней в производительность не входит.
Полезная вместимость деаэраторного бака - расчетный полезный объём бака, определяемый в размере 85 % его полного объёма.
ГОСТ устанавливает ряды для подбора ёмкости баков (для ДА 1-75 м³, ДП 65-185 м³) и производительности (1-2800 /). Деаэратор обозначается по принципу ДА(ДП,ДВ)-(производительность, т/ч)/(полезная вместимость бака, м³) ; колонки отдельно КДА(КДП)-(производительность) , баки БДА(БДП)-(вместимость) .
Вихревые деаэраторы
Литература
- Рихтер Л. А., Елизаров Д. П., Лавыгин В. М. Глава третья. Деаэраторы // Вспомогательное оборудование тепловых электростанций. - М .: Энергоатомиздат, 1987. - 216 с.
- Кувшинов О. М. Ржа? Долой кислород! . kwark.ru . «Наука и жизнь » № 12 (2006). Архивировано из первоисточника 8 апреля 2012. Проверено 3 сентября 2011.
- Кувшинов О. М. Щелевые деаэраторы КВАРК - эффективное устройство для деаэрации жидкости . kwark.ru . «Промышленная энергетика» № 7 (2007).
Здравствуйте уважаемые заказчики предприятия МеталлЭкспортПром и кто интересуется нашей продукцией. Сегодня я хочу подробно рассказать какие бывают деаэраторы дп - повышенного давления , которые редко, но все же применяются и представляют собой технически сложные и ответственные емкости. Всем кто работает с таким оборудованием знаком деаэратор атмосферный или вакуумный, а вот устройства о которых я сейчас говорю знают не многие. И так по-порядку.
Само название говорит о том, что устройство в отличие от обычных аппаратов, работает при повышенном давлении. В серии ДА используется давление 0,12 МПа, а в серии ДП, про которую мы сейчас говорим от 0,23 до 1,08 МПа у ДП1000/120 , это в девять раз больше, чем у атмосферников. Соответственно и стенки сосудов гораздо толще. Если интересно сразу посмотреть технические характеристики, то переходим и для АЭС , или читаем далее.
Сам аппарат относится к емкостному оборудованию, подробней о емкостях можно посмотреть , но так как внутри его протекают и процессы теплообмена, то его можно отнести и к теплообменникам, о которых все написано в этом разделе . Давайте рассмотрим из чего он состоит.
А состоит он из деаэрационной колонки, условное обозначение кдп, начиная с кдп-80 до кдп-6000, расшифровывается соответственно КДП - колонка деаэратора повышенного давления, а числа рядом это номинальная производительность измеряемая в тоннах в час или т/ч, т.е. бывают от 80 до 6000 тонн в час. Производительность деаэратора это количество подготовленной воды на выходе из него, т.е. сколько он может обработать и выдать воды в тоннах в час. И так таких колонок может быть от одной до четырех и более, в отличии от простого атмосферного деаэратора с одной колонкой, и они могут быть, как вертикальные, так и горизонтальные, в зависимости от устройства аппарата.Теперь рассмотрим какую функцию выполняет колонка. Для этого начнем с самого начала, а зачем нужен вообще сам деаэратор дп и куда и где он устанавливается.
А устанавливают их на ТЭС и АЭС, в которых имеются энергетические котлы с начальным давлением пара от 10 МПа, в отличии от атмосферных работающих соответственно при малом атмосферном давлении и с малыми водогрейными котлами при давлении 0,07 МПа. Разница налицо, давление пара энергетических котлов в сто с лишним раз больше, впрочем как и они сами. Давайте далее рассмотрим, чтобы было понятней сам процесс водоподготовки, так как весь емкостный и теплообменный аппарат для этого и предназначен.
Водоподготовка
Так как мы рассматриваем тепловые и атомные электрические станции, то и рассмотрим процессы в них протекающие. Любая электрическая станция нужна для получения электроэнергии, которая дальше идет в дома или на предприятия. А откуда она берется? Ее вырабатывает генератор, который приводит в движение турбина, для работы которой нужен пар, а пар вырабатывает парогенератор или сам паровой котел,в зависимости от устройства станции. Но пар должен откуда-то образовываться, а получается он путем испарения питательной воды.
Вода поступающая в реактор или котел должна быть очищена, как от механических примесей, так и от газов, которые могут в ней присутствовать. Вот эти примеси могут откладываться на стенках трубопроводов и самих котлов, тем самым уменьшая процессы протекания жидкостей и теплообмен, а присутствующие в воде газы вызывают коррозию труб стенок котлов. Все это не только приводит к ухудшению эффективности работы, но может вызвать и аварийную ситуацию. Чтобы это не допустить и нужна водоподготовка и водоочистка, в которой непосредственное участие и принимает в нашем случае, который удаляет коррозионно активные газы их питательной воды реакторов и паровых котлов.
Только в аэс имеются два контура. В первый вода подготавливается и заливается. И этот контур работает многие месяцы, а вот второй контур работает несколько иначе, читаем далее. Есть и одноконтурные, тогда теплоноситель вода проходит полный цикл от котла через парогенератор до турбины, потом в конденсатор и снова в реактор.Такие станции дешевле, но оборудование работает в условиях радиации. Поэтому двухконтурные более безопасные, так как радиоактивная вода движется только в замкнутом первом контуре, который находится за кожухом и бетоном, это сам реактор, взаимодействие идет в парогенераторе, но это уже не так сильно.
Процессы протекающие в аэс
Рассмотрим все процессы от начала до конца на примере атомной электрической станции, но только те касаемо нашей темы. И так. Есть сердце станции это реакторный блок, внутри которого находятся стержни, в которых и протекает ядерная реакция. При этом выделяется огромное количество тепла. Эта емкость находится внутри другой емкости, между которыми и находится вода. Т.е. два бака представляют собой ядерный котел, внутри которого протекает ядерная реакция и нагревает воду в промежутке между ними.
Нагретая вода попадает в теплообменник, называемый парогенератор, проходит через него отдавая теплоту, и выходит из него и далее нагнетается циркуляционным насосом снова в котел. Это первый контур. И он замкнутый, т.е. вода заливается туда и циркулирует большое время, конечно иногда пополняясь.
Но есть и второй контур. В теплообменный аппарат- парогенератор, нагнетается насосом вода почти кипящей и в нем уже закипает превращаясь в пар, для этого служит являющийся частью генератора. Пар выходит и бьет по лопаткам турбины приводя ее в движение, вращается ротор, который связан с ротором генератора. А генератор и вырабатывает электрическую энергию. Так вот пар проходя через турбину не рассеивается, зачем его терять, а выходит из турбины и попадает в конденсатор, служащий для конденсации пара и превращения его в жидкость.
Можно более подробно ознакомиться с конденсаторами .
Водоочистка
Конденсат на выходе из конденсатора попадает в деаэрационную колонку сверху. Другая часть пара на выходе из турбины из второго отбора, так же подается в колонку только снизу. Конденсат движет вниз, а пар ему навстречу. В результате этого процесса коррозионные газы их смесь, называемая выпаром, кислород, азот и другие поднимаются на верх и выходят попадая в охладитель выпара , который представляет собой кожухотрубный теплообменник с набором латунных или нержавеющих теплообменных труб. Пар конденсируется и попадает в бак, а газы отводятся в атмосферу. Так выглядит процесс водоочистки, который тесно связан с деаэрацией.
С колонками для атмосферных деаэраторов можно ознакомиться . Там же рассмотрен подробно и принцип ее работы и назначение.
Деаэрация
Деаэрация это процесс подготовки питательной воды для котлов, связанный с удалением газов. И так в колонке вода очищается от газов и сливается в деаэраторный бак, накапливаясь в нем. Далее насос и накачивает ее в теплообменник парогенератор. Вода внутри поднимается и нагревается водой первого контура и попадает в испаритель.
