Испытание вакуумного деаэратора. Деаэраторы вакуумные

Рис. 1. Принципиальная схема двухступенчатого

вертикального вакуумного деаэратора.

В каталоге приведены данные о ваккумных деаэраторах типа ДВ производительностью 5, 15, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 800 т/ч. Они предназначены для дегазации добавочной воды энергетических котлов и подпитачной воды систем теплоснабжения на ТЭЦ и в котельных, главным образом, водогрейных. В качестве теплоносителя в них может использоваться перегретая деаэрированная вода и пар.

Вертикально вакуумные деаэраторы производительностью 5-300 т/ч. На рис. 1 представлена конструктивная схема струйно-барботажных вертикальных вакуумных деаэраторов производительностью 5-300 т/ч, разработанных НПО ЦКТИ им. И.И. Ползунова в середине 60-х годов и изготовляемых ООО "Котломаш".

Вода, направляемая на дегазацию по трубе 1 , попадает на верхнюю тарелку 6 . Последняя секционирована с таким расчетом, что при минимальной (30%) нагрузке работает только часть отверстий во внутреннем секторе. При увелечении нагрузки включаются в работу дополнительные ряды отверстий. Секционирование верхней тарелки исключает гидравлические перекосы по пару и воде при изменениях нагрузки и во всех случаях обеспечивает обработку струй воды паром. Пройдя струйную часть, вода попадает на перепускную тарелку 5 , предназначенную для сбора и перепуска воды на начальный участок, расположенный ниже барботажной тарелки 3 . Перепускная тарелка 5 имеет отверстие в виде сектора, который с одной стороны примыкает к вертикальной сплошной перегородке 8 , идущей вниз до основания корпуса колонки. Вода с перепускной тарелки 5 направляется на непровальную барботажную тарелку 3 , выполненную в виде кольца с рядами отверстий, ориентированными перпендикулярно потоку воды.

К барботажной тарелке примыкает водосливный порог 9 , который проходит до нижнего основания деаэратора. Вода протекает по барботажному листу, переливается через порог и попадает в сектор, образуемый порогом 9 и перегородкой 8 , а затем отводится из деаэратора через трубу 11 . Весь пар подводится под барботажную тарелку по трубе 2 . Под тарелкой 3 устанавливается паровая подушка, и пар, проходя через отверстия, барботирует воду. С увеличением нагрузки, а следовательно, и расхода пара, высота паровой подушки увеличивается и избыточный пар перепускается в отвод барботажного листа через отверстия в перепускных трубах 4 . Затем пар проходит через горловину в перепускной тарелке 5 и поступает в струйный отсек, где большая часть конденсируется. Парогазовая смесь отсасывается по трубе 7 .

При использовании в качествегреющей среды перегретой воды последняя также подается под барбатажную тарелку по трубе 2 . Попадая в область с давлением ниже атмосферного, вода вскипает, образуя под листом паровую подушку. Вода, оставшаяся после вскипания, по подоперепускной трубе 10 поступает на барботажную тарелку, где проходит оброботку совместно с исходным потоком воды. Дальнейший путь пара, выделившегося из перегретой воды, не отличается от описанного выше.

Вся колонка изготавляется цельносварной. Для возможности ее разъема предусматривается монтажный стык, расположенный выше перепускной тарелки.

На рис. 2 приведена схема компоновки вертикального вакуумного деаэратора с охладителем выпара поверхностного типа. Часть потока исходной воды пропускается через охладитель выпара. Для обеспечения необходимого расхода выпара при всех нагрузках деаэратора расход воды на охладитель выпара должен соответствовать номинальной производительности и поддерживаться постоянным. Конденсат из охладителя выпара рекомендуется отводить отдельным трубопроводом через гидрозатвор в дренаж или на верхнюю тарелку дааэратора. С этой целью охладитель наклонен в сторону отвода конденсата (уклон 1:10).

Рис. 2. Схема компоновки вертикального вакуумного деаэратора с охладителем выпара поверхностного типа:

1 - вакуумный деаэратор; 2 - охладитель выпара; 3 - подвод греющей среды; 4 - подвод исходной воды; 5 - отвод деаэрированной воды; 6 - отвод конденсата; 7 - отвод газов.

Горизонтальные вакуумные деаэраторы производительностью 400 и 800 т/ч. ОАО НПО ЦКТИ разработаны горизонтальные вакуумные струйно-барботажные деаэраторы производительностью 400 и 800 т/ч. В качестве барботажной ступени в этой конструкции применена непровальная перфорированная тарелка.

Деаэратор независимо от производительности представляет собой цилиндр диаметром 3 м, в котором размещены все деаэрирующие элементы и охладитель выпара смешивающего типа.

На рис. 3 представлена принципиальная схема горизонтального вакуумного деаэратора с учетом изменений, внесенных в его конструкцию после начала производства (модернизированный вариант).

Рис. 3. Принципиальная схема двухступенчатого горизонтального вакуумного деаэратора.

Исходная вода через штуцер 1 поступает в распределительный коллектор 2 (сюда же попадается поток химически очищенной воды от системы охлаждения пароструйного эжектора) и далее на первую тарелку 3 . Перфорация первой тарелки рассчитана на пропуск 30% воды при номинальной нагрузке деаэратора. Остальная вода через порог 13 сливается на вторую тарелку 4 . При нагрузках, отличных от номинальной, происходит перераспределение расходов воды через отверстия и перелив, однако, расход воды в отверстиях не может превысить 30% номинальной нагрузки.

Прошедшая сквозь отверстия первой тарелки вода сливается струями также на вторую тарелку. Вторая тарелка является основной, ее зона перфорации секционирована перегородкой таким образом, что при минимальной нагрузке работает только часть отверстий тарелки. С увеличением нагрузки включаются в работу все отверстия. Таким образом исключается возможность перекосов по пару и воде.

Со второй тарелки 4 вода стекает струями на третью тарелку 6 , которая служит для организации подачи воды на начало барботажного листа 10 . Перфорированная часть тарелки 6 невелика и максимально приближена к ее борту. Обработанная на непровальном барботажном листе 10 вода отводится из деаэратора по трубе 7 . Греющая среда (перегретая деаэрированная вода) подается в деаэратор через перфорированную трубу 9 . При этом вода вскипает, и выделившийся пар поступает под барботажный лист, а оставшаяся вода по каналу 8 вытесняется на уровень барботажного листа и отводится из деаэратора, смешиваясь с деаэрированной водой.

Пар, проходя сквозь отверстия барботажного листа и слой воды на нем, догревает и интенсивно обрабатывает воду. При этом под листом 10 образуется соответствующая паровая подушка, высота которой с увеличением расхода пара возрастает, и избыточный пар перепускается трубой 12 в струйный отсек между второй и третьей тарелками. Сюда же направляется пар, прошедший сквозь отверстия барботажного листа, пересекая при этом струйный поток, сливающийся с третьей тарелки. В этом отсеке осуществляется основной подогрев воды и конденсации пара. Трубы 5 обеспечивают дополнительную вентиляцию зоны отвода деаэрированной воды.

В отсеке между первой и второй тарелками происходит конденсация оставшегося пара. Охлажденные неконденсирующиеся газы отсасываются эжектором по трубе 14 . Патрубок 11 служит для подачи в деаэратор пара в качестве дополнительного теплоносителя в схемах приготовления добавочной воды энергетических котлов. По трубе 9 в этом случае подается конденсат с производства.

ООО "Котломаш" выпускает вакуумные деаэраторы производительностью 400 и 800 т/ч, все внутренние элементы которых изготовляются из нержавеющей стали.

Вакуумные деаэраторы не имеют запаса воды в своем корпусе. При сливе деаэрированной воды самотеком в аккумуляторные баки уровень ее колеблется в сливном трубопроводе в зависимости от давления в деаэраторе, уровня воды в баке-аккумуляторе для устойчивой работы последнего необходимо предусматривать промежуточный бак атмосферного давления или вакуумный коллектор с регулируемым уровнем воды в них, причем вакуумный коллектор может применяться только в схемах с постоянной (базовой) нагрузкой деаэраторов и устанавливается непосредственно под деаэраторами. Для слива деаэрированной воды в аккумуляторные баки самотеком вакуумные деаэраторы должны размещаться на отметке, превышающей верхний уровень воды в баке не менее чем на 10 м.

Система автоматического регулирования вакуумной деаэрационной установки обеспечивает подвод к деаэратору греющей среды в количестве, необходимом для подогрева до температуры насыщения исходного потока воды и обеспечения требуемого расхода выпара (автоматическое регулирование давление в деаэраторе), и поддерживает, в случае необходимости, постоянный уровень в баке.

Вакуумные деаэраторы следует защищать от переполнения и от опасного повышения давления. Наиболее просто вопрос защиты решается при сливе деаэрированной воды самотеком в промежуточные (или аккумуляторные) баки атмосферного давления при обязательном отсутствии запорной и регулирующей арматуры на сливных трубопроводах. В этом случае защита осуществляется через переливные гидрозатворы баков, рассчитанные на пропуск максимального расхода воды, поступающей в деаэратор при аварийных ситуациях. В остальных случаях защита должна выполняться с помощью гидрозатвора, присоединяемого к сливному трубопроводу или промежуточному коллектору. Высота гидрозатвора выбирается в зависимости от места его присоединения к системе. При подводе к деаэратору в качестве греющей среды пара необходимо также устанавливать предохранительный гидрозатвор на паропроводе между деаэратором и регулятором давления.

Комплектация вакуумных деаэраторов вспомогательным оборудованием (в количестве по 1 шт.) приведена в таблице 1, 2, 3.

Технические характеристики вакуумных деаэраторов

Таблица 1.

Подпитка теплосети на некоторых ТЭЦ достигает 2-4 тыс. т воды в час. Для деаэрации воды используется морально устаревшая техника, созданная в первой половине или в середине 20-го века. Это атмосферные деаэраторы ДА и ДСА и вакуумные деаэраторы типа ДСВ - струйные и струйно-барботажные деаэраторы, работающие на экстенсивных принципах тепло- и массообмена между деаэрируемой водой и деаэрирующим агентом - паром. В вакуумных деаэраторах типа ДСВ-800 и ДСВ-400 в качестве деаэрирующего агента применяется вода, перегретая выше температуры кипения при расчетном вакууме. При снижении давления перегретая вода вскипает, образуя пар, который барботируется через слой деаэрируемой воды и контактирует в противотоке со струями деаэрируемой воды, диспергируемыми при прохождении дырчатых тарелок.

Недостатки работы типовых вакуумных деаэраторов ДСВ:

■ резкое снижение качества деаэрации при нагрузках деаэратора выше 50% (по общему потоку воды);

■ снижение качества деаэрированной воды при переменных нагрузках;

■ перерасход электроэнергии на перекачку греющей воды из теплосети и обратно в сеть через деаэраторы при снижении давления воды до атмосферного;

■ потери пара на обеспечение вакуума паровыми эжекторами;

■ высокие затраты труда на обслуживание и ремонт большого количества деаэраторов, работающих при малых нагрузках.

Реконструкция деаэраторов

Решение проблемы деаэрации подпиточной воды на ТЭЦ с открытыми системами теплоснабжения рассмотрим на примере ТЭЦ-5 г. Омска .

На ТЭЦ-5 установлено 8 вакуумных деаэраторов типа ДСВ (ДСВ-800 - 7 шт. и ДСВ-400 - 1 шт.). Потери воды в теплосети составляют 1600 т/ч, которые должны восполняться деаэрируемой водой. В деаэраторы поступает 1600 т/ч деаэрируемой воды с температурой 20 О С и 1400 т/ч греющей воды с температурой 100 О С из теплосети. Суммарная производительность деаэраторов и общая подпитка теплосети составляет 3000 т/ч (53% деаэрируемой воды и 47% греющей). Температура деаэрированной воды - 57-62 О С. Процесс деаэрации происходит при глубоком вакууме.

Для осуществления этого проекта:

■ из деаэрационного бака деаэратора ДСВ-800 удаляют все устройства;

■ изготавливают и устанавливают над баком центробежновихревой деаэратор ДЦВ-800;

■ в верхней части бака устанавливают диспергаторы воды, поступающей в бак из ДЦВ-800;

■ на выпарном трубопроводе устанавливают подогреватель низкого давления в качестве охладителя выпара;

■ перед деаэратором устанавливают подогреватель деаэрированной воды, способный нагреть воду до 85 О С.

Деаэрационная установка работает без подачи в деаэратор пара или греющей воды, т.е. на, так называемом, «начальном эффекте». Вода вскипает, образуя выпар, с которым удаляются агрессивные газы. Схема реконструкции предусматривает также использование конденсата выпара в качестве обессоленной воды для паровых колов. Охлаждение воды в деаэраторе на 10 О С за счет образования выпара обеспечивает 16 кг конденсата на каждую тонну деаэрированной воды.

В результате реконструкции достигается следующее:

■ вместо восьми деаэраторов в работе остаются только два. Подпитка теплосети через деаэраторы сокращается с 3000 до 1600 т/ч (за счет ликвидации рециркуляции сетевой воды из теплосети в деаэраторы). Происходит перераспределение потоков греющего пара без увеличения количества отбираемого от турбин пара;

■ повышается температура нагреваемой в деаэраторе воды до 85 О С, вместо 50-65 О С, что приведет к уничтожению бактерий, находящихся в подпиточной воде;

■ обеспечивается высокое качество деаэрированной воды;

■ деаэратор может работать, как агрегат двойного назначения (деаэрация воды и выработка конденсата, один деаэратор выработает 12800 кг/ч конденсата, два - 25600 т/ч. При повышении температуры деаэрируемой воды можно увеличить количество получаемого конденсата).

Другим примером эффективного решения проблемы деаэрации является реконструкция деаэрационной установки в Кировской районной котельной г. Омска в 2008 г. Неработающий сетевой атмосферный деаэратор ДСА-300 был реконструирован в вакуумный производительностью 600 т/ч по указанной ниже схеме (рис. 2).

Деаэрируемая вода нагревается до 85 О С в паровом подогревателе 6, подается в ДЦВ-600 (первую ступень деаэрационной установки), где удаляется 98% агрессивных газов. Далее, частично деаэрированная вода, подается в капельный деаэратор 2, где удаляются остатки агрессивных газов (до значений ниже установленных норм). Деаэрация воды происходит за счет мгновенного испарения воды, перегретой выше температуры кипения, соответствующей вакууму в деаэраторе. Выпар поступает в контактный охладитель выпара (ОВК) 3, где конденсируется потоком деаэрируемой воды, поступающей из системы холодного водоснабжения. Из того же водопровода вода подается в водоструйный эжектор 5 (ЭВ-100 с расходом рабочей воды 100 т/ч). Вода из ОВК и из ЭВ-100 поступает в бак 8 (бак-га- зоотделитель), после которого насосом 7 подается в ДЦВ-600 через паровой подогреватель 6. Деаэрированная вода подается насосом 9 в аккумуляторные баки или непосредственно в обратный трубопровод теплосети.

После завершения реконструкции неудовлетворительно работавшие атмосферные форсуночные деаэраторы были отключены.

Ранее (в 2002 г.) аналогичная реконструкция сетевого атмосферного деаэратора в вакуумный с установкой ОВК, с увеличением производительности до 600 т/ч произведена на Черепетской ГРЭС (г. Суворов , Тульская область).

Решение проблемы кавитации насосов

Ранее проблема кавитации насосов, откачивающих деаэрированную воду из вакуумного деаэратора, решалась за счет установки деаэратора на отметке, превышающей отметку установки насоса на 14-17 м. Но в случае с деаэратором в Кировской котельной г Омска отметка установки деаэратора составила 5 м. Средний уровень воды в деаэраторном баке соответствует отметке 7 м. Всасывающий патрубок подпиточного насоса находился под вакуумом, что могло привести к кавитации и к прекращению подачи воды. Решение было найдено за счет рециркуляции 10% воды от нагнетательного патрубка насоса к рабочему колесу насоса. Трубопровод рециркуляции воды с соплом на конце был подведен к рабочему колесу насоса (рис. 3). Сопло разбивает воздушный или паровой пузырь перед рабочим колесом, что предотвращает завоздушивание или запаривание насоса (кавитацию). Такое решение позволяет работать откачивающему насосу при глубоком вакууме в баке-аккумуляторе деаэрационной установки, не поднимая бак на значительную высоту.

Ограничение области применения вакуумных деаэраторов

Согласно Постановлению Главного государственного санитарного врача РФ от 7 апреля 2009 г № 20 «Об утверждении СанПиН 2.1.4.2496-09» при открытой системе теплоснабжения деаэрация должна проводиться при температуре более 100 О С. Данное постановление трактуется как запрет на проектирование и эксплуатацию вакуумных деаэраторов при открытой системе теплоснабжения, что наносит экономике страны огромный экономический ущерб. Большинство ТЭЦ имеют вакуумную систему деаэрации. Они должны или реконструировать систему водоподготовки, или отказаться от деаэрации подпиточной воды, что приведет к коррозионному разрушению трубопроводов тепловых сетей и значительным затратам на их ремонт

Что могло послужить причиной выхода в свет такого постановления, и были ли на то причины?

Причины были. Например, в жилых домах возле котельной пос. Африканда Мурманской области (недалеко от АЭС в г. Полярные Зори) в 1999 г. при включении крана горячей воды можно было наблюдать, что из него вытекала жидкость, напоминающая в первые минуты деготь, затем воду серого цвета и только через несколько минут светлую воду.

В котельной с водогрейными котлами эксплуатировался вакуумный деаэратор ДСВ-100, осуществляющий нагрев деаэрируемой воды за счет смешения ее с греющей сетевой водой. Деаэрированная вода с температурой не более 60 О С поступала в аккумуляторный бак, из которого подавалась потребителям. Насосы рециркуляции воды водогрейных котлов были демонтированы, что не позволяло держать температуру греющей воды за котлами выше, чем предусматривал график отпуска тепла 95/70 О С (рециркуляционный насос позволяет, не нарушая температурного графика отпуска тепла, иметь большую температуру воды за котлом для работы деаэратора).

Из-за недостаточно высокой температуры деаэрированной воды в аккумуляторном баке развивались микроорганизмы, которые за несколько лет эксплуатации образовали на стенках бака колонии в виде черной грязи толщиной в несколько сантиметров. Эта грязь и попадала в систему ГВС.

Но даже в таких котельных можно эффективно решить все вопросы - восстановить рециркуляционные насосы и обеспечить достаточный нагрев воды для работы деаэраторов. Если бы вакуумные деаэраторы работали при температуре 80 О С, то не образовался бы такой слой колоний микроорганизмов. Можно было бы обязать периодически дезинфицировать аккумуляторные баки горячей водой с температурой 100 О С.

Другим примером (трагическим, но не показательным) является нарушение санитарно-эпидемиологических норм при подаче воды в систему ГВС в г. Верхняя Пышма летом 2007 г. в результате чего легионелезом было инфицировано 73 человека, пятеро скончались. Причиной стало нарушение технических регламентов и подача горячей воды с температурой ниже нормативной в трубопровод, который до этого был отключен от системы ГВС на срок 10 дней (деаэраторы в этом случае были не причем).

В большинстве же случаев причиной попадания микроорганизмов в систему горячего теплоснабжения являются не вакуумные деаэраторы, а аккумуляторные баки, эксплуатируемые без надзора. Микроорганизмы попадают в аккумуляторный бак с атмосферным воздухом, который заполняет его при периодическом опорожнении бака. Микроорганизмы осаждаются на стенках и размножаются, находясь над уровнем воды, когда и температура невысокая, и достаточно кислорода и влаги.

Следует заметить, что в атмосферных деаэраторах, несмотря на то, что они работают при температуре 104 О С, деаэрируемую воду перед подачей в аккумуляторные баки охлаждают до 70-80 О С, и микроорганизмы все равно могут развиваться в аккумуляторных баках, если их периодически не дезинфицировать.

Действительно ли при 80 О С микроорганизмы не прекращают свое развитие и продолжают образовывать колонии? Если бы в Постановлении было указано 80 О С вместо «более 100 О С», это могло спасти прогрессивное направление деаэрации - вакуумную деаэрацию (но только при условии развития новых способов вакуумной деаэрации вместо устаревшей).

Для решения возникшей проблемы применения вакуумных деаэраторов предлагается следующее:

■ разрешить работу вакуумных деаэраторов для деаэрации воды в системах с открытым водоразбором с температурой нагрева деаэрируемой воды до 80-85 О С;

■ обеспечить контроль наличия бактерий в системе теплоснабжения и периодическую дезинфекцию аккумуляторных баков;

■ восстановить (или установить) на водогрейных котлах рециркуляционные насосы, позволяющие повысить потенциал греющей воды для собственных нужд без нарушения температурного графика теплопотребления;

■ при отсутствии аккумуляторных баков деаэрированной воды не ограничивать степень нагрева воды перед вакуумными деаэраторами значением 80 О С (можно снизить до 70 О С, т.к. в нагретой до этой температуры проточной воде меньше микроорганизмов, чем в холодной водопроводной);

■ при решении вопроса понижения температуры воды в деаэраторах со 101 до 80 О С учитывать, что часть теплосетей работают по температурному графику 150/70 О С, т.е. независимо от температуры подпиточной воды, температура воды в теплосети в зимний и осенне-весенний период превышает 100 О С.

Отопительные котлы чаще всего изготавливаются из стали. Проходящая через них вода в своем составе имеет кислород и углекислый газ. Оба эти элемента оказывают на металлические конструкции котла крайне негативное влияние. Постоянный контакт стали с этими газами неизбежно приводит к ее ржавлению. Для того чтобы исправить ситуацию и продлить срок службы оборудования, в котельных включаются специальная установка — деаэратор. Что это такое? Об этом и поговорим далее в статье.

Определение

Деаэратором называется специальное оборудование, предназначенное для удаления кислорода из теплоносителя отопительных систем путем подогревания последнего паром. Таким образом, помимо очищающей функции, устройства этого типа выполняют также термическую. Одна и та же установка деаэрации может применяться для подогрева и очистки как питательной, так и подпиточной воды.

Особенности конструкции

Относительная простота конструкции — это то, что отличает деаэратор. Что это такое, мы с вами выяснили. Теперь давайте посмотрим, как устроено это оборудование. Представляет собой деаэратор котельной цистерну (БДА) со смонтированной на ней вертикальной колонной (КДА), установленную на опорах. Дополнительным элементом оборудования этого типа является гидравлическая система, защищающая его от превышения давления. Колонка приваривается к баку без фланца — напрямую.

На горизонтальном баке деаэратора смонтированы входной и выходной патрубки для подключения магистралей подачи и отвода среды. Снизу установлены сливы. Еще одним элементом конструкции является предназначенный для сбора дегазованной воды сборный бак. Расположен он под днищем БДА.

Такого оборудования, как деаэратор, схема которого представлена ниже, обычно состоит из двух гидрозатворов. Один из них защищает устройство от любого превышения допустимого давления, а второй — от опасного. Также в конструкцию гидравлической системы деаэратора входит расширительный бачок. Выпары из деаэратора поступают в специальный охладитель, имеющий вид горизонтального цилиндра.

Конструкция колонны

Колонна представляет собой цилиндрическую обечайку с дном эллиптической формы. Как и на баке, на ней имеются патрубки для подвода и отвода среды. Внутри колонны установлены специальные тарелки с отверстиями, через которые проходит вода. Такая конструкция позволяет значительно увеличить площадь соприкосновения среды и пара, а следовательно, производить нагрев с максимальной скоростью.

Виды оборудования

В современных котельных может устанавливаться деаэратор воды:

вакуумный;

атмосферный.

В первом типе деаэраторов удаление газов из воды производится в вакууме. В конструкцию таких установок дополнительно включается паро- или водоструйный эжектор. Последняя разновидность узлов чаще всего используется в системах с котлами средней или малой мощности. Вместо эжекторов для создания вакуума могут применяться специальные насосы. Некоторым недостатком такого оборудования, как вакуумный деаэратор, является то, что пар из него нужно удалять принудительно, в то время как из атмосферных он выходит естественным путем — под давлением.

Помимо двух рассмотренных видов деаэраторов, в котельных могут устанавливаться устройства повышенного давления. Работают они при 0.6-0.8 МПа. Иногда в тепловую схему котельных также включается оборудование пониженного давления.

Сфера использования

Где же может применяться деаэратор? Что это такое, вы теперь знаете. Поскольку такое устройство предназначено для дегазации рабочей среды, применяется оно в основном там, где есть нагревательное оборудование, изготовленное из стали.

Чаще всего деаэраторы используются в системах отопления и ГВС. Котельные с водогрейными котлами обычно оснащаются установками вакуумного типа. Также в таких схемах могут использоваться деаэраторы атмосферные. Установки пониженного и повышенного давления применяются по большей мере в системах, функционирующих благодаря работе парового котла. Первая разновидность (на 0.025-0.2 МПа) монтируется в не слишком мощных системах, рассчитанных на малое количество потребителей. используются в тепловых схемах с котлами, подающими большое количество пара.

Тарельчатый деаэратор: принцип работы

Схема очистки газов в деаэраторах реализуется двухступенчатая: струйная (в колонне) и барботажная (в баке). Помимо этого, в систему включается затопленное барботажное устройство. Вода подается в колонну, где обрабатывается паром. Далее она стекает в бак, выдерживается в нем и отводится обратно в систему. Пар первоначально подается в БДА. После вентиляции внутреннего объема он поступает в колонну. Проходя через отверстия барботажной тарелки, пар подогревает воду до температуры насыщения.

Струйным методом из воды удаляются все газы. Одновременно с этим происходит конденсация пара. Его остатки смешиваются с выделившимся из среды газом и отводятся в охладитель. Конденсат от выпара сливается в дренажную емкость. Во время отстаивания воды в баке из нее выходят остаточные мелкие пузырьки газа. Отводится вода в сборный бак. Иногда горизонтальная емкость используется только для отстаивания. В таких установках обе ступени дегазации размещаются в колонне.

Деаэрация подпиточной воды

Теплоноситель в системе отопления циркулирует непрерывно. Но объем его со временем, в результате утечек, все же понемногу уменьшается. Поэтому в систему отопления подается подпиточная вода. Как и основная, она должна проходить процесс деаэрации. Первоначально вода поступает в подогреватель, а затем проходит через фильтры химической очистки. Далее, как и питательная, она попадает в колонну деаэратора. Освобожденная от перетекает к Последний направляет ее во всасывающий коллектор или в бак хранения.

Химическая деаэрация

Таким образом, ответ на вопрос о том, что такое деаэратор котельной, прост. Это оборудование, предназначенное для кипячения воды горячим паром с целью удаления кислорода. Однако иногда газы из теплоносителя в таких установках удаляются не полностью. В этом случае для дополнительной очистки в воду котельных могут добавляться разного рода реагенты, предназначенные для связывания кислорода. Это может быть, к примеру, В данном случае для качественной деаэрации воды требуется ее подогрев. Иначе химические реакции будут происходить слишком медленно. Также для ускорения процесса связывания кислорода могут использоваться разного рода катализаторы. Иногда воду деаэрируют и путем пропускания через слой обычных металлических стружек. Последние в этом случае быстро окисляются.

Особенности монтажа

Устройство деаэратора не слишком сложное. Однако его монтаж должен производиться с точным соблюдением всех положенных технологий. При установке такого оборудования руководствуются прежде всего приложенными к нему производителем чертежами и проектом котельной. Перед началом монтажа производится осмотр установки и ее расконсервация. Обнаруженные дефекты устраняются. Собственно сама процедура установки включает в себя следующие этапы:

бак монтируется на фундаменте;

к нему приваривается водосливная горловина;

нижняя часть колонки обрезается по наружному диаметру;

колонна устанавливается на бак (при этом закрепленные внутри нее тарелки должны располагаться строго горизонтально);

колонна приваривается к баку;

монтируются охладитель выпара и гидрозатвор;

в соответствии с чертежами производится подключение магистралей;

устанавливается запорная и регулирующая арматура;

проводятся гидравлические испытания оборудования.

Распылительные установки

Рассмотренные выше конструкции называются тарельчатыми. Существуют также распылительные деаэраторы. Устройства этого типа используются реже и также представляют собой горизонтальный накопительный бак большой емкости. Отсутствие колонны — это то, что отличает такой деаэратор. Принцип работы его также немного другой. Пар в таких установках поступает снизу - из расположенной в баке горизонтально гребенки. Сама емкость разделена на зону подогрева и деаэрации. Питающая вода котла поступает в первый отсек из расположенного сверху распылителя. Здесь она разогревается до точки кипения и поступает в зону деаэрации, где паром из нее удаляется кислород.

Итак, вот и все, что можно сказать о таком устройстве, как деаэратор. Что это такое, надеемся, вы поняли, так как мы дали достаточно подробный ответ на этот вопрос. Так называют установку, обеспечивающую длительную работу водогрейных и паровых котлов. Выбор разновидности и способов монтажа этого оборудования осуществляется в соответствии с техническими характеристиками нагревательного оборудования и проектом котельной.

Деаэратор вакуумный марки СДВ(В) применяется для деаэрации подпиточной или сетевой воды закрытых и открытых теплосетей.

Устройство и принцип работы деаэратора

В вакуумной деаэрационной колонке применена двухступенчатая схема деаэрации: 1ая ступень - кавитационная, 2ая ступень - пленочно-капельная. Поток исходной воды с температурой 55-75 грС и давлением 0,2-0,6 МПа, подается на рабочие сопла (1ая ступень дегазации), где происходит вскипание воды и создание кавитационного течения. Растворенные газы выделяются в парогазовые пузыри, и образовавшийся двухфазный поток поступает на перепускные листы (2-ая ступень деаэрации).

После деаэрационной колонки деаэрированная вода стекает в деаэраторный бак, откуда насосами подается в обратный трубопровод теплосети или в аккумуляторные баки.

Регулирование уровня воды в деаэраторной баке осуществляется при помощи регулирующего клапана, установленного на линии подачи исходной воды на деаэрационную колонку.

Бравиков А. М.

Экономичность вакуумных деаэраторов во многом зависит от подогрева в деаэраторе деаэрируемой воды. Чем меньше подогрев воды в деаэраторе, тем экономичнее режим деаэрации. Однако подогрев воды в деаэраторе влияет не только на экономичность режима, но и на качество деаэрации, а конкретнее - чем больше подогрев воды в деаэраторе, тем лучше качество деаэрации.
Одним из требований, предъявляемых к работе вакуумных деаэраторов, является обеспечение содержания кислорода в деаэрированной воде не более 50 мкг/кг. В этой связи оптимальным нагревом воды в деаэраторе является минимальный нагрев, при котором обеспечивается требуемое содержание кислорода в деаэрированной воде.
Опыт эксплуатации вакуумных деаэраторов показывает, что типовые вакуумные деаэраторы на разных объектах имеют разные технические характеристики. К числу таких характеристик может быть отнесен оптимальный нагрев воды в деаэраторе. Согласно оптимальный нагрев воды на разных объектах составляет от 5 до 15°С. Кроме того, опыт эксплуатации вакуумных деаэраторов показывает, что оптимальный нагрев может составлять 5 - 25°С.
На рис. 1 показано содержание кислорода в деаэрированной воде в зависимости от нагрева воды в деаэраторе (дегазационные характеристики деаэраторов), полученное экспериментально в одинаковых температурных и гидродинамических режимах на деаэраторах, установленных на разных объектах.

Рис. 1. Зависимости содержания кислорода в деаэрированной воде от нагрева воды в деаэраторах ДВ-400 и ДВ-800:
1 - ТЭЦ Горьковского автозавода; 2 - Усть-Каменогорская ТЭЦ; 3 - тепловые сети г. Курска; 4 - Новосибирская ТЭЦ-5

Кроме того, опыт эксплуатации вакуумных деаэраторов показывает, что в процессе эксплуатации дегазационная характеристика деаэратора может изменяться при неизменных температурных и гидродинамических параметрах режима работы деаэратора. При этом оптимальный нагрев воды в деаэраторе может как увеличиваться, так и уменьшаться. Причина, вызвавшая изменение дегазационной характеристики, как правило, остается неизвестной, так как теоретические положения о термической деаэрации не дают оценки данному явлению .
Вопрос изменения дегазационной характеристики деаэратора при неизменных температурных и гидродинамических параметрах в открытой печати впервые обсуждался в , где высказывалась точка зрения, что причиной изменения дегазационной характеристики деаэратора при неизменных температурных и гидродинамических параметрах режима работы является изменение кавитационной прочности деаэрируемой воды. Данное свойство воды характеризует условия, при которых в воде зарождаются и растут газовые пузырьки, и оно подробно рассмотрено в специальной литературе, например, в . Согласно теории кавитации интенсивность выделения растворенных газов из воды за счет образования пузырьков зависит от кавитационной прочности воды. Чем меньше кавитационная прочность воды (в некоторых источниках она называется “объемная прочность воды”), тем интенсивнее из нее выделяются газы за счет образования пузырьков и, следовательно, тем меньше минимально необходимый нагрев воды в деаэраторе.
Из теории кавитации известно, что кавитационная прочность воды зависит от многих факторов, например, от механических микроскопических примесей в жидкости, от присутствия растворенных солей в жидкости, от обработки воды давлением, от воздействия космических лучей, от гидродинамического состояния потока (от турбулентности) и др. При определении дегазационной характеристики деаэратора факторы, влияющие на кавитационную прочность деаэрируемой воды, как правило, не учитываются, а, следовательно, и кавитационная прочность деаэрируемой воды тоже не учитывается. Однако кавитационная прочность на разных объектах может быть различной.


Рис. 2. Схема реконструированных деаэраторов ДВ-400 и ДВ-800:
1 - корпус; 2, 3, 4, 5 - тарелка; 6 - патрубок подвода недеаэри- рованной воды; 7 - патрубок подвода греющей воды; 8 - патрубок отвода деаэрированной воды; 9 - патрубок отвода неконденсирующихся газов; 10 - решетка турбулизирующая; 11 - лопатка направляющая; 12 - сопло

Кроме того, кавитационная прочность воды может изменяться в процессе эксплуатации деаэратора. В этой связи изменяется и дегазационная характеристика деаэратора. Изменение дегазационной характеристики в процессе эксплуатации может приводить к ухудшению качества деаэрации или к необоснованно завышенному нагреву воды в деаэраторе, что экономически невыгодно.
В последнее время в совершенствовании процессов деаэрации наметилась тенденция повышения интенсивности процесса деаэрации за счет уменьшения кавитационной прочности деаэрируемой воды. Например, обработка деаэрируемой воды ультразвуком улучшает качество деаэрации. Замечено также, что при повышении хлоридов в деаэрируемой воде улучшается качество деаэрации, что, вероятно, связано также с уменьшением кавитационной прочности деаэрируемой воды.
Снижение кавитационной прочности деаэрируемой воды происходит и в деаэраторе (получившем распространение в теплоэнергетике), разработанном на основе изобретения . Отличительной особенностью данного деаэратора является то, что в патрубке подвода в деаэратор недеаэрированной воды установлено сопло. В сопле вода разгоняется до больших скоростей и турбулизуется, в результате кавитационная прочность деаэрируемой воды уменьшается, а интенсивность выделения газов из деаэрируемой воды за счет образования пузырьков повышается.
Однако данный деаэратор имеет существенный недостаток, выражающийся в том, что перед ним требуется создавать повышенное давление недеаэрированной воды. Указанный недостаток устранен в деаэраторе, показанном на рис. 2, в котором для повышения турбулентности потока деаэрируемой воды в патрубке 6 установлены решетка турбулентности 10, винтовые направляющие лопатки 11 и сопло 12. Данный деаэратор создан на основе изобретения . В разработанном деаэраторе поток деаэрируемой воды, проходя через патрубок 6, турбулизуется решеткой 10, закручивается по спирали лопатками 11 и затем поступает в сопло 12. При поступлении в сопло давление в потоке воды понижается, при этом из деаэрируемой воды интенсивно выделяются газы за счет образования пузырьков. При выходе из сопла 12 под действием центробежных сил закрученный поток распадается на мелкие капли, которые затем, двигаясь в паровом отсеке, подогреваются паром; при этом из капель, за счет диффузии, интенсивно выделяются газы.
Патрубок 6 с установленными в нем решеткой 10, лопатками 11 и соплом 12 выполняет роль форсунки, от эффективности работы которой зависит качество деаэрации воды.
Необходимым условием для распада потока воды на мелкие капли при выходе из форсунки является возрастание тангенциальной составляющей скорости течения жидкости в поперечном сечении потока от центральной оси к периферии. Данное условие может быть достигнуто за счет выбора оптимального угла закрутки направляющей лопатки.
Для определения угла закрутки направляющей лопатки определим математическую модель потока, закрученного винтовыми лопатками. Для этого зададимся законом закрутки лопатки
(1)
где а - угол закрутки лопатки на расстоянии r от оси патрубка, равный углу между образующей цилиндра, соосного с патрубком, и касательной к лопатке, исходящей из выходной кромки лопатки; r - расстояние (радиус) от угла а до оси патрубка; dH - диаметр патрубка; ан - угол закрутки лопатки на расстоянии dH/2 от оси патрубка.
Составим дифференциальное уравнение элементарной струйки потока. Запишем закон сохранения энергии для элементарной струйки в форме уравнения Бернулли, считая, что жидкость идеальная

(2)
где P - статическое давление элементарной струйки, образовавшееся от закрутки потока; р - плотность жидкости; и - тангенциальная составляющая скорости движения элементарной струйки; z - осевая составляющая скорости движения элементарной струйки; Рт - динамический напор элементарной струйки до закрутки потока.
Считаем, что угол закрутки потока равен углу закрутки лопатки.
Центробежная сила, действующая на элементарную струйку закрученного потока, равна разности давлений, действующих на боковые поверхности этой струйки, что выражается формулой
(3)
Из уравнений (1), (2), (3) получаем
(4)
где

Решение уравнения (4) имеет вид

(5)
После упрощения уравнение (5) может быть представлено в виде
(6)
где С1 - постоянная интегрирования.
Уравнение (6) представляет математическую модель потока жидкости в патрубке, закрученного винтовыми лопатками, закон закрутки которых описан уравнением (1).
Уравнение (6) позволяет определить поле скоростей потока и плотность орошения в факеле при различных значениях а, и dH, а также определить оптимальные ан и dH при заданном расходе воды.
На рис. 3 показана характеристика форсунки, направляющие лопатки которой рассчитаны с помощью формулы (6). Данная характеристика определена экспериментально при испытании одной из пяти форсунок, установленных в деаэраторе ДВ-800. Форсунки рассчитаны на расход воды 120 т/ч каждая при перепаде давления на форсунке 0,10 МПа.
При испытании форсунки деаэратор работал в следующем режиме:
расход недеаэрированной воды в деаэратор 575 т/ч;
температура недеаэрированной воды 26°С;
давление в деаэраторе 0,006 МПа;
давление воды перед форсункой 0,079 МПа.
Из результатов испытаний видно, что в указанном режиме пропускная способность форсунки близка расчетному значению, а плотность орошения одинакова по всему поперечному сечению факела.


Рис. 3. Плотность орошения в поперечном сечении факела:
r - расстояние от оси факела

Следует отметить, что расчетная производительность форсунки 120 т/ч определялась из условия максимально возможного расхода недеаэрированной воды в деаэратор 600 т/ч. Увеличивать производительность деаэратора более 600 т/ч не было необходимости, поскольку суммарная производительность деаэраторов, установленных на объекте, значительно превышает максимально возможный расход воды в деаэраторы.
В настоящее время в промышленной эксплуатации находится более 10 реконструированных деаэраторов, конструктивное исполнение которых аналогично деаэратору, показанному на рис. 2. Первый реконструированный деаэратор находится в эксплуатации с 1994 г. Испытания первого реконструированного деаэратора показали, что за счет реконструкции в нем уменьшился минимально необходимый нагрев воды с 24 до 16°С и понизилась минимально необходимая температура греющей воды. До реконструкции в качестве греющей среды в деаэраторе использовалась прямая сетевая вода с температурой 90°С и более и для достижения данной температуры использовался специальный подогреватель, который включался в работу при температуре прямой сетевой воды ниже 90°С. После реконструкции деаэратор обеспечивает нормальное качество деаэрации при температуре греющей воды 80°С и более. Снижать температуру греющей воды менее 80°С при испытании не было необходимости, так как для данного объекта указанная температура соответствует минимальному значению температуры прямой сетевой воды, определенной по температурному графику тепловых сетей. В этой связи данный деаэратор не испытан при температуре греющей воды ниже 80°С. Однако опыт эксплуатации реконструированных деаэраторов на других объектах показал, что снижение температуры греющей воды в них до 70°С не оказывает заметного влияния на качество деаэрации. Что касается максимальной производительности реконструированного деаэратора, то при температуре недеаэрированной воды
30°С и температуре греющей воды 70°С и более реконструированный деаэратор обеспечивает качественную деаэрацию 950 т/ч воды. Нереконструированные деаэраторы согласно при температуре недеаэрированной воды 30°С могут продеаэрировать не более 620 т/ч.
Имеется также положительный опыт эксплуатации реконструированных деаэраторов в течение длительного времени (с 1996 г.) при использовании в них в качестве греющей среды обратной сетевой воды с температурой 50 - 70°С. Опыт эксплуатации показал, что при температуре греющей воды 50 - 70°С деаэраторы стабильно обеспечивают требуемое качество деаэрации, однако производительность деаэратора при этом уменьшается и при температуре греющей воды 50°С производительность деаэратора составляет 40 - 50% номинальной производительности деаэратора.
Экономический эффект от реконструкции деаэратора ДВ-800, установленного на ТЭЦ в схеме подпитки теплосети, составляет 800 т/год условного топлива.

Выводы

1. Кавитационная прочность воды является одним из факторов, определяющих интенсивность процесса деаэрации воды в термических деаэраторах.
2. Различие дегазационных характеристик вакуумных деаэраторов, установленных на разных объектах, вызвано различием кавитационной прочности деаэрируемой воды на этих объектах.
3. Изменение дегазационной характеристики деаэратора без изменения температурных и гидродинамических параметров режима работы деаэратора происходит в связи с изменением кавитационной прочности воды.
4. Применение в вакуумных деаэраторах форсунок с направляющими винтовыми лопатками улучшает дегазационную характеристику деаэратора, а именно:
   уменьшает минимально необходимый нагрев воды в деаэраторе с 24 до 16°С;
   снижает минимально допустимую температуру греющей воды с 85 - 90 до 70°С.
5. Производительность реконструированного деаэратора, в конструкции которого применены форсунки с направляющими винтовыми лопатками, составляет 950 т/ч при температуре недеаэрированной воды 30°С и температуре греющей воды 70°С и более.

Список литературы

1. Типовая инструкция по эксплуатации автоматизированных деаэрационных установок подпитки теплосети. М.: Союзтехэнерго, 1985.
2. РТМ 108.030.21-78. Расчет и проектирование термических деаэраторов. Л.: ЦКТИ, 1979.
3. Бравиков А. М. Разработка и исследование деаэратора перегретой воды. - Теплоэнергетика, 1990, № 12.
4. Карелин В. Я. Кавитационные явления в центробежных и осевых насосах. М.: Машиностроение, 1975.
5. Водолазов О. А. Новый способ деаэрации воды. - Энергетик, 1999, № 2.
6. А.с. 1255805 (СССР). Вакуумный деаэратор / Комарчев И. Г., Нестеренко Б. М., Качанова-Махова Н. И. Опубл. в Б. И., 1986, № 33.
7. Пат. 2054384 (РФ). Термический деаэратор / Бравиков А. М. Опубл. в Б. И., 1996, № 5.
8. Шарапов В. И., Кувшинов О. Н. О рабочей производительности вакуумных деаэраторов. - Электрические станции, 1998, № 8.