Деаэратор - техническое устройство, реализующее процесс деаэрации некоторой жидкости (обычно воды), то есть её очистки от присутствующих в ней нежелательных газовых примесей (кислород и двуокись углерода). Будучи растворенными в воде, эти газы вызывают коррозию питательных трубопроводов и поверхностей нагрева котла, вследствие чего оборудование выходит из строя. На паротурбинных станциях применяют термическую деаэрацию воды.
Принцип действия термических деаэраторов основан на том, что абсолютное давление над жидкостью - это сумма парциальных давлений газов и пара.
Если увеличить парциальное давление пара так, что при одновременном удалении выпара (это смесь выделившихся из воды газов и небольшого количества пара, подлежащая эвакуации из деаэратора), то как следствие получим суммарное парциальное давление газов . Тогда по закону Генри (равновесная массовая концентрация газов в растворе пропорционально парциальному давлению в газовой среде над раствором) т.е растворенные газы отсутствуют. Увеличения парциального давления пара в свою очередь можно добиться увеличением температуры воды до температуры насыщения при данном давлении при .
Классификация термических деаэраторов.
По назначению: деаэраторы питательной воды паровых котлов; добавочной воды и обратного конденсата внешних потребителей; подпиточной воды тепловой сети.
По давлению греющего пара: повышенного давления (0,6-0,8 МПа)(Д ); атмосферные (0,12 МПа)(ДА ); вакуумные (7,5-50 кПа)(ДВ ).
По способу обогрева деаэрированой воды: смесительного типа (со смешением греющего пара с обогреваемой водой); деаэраторы перегретой воды с внешним предварительным подогревом воды отборным паром.
По конструкции (по принципу образования межфазной поверхности): с поврхностью контакта образующейся в турбулентном режиме (стройно-барбатажный, пленочного типа с неупорядоченной насадкой, струйый тарельчатого типа); с фиксированной поверхностью контакта фаз (пленочного типа с упорядоченной насадкой).
Принципиальная схема деаэрационной установки.
Рис. Атмосферный деаэратор смешивающего типа: 1 - бак (аккумулятор), 2 - выпуск питательной воды из бака, 3 - водоуказательное стекло, 4 - манометр, 5, 6 и 12 - тарелки, 7 - спуск воды в дренажный бак, 8 - автоматический регулятор подачи Химически очищенной воды, 9 - охладитель пара, 10 - выпуск пара в атмосферу, 11 и 15 - трубы, 13 - деаэраторная колонка, 14 - парораспределитель, 16 - впуск воды в гидравлический затвор, 17 - гидравлический затвор, 18 - выпуск лишней воды из гидравлического затвора
Деаэратор состоит из бака 1 и колонки 13, внутри которой установлен ряд распределительных тарелок 5, 6 и 12. Питательная вода (конденсат) от насосов поступает в верхнюю часть деаэратора на распределительную тарелку 12; по другому трубопроводу через регулятор 8 на тарелку 12 подводится в качестве добавки химически очищенная вода; с тарелки питательная вода отдельными и равномерными струйками распределяется по всей окружности деаэраторной колонки и стекает вниз последовательно через ряд расположенных одна под другой промежуточных тарелок 5 и 6 с мелкими отверстиями. Пар для подогрева воды вводится в деаэратор по трубе 15 и парораспределитель 14 снизу под водяную завесу, образующуюся при стекании воды с тарелки на тарелку, и, расходясь во все стороны, поднимается вверх, навстречу питательной воде, нагревая ее. При этой температуре воздух выделяется из воды и вместе с остатком несконденсировавшегося пара уходит через вестовую трубу 11, расположенную в верхней части деаэрациопной головки, непосредственно в атмосферу или охладитель пара 9. Освобожденная от кислорода и подогретая вода выливается в сборный бак 1, расположенный под колонкой деаэратора, откуда расходуется для питания котлов. Во избежание значительного повышения давления в деаэраторе на нем устанавливают два гидрозатвора, а также гидравлический затвор 17 на случай образования в нем разрежения. При превышении давления может произойти взрыв деаэратора, а при разрежении атмосферное давление может смять его. Деаэратор снабжают водоуказательным стеклом 3 с тремя кранами - паровым, водяным и продувочным, регулятором уровня воды в баке, регулятором давления и необходимой измерительной аппаратурой. Для надежной работы питательных насосов деаэратор устанавливают на высоте не менее 7 м над насосом.
Непременным условием эффективной и экономичной эксплуатации атмосферных деаэраторов является их грамотная настройка. О том, каким требованиям должна удовлетворять работа деаэраторов, и как можно осуществить его настройку самостоятельно - наша статья.
Типичные нарушения в работе деаэраторов
На практике чаще всего встречаются 2 типичные ошибки регулирования работы атмосферных деаэраторов: работа без барботажа 1 и работа без деаэрационной колонки.Оба эти способа могут быть успешными в плане удаления растворенных газов, остаточное содержание которых предписано правилами. Но эффективность работы деаэраторов при таких режимах крайне низка из-за большого удельного расхода пара на деаэрацию.
Критерии и условия качественной работы деаэраторов
При деаэрации из 1 тонны воды обычно удаляется 6-7 граммов растворенных газов. Опытным путем установлено, что при эксплуатации атмосферных деаэраторов максимальное количество выпара не должно быть более 22 кг на тонну. Исходя из этого, выбирают сечение отводящего трубопровода и охладитель выпара. Оптимальным можно считать такой способ работы деаэратора, при котором автоматически обеспечиваются требуемые эксплуатационные параметры и в деаэрационной колонке, и в барботажном баке при минимально необходимом количестве выпара.Основные факторы, влияющие на качество работы деаэратора хорошо известны:
- расход воды и его стабильность;
- температура химочищенной воды;
- давление в деаэраторе;
- расход пара в деаэрационную колонку;
- расход пара на барботаж в баке;
- уровень воды в баке.
Принцип действия автоматической системы управления работой деаэратора
Сначала рассмотрим, как работает система автоматического управления в целом (рис. 1).При увеличении потребления пара растет расход питательной воды из бака деаэратора. При этом возникает отклонение ее уровня, измеряемого датчиком, от заданного значения. Регулятор уровня воздействует на регулирующий клапан подачи воды в колонку деаэратора, так что ее расход увеличивается и уровень восстанавливается. При этом шток клапана занимает новое положение, соответствующее большему расходу.
Рис. 1
Поступление в деаэрационную колонку большего количества холодной воды сопровождается интенсивной конденсацией пара, поступающего из парового пространства бака. В результате давление в паровом пространстве понижается. Это приводит к изменению управляющего воздействия в регуляторе давления прямого действия. При этом шток регулирующего клапана занимает новое положение, соответствующее большему расходу пара. Но давление в паровом пространстве, тем не менее, будет несколько ниже исходного. Так и должно быть при пропорциональном регулировании.
Как при этом изменится температура воды в баке (рис.2)? Очевидно, что она достаточно быстро понизится до нового значения, соответствующего установившемуся давлению в паровом пространстве. Это произойдет частично за счет поступления воды с более низкой температурой из колонки, частично за счет испарения небольшого количества аккумулированной в баке «перегретой» воды. Снижение температуры воды приведет к увеличению открытия клапана подачи пара на барботаж. Расход пара на барботаж увеличится, часть его сконденсируется в водяном объеме, а часть, пройдя паровое пространство, попадет в деаэрационную колонку.
Рис. 2
Теперь рассмотрим обратную ситуацию. Что произойдет при снижении нагрузки? В работе регулятора уровня и регулятора давления никаких особенностей не будет. Регулятор уровня восстановит его, уменьшая при этом расход воды, а регулятор давления уменьшит подачу пара в паровое пространство. Установившееся давление при этом будет несколько выше исходного, соответственно, несколько большей через некоторое время будет и температура воды. Ведь температура кипения (конденсации) однозначно связана с давлением. Пример изменения температуры в зависимости от нагрузки приведен на рис. 3.
Рис. 3
В отличие от регуляторов уровня и давления, результат действия регулятора расхода пара на барботаж может иметь неприятную особенность. И она напрямую связана с тем, насколько правильно он настроен. Дело в том, что при небрежной настройке заданная температура может оказаться меньше или такой же, как установившаяся при повышенном давлении. В этом случае произойдет не уменьшение подачи пара на барботаж, а его полное прекращение. В результате будет нарушен режим деаэрации.
Принцип действия автоматических регуляторов
Теперь рассмотрим, как работает каждый регулятор в отдельности. Начнем с регулятора давления, от которого зависит расход пара в деаэрационную колонку. Отметим только, что фактически он подает пар в паровое пространство бака. Из бака через импульсную трубку давление передается на мембрану привода регулятора. Таким образом осуществляется обратная связь. Пример расходной характеристики клапана прямого действия приведен на рис. 4.
Рис. 4
Этот регулятор имеет пропорциональную характеристику. При такой характеристике большей разнице между текущим и заданным значением параметра соответствует больший ход штока. Диапазон изменения заданного давления зависит от площади диафрагмы и диапазона пружины. Управляющее отклонение в нашем случае – разница между давлением 0,2 бар, соответствующем рабочему давлению в деаэраторе, и текущим давлением, соответствующим рабочей точке на расходной характеристике клапана. Регулятор реагирует на изменение давления практически мгновенно. Время задержки определяется в основном временем заполнения или опорожнения полости привода.
Теперь подробно рассмотрим, как работает регулятор расхода пара на барботаж. Будем называть его именно регулятором расхода, хотя обычно такая система используется в качестве регулятора температуры. Этот регулятор также имеет пропорциональную характеристику. Диапазон изменения задания зависит от объема жидкости в чувствительном элементе и ее коэффициента объемного расширения. При такой характеристике большей разнице между текущим значением температуры и ее заданным значением соответствует больший ход штока.
Управляющее воздействие в нашем случае будет определяться разницей между температурой, соответствующей рабочему давлению в деаэраторе (103-105 ºС), и температурой, заданной настроечной рукояткой. Но необходимо иметь в виду, что результат этого воздействия, в общем случае, имеет нелинейный вид. Поясним, в чем тут дело.
Полный ход штока толкателя составляет 10мм и соответствует изменению температуры жидкости в чувствительном элементе на 10ºС. Полный ход плунжера клапана, в зависимости от диаметра, составляет от 3 до 9мм. При этом при перемещении штока клапана от 0 до 20% расход возрастает от 0 до 75% полного расхода. Это особенность расходной характеристики клапана быстрого открытия. Таким образом, расход будет меняться линейно, только если текущее перемещение плунжера клапана не выйдет за пределы линейного участка расходной характеристики.
Другая особенность рассматриваемого регулятора – его инерционность. Дело в том, что для нагрева или охлаждения жидкости в чувствительном элементе требуется некоторое время. Его продолжительность, кроме прочего, зависит и от способа монтажа датчика. Наибольшее время задержки будет при использовании сухой гильзы. Наименьшее – при монтаже без защитной гильзы. При этом важно отметить, что в любом случае время задержки регулятора расхода существенно больше, чем у регулятора давления. Поэтому при совместной работе регуляторов их взаимное влияние не приводит к колебаниям режима.
На работе регулятора уровня остановимся кратко. Корректность его работы определяется соблюдением порядка действий по настройке, предписанных в инструкции. В результате настройки устанавливаются ПИД параметры, соответствующие интегральному критерию качества.
Условия успешного выполнения работ по настройке деаэратора
Обязательно нужно сказать о наиболее важных условиях, без выполнения которых любые попытки настройки работы деаэраторов подобны блужданию в потемках.- Для контроля результата работы деаэратора необходимо иметь надежный оксиметр (кисло-родомер) и PH-метр. Желательно, чтобы оксиметр работал в микрограммовом диапазоне и обеспечивал непрерывный контроль. 2
- Точки контроля должны быть оборудованы пробоотборниками. Наиболее подходят холодильники отбора проб проточного типа. Они должны обеспечить температуру пробы не выше 50ºС при расходе от 2 до 50 л/ч. Наличие нескольких пробоотборников существенно облегчает выполнение работ по наладке. Подводящие трубки должны быть металлическими, что исключает вторичное заражение кислородом. Использовать неметаллические трубки не рекомендуется.
- настроить регулятор расхода воды;
- настроить регулятор давления;
- настроить регулятор расхода пара на барботаж;
- откорректировать настройку регулятора давления и проверить диапазон изменения давления;
- откорректировать настройку регулятора расхода пара на барботаж;
- проверить работу деаэратора в режимных точках по показаниям оксиметра и PH-метра.
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.
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.
