Устройство атмосферного деаэратора питательной воды. Что такое деаэратор в котельной

Вакуумный деаэратор применяется для деаэрации воды, если ее температура ниже 100 °С (температура кипения воды при атмосферном давлении).

Областью для проектирования, монтажа и эксплуатирования вакуумного деаэратора являются водогрейные котельные (особенно в блочном варианте) и тепловые пункты. Так же вакуумные деаэраторы активно используются в пищевой промышленности для деаэрации воды необходимой в технологии приготовления широкого спектра напитков.

Вакуумной деаэрации подвергаются потоки воды идущей на подпитку тепловой сети, котлового контура, сети горячего водоснабжения.

Особенности работы вакуумного деаэратора.

Так как процесс вакуумной деаэрации происходит при относительной невысоких температурах воды (в среднем от 40 до 80 °С в зависимости от типа деаэратора) для работы вакуумного деаэратора не требуется использование теплоносителя с температурой выше 90 °С. Теплоноситель необходим для нагрева воды перед вакуумным деаэратором. Температура теплоносителя до 90 °С обеспечивается на большинстве объектов, где потенциально возможно применить вакуумный деаэратор.

Основное отличие вакуумного деаэратора от атмосферного деаэратора в системе отвода выпара из деаэратора.

В вакуумном деаэраторе выпар (парогазовая смесь образующаяся при выделении из воды насыщенных паров и растворенных газов) удаляется при помощи вакуумного насоса.

В качестве вакуумного насоса можно использовать: вакуумный водокольцевой насос, водоструйный эжектор, пароструйный эжектор. Они различны по конструкции, но основаны на одном принципе - уменьшение статического давления (создание разряжения - вакуума) в потоке жидкости при увеличении скорости потока.

Скорость потока жидкости увеличивается либо при движении через сужающееся сопло (водоструйный эжектор), либо при закручивании жидкости при вращении рабочего колеса.

При удалении выпара из вакуумного деаэратора давление в деаэраторе падает до давления насыщения соответствующего температуре воды поступающей в деаэратор. Вода в деаэраторе находится в точке кипения. На границе раздела фаз вода - газ возникает разница концентраций по растворенным в воде газам (кислород, углекислота) и соответственно появляется движущая сила процесса деаэрации.

От эффективности работы вакуумного насоса зависит качество деаэрированной воды после вакуумного деаэратор.

Особенности установки вакуумного деаэратора.

Т.к. температура воды в вакуумном деаэраторе ниже 100 °С и соответственно давление в вакуумном деаэраторе ниже атмосферного - вакуум, возникает главный вопрос при проектировании и эксплуатации вакуумного деаэратора - как подать деаэрированную воду после вакуумного деаэратора далее в систему теплоснабжения. В этом заключается основная проблема использования вакуумного деаэратора для деаэрации воды на котельных и тепловых пунктах.

В основном это решалось установкой вакуумного деаэратора на высоте не менее 16 м, что обеспечивало необходимую разницу давлений между разряжением в деаэраторе и атмосферным давлением. Вода самотеком стекала в аккумуляторный бак расположенным на нулевой отметке. Высота установки вакуумного деаэратора выбиралась из расчета максимально возможного вакуума (-10 м.вод.ст.), высоты столба воды в аккумуляторном баке, сопротивления сливного трубопровода и перепада давлений необходимого для обеспечения движения деаэрированной воды. Но это влекло за собой ряд существенных недостатков: увеличение первоначальных затрат на строительство (этажерка высотой 16 м с площадкой обслуживания), возможность замерзания воды в сливном трубопроводе при прекращении подачи воды в деаэратор, гидроудары в сливном трубопроводе, трудности в осмотре и обслуживании деаэратора в зимний период.

Для блочных котельных, которые активно проектируются и монтируются данное решение на применимо.

Вторым вариантом решения вопроса подачи деаэрированной воды после вакуумного деаэратора является использование промежуточного бака запаса деаэрированной воды - деаэраторного бака и насосов подачи деаэрированной воды. Деаэраторный бак находится под таким же разряжением, что и сам вакуумный деаэратор. По сути дела вакуумный деаэратор и деаэраторный бак представляют собой один сосуд. Основная нагрузка ложится на насосы подачи деаэрированной воды которые забирают деаэрированную воду из под вакуума и подают ее далее в систему. Для предотвращения возникновения явления кавитации в насосе подачи деаэрированной воды необходимо обеспечить высоту водяного столба (расстояние между зеркалом воды в деаэраторном баке и осью всаса насоса) на всасе насоса не менее величины указанной в паспорте насоса как кавитационный запас или NPFS. Кавитационный запас в зависимости от марки и производительности насоса колеблется в диапазоне от 1 до 5 м.

Преимуществом второго варианта компоновки вакуумного деаэратора является возможность устанавливать вакуумный деаэратор на небольшой высоте, в помещении. Насосы подачи деаэрированной воды обеспечат перекачивание деаэрированной воды далее в аккумуляторные баки или на подпитку. Для обеспечения стабильного процесса перекачивания деаэрированой воды из деаэраторного бака важно правильно подобрать насосы подачи деаэрированной воды.

Повышение эффективности работы вакуумного деаэратора.

Так как вакуумная деаэрация воды проводится при температуре воды ниже 100 °С повышаются требования к технологии процесса деаэрации. Чем ниже температура воды, тем выше коэффициент растворимости газов в воде, тем сложнее процесс деаэрации. Необходимо повышать интенсивность процесса деаэрации, соответственно применяются конструктивные решения на основе новых научных разработок и экспериментов в области гидродинамики и массопереноса.

Использование высокоскоростных течений с турбулентным массопереносом при создании условий в потоке жидкости для дополнительного снижения статического давления относительно давления насыщения и получения перегретого состояния воды позволяет значительно повысить эффективность процесса деаэрации и уменьшить габаритные размеры и вес вакуумного деаэратора.

Для комплексного решения вопроса установки вакуумного деаэратора в помещении котельной на нулевой отметке с минимальной габаритной высотой был разработан, испытан, и успешно введен в серийное производство блочный вакуумный деаэратор БВД. При высоте деаэратора чуть менее 4 м блочный вакуумный деаэратор БВД позволяет производить эффективную деаэрацию воды в диапазоне производительностей от 2 до 40 м3/ч по деаэрированной воде. Блочный вакуумный деаэратор занимает пространство в помещении котельной не более чем 3х3 м (в основании) в своем самом производительном исполнении.

Деаэраторы атмосферного давления предназначены для удаления коррозионно-агрессивных газов (кислорода и свободной углекислоты) из питательной воды паровых котлов и подпиточной воды систем теплоснабжения и в котельной.

Пример условного обозначения деаэратора

ДА-5/2
Где: ДА - деаэратор атмосферный;
5 - производительность колонки м³/ч;
2 - емкость бака м³;

Технические характеристики, комплектность и типы Деаэраторов

Устройство и принцип работы деаэратора
В состав деаэратора входят:
- деаэрационная колонка;
- деаэраторный бак;
- охладитель выпара;
- комбинированное предохранительное устройство для защиты от аварийного повышения давления и уровня.

В деаэраторе применена двухступенчатая схема дегазации: две ступени размещены в деаэрационной колонке 1-ая ступень - струйная, 2-ая - барботажная.

Рис 1. Схема даеэрационной установки атмосферного давления типа ДА

1 - Бак деаэраторный; 2 - Колонка деаэрационная; 3 - Охладитель выпара; 4 - Устройство предохранительное; 5 - Регулятор уровня; 6 - Регулятор давления; 7 - Холодильник отбора проб; 8 - Барботажное устройство; 9 - Барботажная тарелка; 10 - Перепускная тарелка; 11 - Верхняя тарелка; 12 - Пароперепускное устройство; 13 - Указатель уровня; 14 - Люк-лаз.

В деаэраторном баке размещена третья, дополнительная ступень, в виде затопленного барботажного устройства.

Вода, подлежащая деаэрации, подается в колонку (2) через штуцеры (А, 3, И, Г). Здесь она последовательно проходит струйную и барботажную ступени, где осуществляется ее нагрев и обработка паром. Из колонки вода струями стекает в бак, после выдержки в котором отводится из деаэратора через штуцер (Ж).

Основной пар подается в бак деаэратора через штуцер (Е), вентилирует паровой объем бака и поступает в колонку. Проходя сквозь отверстия барботажной тарелки (9), пар подвергает воду на ней интенсивной обработке (осуществляется догрев воды до температуры насыщения и удаление микроколичеств газов). При увеличении тепловой нагрузки срабатывает гидрозатвор пароперепускного устройства (12), через которое пар перепускается в обвод барботажной тарелки. При снижении тепловой нагрузки гидрозатвор заливается водой, прекращая перепуск пара.

Из барботажного отсека пар направляется в струйный отсек . В струях происходит нагрев воды до температуры, близкой к температуре насыщения, удаление основной массы газов и конденсация большей части пара. Оставшаяся парогазовая смесь (выпар) отводится из верхней зоны колонки через штуцер (Б) в охладитель выпара (3) или непосредственно в атмосферу. Процесс дегазации завершается в деаэраторном баке (1), где происходит выделение из воды мельчайших пузырьков газов за счет отстоя. Часть пара может подаваться через штуцер в размещенное в водяном объеме бака барботажное устройство (8), предназначенное для обеспечения надёжной деаэрации (особенно в случае использования воды с низкой бикарбонатной щёлочностью (0,2...0,4 мг-экв/кг) и высоким содержанием свободной углекислоты (более 5 мг/кг) и при резко переменных нагрузках деаэратора.

Конструкция внутренних устройств деаэрационной колонки обеспечивает удобство внутреннего осмотра. Перфорированные листы внутренних устройств изготавливаются из коррозионно-стойкой стали.

Охладитель выпара поверхностного типа состоит из горизонтального корпуса и размещенной в нем трубной системы (материал трубок - латунь либо коррозионно-стойкая сталь).

Химочищенная вода проходит внутри трубок и направляется в деаэрационную колонку через штуцер (А). Парогазовая смесь (выпар) поступает в межтрубное пространство, где пар из нее практически полностью конденсируется. Оставшиеся газы отводятся в атмосферу, конденсат выпара сливается в деаэратор или дренажный бак.

Для обеспечения безопасной эксплуатации деаэраторов предусматривается их защита от опасного повышения давления и уровня воды в баке с помощью комбинированного предохранительного устройства .

Устройство подключается к деаэраторному баку через штуцер перелива.

Устройство состоит из двух гидрозатворов, один из которых защищает деаэратор от превышения допустимого давления, а другой от опасного повышения уровня, объединенных в общую гидравлическую систему, и расширительного бака. Расширительный бак служит для накопления объёма воды (при срабатывании устройства), необходимого для автоматической заливки устройства (после устранения нарушения в работе установки), т.е. делает устройство самозаливающимся.

Диаметр парового гидрозатвора определён, исходя из наибольшего допустимого давления в деаэраторе при работе устройства 0,07 МПа и максимально возможного в аварийной ситуации расхода пара в деаэратор при полностью открытом регулирующем клапане и максимальном давлении в источнике пара.

Монтаж и порядок установки деаэратора
Перед монтажом деаэратора необходимо: провести осмотр и расконсервацию; приваренные заглушки срезать газом, а кромки патрубков разделать под сварку.

1. Деаэратор предпочтительно располагать в помещениях. Установка его на открытом воздухе допускается в обоснованных случаях (по решению проектирующей организации).

2. Деаэраторный бак устанавливается строго по горизонтали на заранее подготовленный бетонированный фундамент (с установленными анкерными болтами), либо на металлическую этажерку. Одна опора жестко закрепляется болтами, вторая свободно опирается на опорный лист.

3. Деаэрационная колонка устанавливается на баке путем приварки к переходному штуцеру. Относительно вертикальной оси колонка может быть ориентирована произвольно в зависимости от конкретной компоновки установки.

4. Схема установки деаэратора, комплектующего оборудования и обвязки их трубопроводами, а также схема и приборы контроля и автоматического регулирования определяется проектной организацией в зависимости от условий, назначения и возможностей объекта, на котором они устанавливаются.

5. Схемой деаэрационной установки должна быть предусмотрена возможность проведения ее гидравлического испытания (перед включением в работу и периодически по мере необходимости) избыточным давлением 0,2 МПа. Охладитель выпара испытывается избыточным давлением 0,6 МПа.

Купить деаэратор
Для приобретения деаэратора обращайтесь по контактам, указанным в вверху страницы.

Иностранная терминология

В значительной части зарубежных систем технических терминов нет единого термина «деаэратор» для описания элемента тепловой схемы станции в виде бака с колонкой; например, в немецком колонка называется Entragaserdom, и понятие «деаэратор» (Entgaser) относится только к ней, а бак запаса питательной воды - Speisewasserbehälter. В последнее время и в некоторых русскоязычных публикациях (о нетрадиционных для наших предприятий конструкциях либо переводных) бак отделяют от деаэратора.

Назначение

• Защита трубопроводов и оборудования от коррозии .
• Недопущение воздушных пузырей, нарушающих проходимость гидравлических систем, нормальную работу форсунок и т. д.
• Защита насосов от кавитации .

Принцип действия

В жидкости газ может присутствовать в виде:

• собственно растворённых молекул ;
• микропузырьков (порядка 10 −7 ), образующихся вокруг частиц гидрофобных примесей;
• в составе соединений, разрушающихся на последующих стадиях технологического цикла с выделением газа (например, NaHCO 3).

В деаэраторе происходит процесс массообмена между двумя фазами : жидкостью и парогазовой смесью. Кинетическое уравнение для концентрации растворённого в жидкости газа при его равновесной (с учётом содержания во второй фазе) концентрации , исходя из закона Генри , выглядит как

где - время; f - удельная поверхность раздела фаз; k - скоростной коэффициент, зависящий, в частности, от характерного диффузионного пути , который газ должен преодолеть для выхода из жидкости. Очевидно, для полного удаления газов из жидкости требуется (парциальное давление газа над жидкостью должно стремиться к нулю, то есть выделившиеся газы должны эффективно удаляться и замещаться паром) и бесконечное время протекания процесса. На практике задаются технологически допустимой и экономически целесообразной глубиной дегазации.

В термических деаэраторах, основанных на принципе диффузионной десорбции , жидкость нагревается до кипения ; при этом растворимость газов близка к нулю, образующийся пар (выпар) уносит газы ( снижается), а коэффициент диффузии высок (растёт k ).

В вихревых деаэраторах собственно обогрева жидкости не происходит (это делается в теплообменниках перед ними), а используются гидродинамические эффекты, вызывающие принудительную десорбцию : жидкость разрывается в самых слабых местах - по микропузырькам газа, а затем в вихре фазы разделяются силами инерции под действием разности плотности .

Кроме того, известны небольшие установки, где некоторая степень деаэрации достигается облучением жидкости ультразвуком . При облучении воды ультразвуком интенсивностью порядка 1 Вт /см 2 происходит снижение на 30-50 %, k возрастает примерно в 1000 раз, что приводит к коагуляции пузырьков с последующим выходом из воды под действием Архимедовой силы .

Выпар

Выпар - это смесь выделившихся из воды газов и небольшого количества пара, подлежащая эвакуации из деаэратора. Для нормальной работы деаэраторов распространённых конструкций его расход (по пару по отношению к производительности) должен составлять не менее 1-2 кг/т, а при наличии в исходной воде значительного количества свободной или связанной углекиcлоты - 2-3 кг/т. Чтобы избежать потерь рабочего тела из цикла, выпар на крупных установках конденсируют . Если охладитель выпара, применяемый для этой цели, устанавливается на исходной воде деаэратора (как на рис.), она должна быть достаточно сильно недогрета до температуры насыщения в деаэраторе. При использовании выпара на эжекторах он конденсируется на их холодильниках, и специальный теплообменник не нужен.

Термические деаэраторы

Термические деаэраторы классифицируютя по давлению.

Атмосферные деаэраторы (см. рис.) требуют наименьшей толщины стенок; выпар удаляется из них самотёком под действием небольшого избытка давления над атмосферным. Вакуумные деаэраторы могут работать в условиях, когда на котельной нет пара; однако им требуется специальное устройство для отсоса выпара (вакуумный эжектор) и б́ольшая толщина стенок, к тому же бикарбонаты при низких температурах разлагаются не полностью и есть опасность повторного подсоса воздуха по тракту до насосов . Деаэраторы ДП имеют больш́ую толщину стенок, зато их применение в схеме ТЭС позволяет сократить количество металлоёмких ПВД и использовать выпар как дешёвую рабочую среду для пароструйных эжекторов конденсатора ; деаэрационная приставка конденсатора, в свою очередь, является вакуумным деаэратором.

Как теплообменные аппараты термические деаэраторы могут быть смесительными (обычно, греющие пар и/или вода подаются в объём деаэратора) или поверхностными (греющая среда отделена от нагреваемой поверхностью теплообмена); последнее часто встречается у вакуумных подпиточных деаэраторов теплосетей.

По способу создания поверхности контакта фаз смесительные деаэраторы подразделяются на струйные , плёночные и барботажные (встречаются смешанные конструкции).

В струйных и плёночных деаэраторах основным элементом является колонка деаэратора - устройство, в котором вода стекает сверху вниз в бак, а греющий пар поднимается снизу вверх на выпар, попутно конденсируясь на воде. В небольших деаэраторах колонка может быть интегрирована в один корпус с баком; обычно же она выглядит как вертикальный цилиндр, пристыкованный сверху к горизонтальному баку (цилиндрической ёмкости с эллиптическими либо коническими днищами). Сверху находится водораспределитель, снизу - парораспределитель (например, кольцевая перфорированная труба), между ними - активная зона. Толщина колонки данной производительности определяется допустимой плотностью орошения активной зоны (расходом воды через единицу площади).

В деаэраторах струйного типа вода проходит активную зону в виде струй, на которые она может быть разбита 5-10 дырчатыми тарелками (кольцевые с центральным проходом пара чередуются с круговыми меньшего диаметра , обтекаемыми по краю). Струйные деаэрационные устройства имеют простую конструкцию и малое паровое сопротивление, но интенсивность деаэрации воды сравнительно низка. Колонки струйного типа имеют большую высоту (3,5-4 м и более), что требует высокого расхода металла и неудобно при ремонтных работах. Такие колонки применяются как первая ступень обработки воды в двухступенчатых деаэраторах струйно-барботажного типа.

Также существуют форсуночные (капельные) деаэраторы , где вода разбрызгивается из форсунок в капельном виде; эффективность за счёт измельчения фазы велика, однако работа форсунок ухудшается при засорении и при сниженных расходах, а на преодоление сопротивления сопел уходит очень много электроэнергии .

В деаэраторах с колонками плёночного типа поток воды расчленяется на пленки, обволакивающие насадку-заполнитель, по поверхности которой вода стекает вниз. Применяется насадка двух типов: упорядоченная и неупорядоченная. Упорядоченную насадку выполняют из вертикальных, наклонных или зигзагообразных листов, а также из укладываемых правильными рядами колец, концентрических цилиндров или других элементов. Преимущества упорядоченной насадки - возможность работы с высокими плотностями орошения при значительном подогреве воды (20-30 °C) и возможность деаэрации неумягчённой воды. Недостаток - неравномерность распределения потока воды по насадке. Неупорядоченная насадка выполняется из небольших элементов определенной формы, засыпаемых произвольно в выделенную часть колонки (кольца, шары , сёдла , омегаобразные элементы). Она обеспечивает более высокий коэффициент массоотдачи, чем упорядоченная насадка. Пленочные деаэраторы малочувствительны к загрязнению накипью, шламом и окислами железа, но более чувствительны к перегрузке.

В деаэраторах барботажного типа поток пара, который вводится в слой воды, дробится на пузыри . Преимуществом этих деаэраторов является их компактность при высоком качестве деаэрации. В них происходит некоторый перегрев воды относительно температуры насыщения, соответствующей давлению в паровом пространстве над поверхностью. Величина перегрева определяется высотой столба жидкости над барботажным устройством. При движении увлекаемой пузырьками пара воды вверх происходит её вскипание , способствующее лучшему выделению из раствора не только кислорода , но и углекислоты , которая в деаэраторах других типов удаляется из воды не полностью; в том числе разлагаются и бикарбонаты NaHCO 3 , турбулизация жидкости. Эффективность барботажных устройств снижается при значительном уменьшении удельного расхода пара. Для обеспечения глубокой деаэрации вода в деаэраторе должна подогреваться не менее чем на 10 °C, если нет возможности для увеличения расхода выпара. Барботажные устройства могут быть затопленными в баке в виде перфорированных листов (при этом трудно обеспечить беспровальный режим) или устанавливаться в колонке в виде тарелок.

Показатели и обозначения

Производительность деаэратора - расход деаэрированной воды на выходе из деаэратора. В деаэраторах типа ДВ при использовании в качестве греющей среды (теплоносителя) перегретой деаэрированной воды расход последней в производительность не входит.

Полезная вместимость деаэраторного бака - расчетный полезный объём бака, определяемый в размере 85 % его полного объёма.

ГОСТ устанавливает ряды для подбора ёмкости баков (для ДА 1-75 м³, ДП 65-185 м³) и производительности (1-2800 /). Деаэратор обозначается по принципу ДА(ДП,ДВ)-(производительность, т/ч)/(полезная вместимость бака, м³) ; колонки отдельно КДА(КДП)-(производительность) , баки БДА(БДП)-(вместимость) .

Вихревые деаэраторы

Литература

• Рихтер Л. А., Елизаров Д. П., Лавыгин В. М. Глава третья. Деаэраторы // Вспомогательное оборудование тепловых электростанций. - М .: Энергоатомиздат, 1987. - 216 с.
• Кувшинов О. М. Ржа? Долой кислород! . kwark.ru . «Наука и жизнь » № 12 (2006). Архивировано из первоисточника 8 апреля 2012. Проверено 3 сентября 2011.
• Кувшинов О. М. Щелевые деаэраторы КВАРК - эффективное устройство для деаэрации жидкости . kwark.ru . «Промышленная энергетика» № 7 (2007).

Лабораторная работа №4

ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ И СХЕМ ДЕАЭРАТОРОВ

Цели работы: изучить принцип действия и схемы деаэраторов, лабораторное оборудование, позволяющее произвести деаэрацию, изучить порядок работы деаэратора, произвести рабочее очищение воды.

1. Общие сведения

Деаэрация питательной воды паровых котлов и подпиточной воды тепловых сетей является обязательной для всех котельных. Деаэраторы предназначены для удаления из воды растворенных в ней неконденсирующихся газов. Присутствие в питательной и подпиточной воде кислорода и углекислоты приводят к коррозии питательных трубопроводов, кипятильных труб, барабанов котлов и сетевых трубопроводов, что может привести к тяжелой аварии. Наличие даже таких инертных газов, как азот, также крайне нежелательно, оно препятствует теплопередаче и снижает теплопроизводительность подогревателей.

Количество остаточного содержания О 2 и СО 2 в питательной воде паровых котлов строго регламентируется правилами Госгортехнадзора . Так для котлов со стальным экономайзером при давлении до 1,4 МПа содержание О 2 должно быть не более 30 мкг/кг. Свободная углекислота (СО 2) в питательной воде после деаэраторов должна отсутствовать.

Для деаэрации питательной воды в котельных, применяются струйные смешивающие термические деаэраторы. В зависимости от давления, поддерживаемого в деаэраторе, различают деаэраторы повышенного давления, атмосферные и вакуумные деаэраторы. В котельных установках с паровыми котлами на давление до 4,0 МПа применяют атмосферные деаэраторы.

2. Термическая деаэрация воды

Термическая деаэрация воды. В воде тепло­энергетических установок растворены и требуют удале­ния коррозионно-агрессивные (O2, CO2, NH3) и прочие газы. Удаление газов из воды производят в основном с помощью термических деаэраторов, декарбонизаторов и химическим способом.

Термическая деаэрация (дегазация) воды основана на законе Генри - Дальтона, выражающемся примени­тельно к данному случаю следующим уравнением, спра­ведливым для условий равновесия:

m = kppг = kр (p - pп),

где т - растворимость газов в воде;

р - суммарное давление газа и водяных паров в пространстве над во­дой;

рп, рг - парциальные давления соответственно пара и газа в том же пространстве;

kр-коэффициент раст­воримости газа в воде, зависящий от температуры (чем выше температура, тем меньше коэффициент раствори­мости).

Если воду нагреть до температуры кипения, то, с одной стороны, коэффициенты растворимости газов в воде становятся равными нулю, а с другой стороны, пар­циальное давление пара над поверхностью воды стано­вится равным суммарному давлению смеси. В итоге рав­новесия растворимость газов в воде становится равной нулю. Отсюда вывод: для удаления из воды растворен­ных в ней газов достаточно нагреть ее до температуры кипения. В этом и заключается суть термической дега­зации.

Уравнение (18.2.1) характеризует предельное состоя­ние равновесия, к которому придет система, если будут созданы определенные условия и предоставлено системе достаточно

времени. Рассмотрим вкратце эти условия.

Из изложенного следует, что воду необходимо на­греть. Обычно деаэрируемую воду, стекающую струйка­ми, каплями и пленкой, нагревают протекающим на­встречу паром. Тогда необходимое количество теплоты Q для нагрева в единицу времени воды в количестве W от начальной температуры t1 до температуры кипения tв (и соответствующих значений энтальпии i1, i")

где F - площадь поверхности теплообмена;

t ср - сред­няя для условий теплообмена температура воды;

t - температурный напор;

 - коэффициент теплоотдачи.

Правая часть уравнения (18.2.2) позволяет заклю­чить, что площадь поверхности теплообмена желательно сделать как можно больше. Это дает возможность уско­рить процесс теплообмена и уменьшить габариты аппа­рата. Решая эти задачи, потек воды дробят на струи, капли или тонкие пленки. Для обеспечения максималь­ного температурного напора создают противоток пара и воды. Дробление потока и особенно сток ее тонкими пленками обеспечивают турбулизацию потока и соответ­ственно увеличение коэффициента теплоотдачи.

Этими же средствами добиваются увеличения скорости десорбции газа из воды, поскольку количество уда­ляемого из нее в единицу времени остью концентраций газа в воде и в пространстве над водой, а следовательно, с учетом. (18.2.1), разностью давлений газа в соответствии с уравнением

m  = k д F  p = k д F (pr .p - pr), (18.2.3)

где pr.p – так называемое равновесное парциальное давление газа в воде, оно отвечает концентрации газа в воде в условиях равновесия в соответствии с (18.2.1.);

pr – парциальное давление газа над водой;

kд – коэффициент десорбции, зависящий от турбулентности потока воды, вязкости, поверхностного натяжения, скорости диффузии газа в воде, а следовательно, от температуры.

Для достижения минимального парциального давле­ния газа в пространстве над водой осуществляют непре­рывное удаление газов (с примесью паров) из рабочего пространства деаэратора через специальный штуцер для отвода выпара деаэратора. Если деаэратор вакуумный (т. е. давление в нем меньше атмосферного), то осуще­ствляют отсос воздуха пароструйными или водоструйны­ми эжекторами.

Примеры конструктивного выполнения деаэраторов приведены на рис. 12.2.3, 12.2.4. В первом из этих случа­ев реализован пленочный принцип дробления потока во­ды, во втором-струйный. На рис. 12.2.4 в качестве вто­рой ступени дегазации применяют барботаж, т. е. пропускают пузырьки пара через слой воды. Барботаж применяется для более полной дегазации воды, особен­но для более полного удаления двуокиси углерода.

На промышленных ТЭЦ деаэраторы чаще всего пи­таются паром из промышленного регулируемого отбора турбины, а на конденсационных электростанциях - из нерегулируемых отборов турбин (рис. 18.2.5). При дега­зации питательной воды на ТЭС деаэратор одновремен­но выполняет функцию подогревателя очередной сту­пени подогрева в системе регенерации.

Деаэраторы типа изображенного на рис. 12.2.4 назы­вают деаэраторами «перегретой» воды. Деаэраторы не требуют подачи на них греющего пара, пар в них обра­зуется в результате

дросселирования нагретой воды до такого давления, температура насыщения при котором меньше температуры воды, поступающей на деаэратор. Эта вода оказывается предварительно как бы перегре­той сверх температуры в деаэраторе, до которой охлаж­дается в результате дросселирования и частичного превращения в пар.

В конденсаторах паровых турбин происходит доста­точно полное удаление газов из основного конденсата» т. е. конденсатор одновременно выполняет роль деаэратора.

Рис. 18.2.5. Схемы включения деаэраторов питательной воды.

а-в качестве самостоятельной ступени регенеративного подогрева воды; б- в качестве предвключенного подогревателя в данной ступени подогрева; в - к регулируемому отбору на ТЭЦ; /-.парогенератор; 2 -турбина; 3-кон­денсатор; 4 - конденсатный насос; 5 - подогреватель низкого давления- 6- деаэратор; 7 - питательный насос; 8 - подогреватель высокого давления- 9- регулятор давления.

Однако из-за присосов воздуха через сальники конденсатных насосов и другие неплотности в вакуумной системе турбин конденсат вновь загрязняется газами. Эти газы затем удаляются в деаэраторах атмосферного типа (с давлением несколько выше атмосферного) или в деаэраторах повышенного давления (с давлением, в несколько раз превышающим атмосферное).

Атмосферный деаэратор состоит из цилиндрической деаэрационной колонки и бака питательной воды. Потоки деаэрируемой воды поступают в распределитель воды, из которого равномерно по кольцевому сечению колонки стекают на перфорированные противни. Проходя через отверстия противней, вода, разбивается на мелкие струйки и падает вниз. В нижнюю часть деаэраторной колонки подводится пар для нагрева деаэрируемой воды до температуры кипения. При температуре воды, равной температуре кипения, растворимость газов в воде равна нулю, чем и обусловливается удаление из воды кислорода и углекислоты. Выделяющийся кислород и углекислота с небольшим количеством пара удаляется через вестовую трубу вверху деаэрационной колонки. Для эффективной работы деаэрационной колонки необходимо, чтобы выделяющиеся из воды газы достаточно быстро удалялись из колонки, что обеспечивается выпаром. Количество выпара принимают равным 2 кг на 1 т деаэрированной воды.

Деаэрационные колонки не рассчитаны на подогрев воды более чем на 10-40 о С. Оптимальный режим работы деаэраторной колонки, т.е. наилучшее удаление газов из питательной воды, имеет место, когда средняя температура всех потоков воды, входящих в колонку, на 10-15 о С ниже температуры кипения при давлении, поддерживаемом в деаэраторе. Для полной деаэрации питательной воды совершенно необходимым условием является нагрев ее до температуры кипения. Недогрев воды даже на несколько градусов приводит к резкому увеличению остаточного содержания в ней кислорода. Поэтому деаэраторы обязательно снабжаются автоматическими регуляторами, поддерживающими соответствие между поступлением пара и воды в колонку.

Схемы деаэраторов

а – атмосферного; б – барботажного; 1 – бак; 2 – выпуск питательной воды;

3 – водоуказательное стекло; 4 – предохранительный клапан; 5 – тарелки; 6 – вход химически очищенной воды; 7 – вестовая труба; 8 – вход конденсата; 9 – деаэраторная колонка; 10 – вход пара; 11 – гидравлический затвор; 12 – лоток; 13 – решетка; 14 – перегородка с жалюзи.

Количество и производительность устанавливаемых деаэраторов питательной воды выбираются из расчета полного покрытия расхода питательной воды котлами с учетом их продувки и расхода питательной воды на впрыск в РОУ при максимально-зимнем режиме. Должно быть установлено не меньше двух деаэраторов. Резервные деаэраторы не устанавливаются. Полезная суммарная емкость баков питательной воды должна обеспечивать запас ее не менее чем на 15 мин при максимально-зимнем режиме. Полезная емкость баков принимается равной 85% их геометрической емкости.

Подпиточная вода также во всех случаях должна подвергаться деаэрации. Содержание кислорода в подпиточной воде должно быть не более 50 мкг/кг, а свободная углекислота должна полностью отсутствовать. В системах теплоснабжения с непосредственным водоразбором качество подпиточной воды, кроме того, должно удовлетворять ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая».

Деаэрация подпиточной воды осуществляется либо в термических смешивающих атмосферных деаэраторах, либо в вакуумных деаэраторах.

Деаэраторы должны устанавливаться на площадках с отметкой, превышающей отметку установки питательных насосов. Величина этого превышения определяется суммой требуемого подпора воды при входе в насос, задаваемого заводом-изготовителем насоса, и требуемого гидростатического напора для преодоления сопротивления трубопроводов от деаэратора до насоса. Для котлов на давления ~4,0 и 1,4 МПа (40 и 14 кгс/см2) отметка площадки деаэраторов соответственно 10 и 6 м.

В центральных котельных установках, работающих на крупные системы теплоснабжения с открытым водоразбором, требующие деаэрации подпиточной воды в количествах, измеряемых сотнями тонн, предпочтительна установка вакуумных подпиточных деаэраторов. Подпиточная установка с атмосферными деаэраторами при больших расходах подпиточной воды из-за ограниченной единичной производительности атмосферных деаэраторов (максимум 300 т/ч) и необходимости установки за ними охладителей подпиточной воды (до 70 о С) получается очень громоздкой и дорогой. Кроме того, подпиточные установки с атмосферными деаэраторами обладают еще одним существенным недостатком: в целях сохранения конденсата греющего пара химически очищенную воду, подаваемую в деаэраторы, необходимо предварительно подогревать до 90 о С.

Подогрев ее производится в водо-водяных теплообменниках-охладителях деаэрированной подпиточной воды и в пароводяных подогревателях. Эти подогреватели, а также трубопроводы за ними подвержены интенсивному коррозионному разрушению и не обеспечивают необходимой длительности эксплуатации узла подпитки теплосети.

Деаэрация подпиточной воды под вакуумом позволяет избавиться от перечисленных выше недостатков подпиточной установки. Промышленность выпускает вакуумные деаэраторы единичной производительностью до 2000 т/ч, температура выдаваемой деаэратором подпиточной воды 40 о С, при этом не требуется установка специальных охладителей. При вакууме в деаэраторе ~0,0075 МПа (0,075 кгс/см2) при температуре деаэрации 40 о С не требуется предварительный подогрев подаваемой в деаэратор химически очищенной воды, конструкция ДСВ обеспечивает подогрев деаэрируемой воды в самом аппарате на 15-25 о С.

При использовании для деаэрации подпиточной воды в небольших вакуумных деаэраторах, работающих под вакуумом – давление ~0,03 МПа (0,3 кгс/см2), создаваемый водоструйными эжекторами или водокольцевыми насосами, процесс деаэрации протекает при температуре 70оС. При этом подаваемую в деаэраторы химически очищенную воду нужно предварительно подогревать только до 50оС.

В паровых промышленно-отопительных котельных при закрытых системах теплоснабжения, где расход подпиточной воды определяется только утечками теплосети, подпитку теплосети разрешается производить водой из деаэраторов питательной воды. Технические характеристики деаэраторов приведены в таблицах 10.1 и 10.2 (см. приложение).

3. Охладители выпара деаэраторов

Удаление из деаэраторной колонки выделившихся кислорода и углекислоты производится через вестовую трубу в крышке деаэраторной колонки. Вместе с кислородом и углекислотой из колонки выходит некоторое количество пара и уносит с собой тепло, которое при сбросе выпара в атмосферу теряется. В целях использования тепла выпара деаэраторы снабжаются специальными поверхностными теплообменниками-охладителями выпара, в которых производится конденсация выпара химочищенной водой, подаваемой в деаэратор.

4. Питательные насосы

Питательные устройства являются ответственными элементами котельной установки, обеспечивающими безопасность ее эксплуатации. Правила Госгортехнадзора предъявляют ряд требований к питательным установкам.

Питательные устройства должны обеспечивать необходимый расход питательной воды, при давлении, соответствующем полному открытию рабочих предохранительных клапанов, установленных на паровом котле. Суммарная производительность основных насосов должна быть не менее 110% для всех рабочих котлов при их номинальной паропроизводительности с учетом расходов на непрерывную продувку, на пароохладители, редукционно-охладительные и охладительные установки. Суммарная производительность питательных резервных насосов должна обеспечивать 50% нормальной производительности всех работающих котлов с учетом продувки, расхода воды на редукционно-охладительные и охладительные установки. При выборе насоса надо стремиться к тому, чтобы в рабочих условиях загрузка насоса была близкой к номинальной. При установке нескольких центробежных насосов для параллельной работы нужно устанавливать насосы с одинаковой характеристикой. Загрузка насосов с разными характеристиками в процессе регулирования производительности изменяется неравномерно, и насосы могут не обеспечить нужную подачу воды в режимах, отличных от номинального (на которую они выбраны), либо будут работать неэкономично.

Расчетный напор питательного насоса Рнас, Па, определяется из следующего выражения:

Рнас = Рк (1 +  Р) + Рэк + Рп.в.д +
,

где Рк – избыточное давление в барабане котла;

р – запас давления на открытие предохранительных клапанов, принимаемый равным 5%;

Рк – сопротивление водяного экономайзера котла;

Рп.в.д – сопротивление регенеративных подогревателей высокого давления;

Рнаг тр – сопротивление питательных трубопроводов от насоса до котла с учетом сопротивления автоматических регуляторов питания котлов;

Рвсос тр – сопротивление всасывающих трубопроводов;

Рс.в – давление, создаваемое столбом воды, равным по высоте расстоянию между осью барабана котла и осью деаэратора;

Рдр – давление в деаэраторе.

При подсчете сопротивлений плотность воды принимается по средней температуре ее в нагнетательном тракте, включая водяной экономайзер.

Определенное расчетом давление в нагнетательном патрубке питательных насосов должно быть увеличено на 5-10% для запаса на непредвиденное увеличение сопротивления питательного тракта. На напорном патрубке питательного центробежного насоса обязательно устанавливается обратный клапан.

Работа питательных насосов с производительностью ниже 10-15% номинального расхода не разрешается, так как это приводит к «запариванию» насосов. Для защиты от снижения расхода питательной воды сверх допустимого насосы снабжаются специальными сбросными клапанами и линиями рециркуляции, соединяющими их с деаэраторами, куда производится сброс воды. Рециркуляционные линии включаются при запуске и остановке насосов. Запорные клапаны на этих линиях имеют ручное управление. Обратные клапаны, устанавливаемые за насосами, имеют патрубки для подключения рециркуляционных линий.

Номенклатура питательных насосов для котлов, используемых в котельных, приведена в таблице 10.5. Как питательные центробежные насосы, так и паровые должны устанавливаться на отметке 0,0 под деаэраторами или при небольшом удалении от них, чтобы сопротивление всасывающих трубопроводов было по возможности малым, согласно нормам технологического проектирования – не более 10000 Па (1000 мм вод. ст.).

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.