 |
Деаэраторы малой производительности
|
|
|
|
Рассмотрим конструктивную схему бесколонковых деаэраторов производительностью 1 и 3 т/ч (рис. 3.1), разработанных НПО ЦКТИ им. И.И. Ползунова [ 38 ].
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
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, располоенные 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 режимах работы барботажных листов. Барботажный лист может работать в провальном и непровальном режимах. Провальный режим наблюдается при относительно малой скорости парового потока [ 2, 3 ]. При самых малых скоростях пара имеет место «режим смоченной тарелки», характеризуемый незначительным слоем воды на листе. При этом пар свободно проходит через часть отверстий, через другую часть отверстий стекает вода. Увеличение скорости пара приводит к увеличению высоты слоя воды на листе и увеличению её гидравлического сопротивления по пару. Наступает барботажный режим. Над листом образуется пузырьковый слой, над ним – зона пены. Места провала воды и прохода пара непрерывно меняются, но при этом равномерно распределены по поверхности листа. Дальнейшее увеличение скорости пара приводит к сильной турбулизации пенного слоя на листе. При этом сначала возникает режим эмульгирования, а затем волновой режим. При волновом режиме слой пены на тарелке приходит в колебательное движение, вода проваливается через отверстия тарелки в местах, соответствующих перемещающейся впадине волны. Толщина слоя пены значительно увеличивается, что обуславливает увеличение гидравлического сопротивления барботажного листа по пару. При достижении предельной скорости пара провал жидкости прекращается и режим работы барботажного листа становится непровальным.
Для того, чтобы провал воды через отверстия отсутствовал, скорость пара в этих отверстиях и, следовательно давление пара под листом, должны быть не меньше определенных значений. В большинстве случаев применяют непровальные барботажные листы, поскольку работа провального барбтажного листа эффективна лишь в узком диапазоне расходов воды и пара через него. Вместе с тем скорость пара в отверстиях листа не должна быть слишком большой, поскольку в этом случае наступает инжекционный режим. При этом пар, выходящий из отверстий барботажного листа, захватывает всю жидкость, дробит её и уносит в виде брызг. Этот режим также называется режимом захлебывания барботажного листа. Именно по этой причине максимальное давление пара под барботажным листом необходимо ограничивать. В рассматриваемых деаэраторах ДА-1 и ДА-3 (рис. 3.1) с этой целью в перегородке 9 выполнено пароперепускное окно 15, байпасирующее часть пара помимо отверстий барботажного листа 8 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 коллектора 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.
Схема движения теплоносителей в деаэраторах ДА-1 и ДА-3 показана на рис. 3.1 а (анимированный рисунок).
Техническая характеристика деаэраторов ДА-1 и ДА-3 представлена в табл. 3.1, а их конструктивное исполнение показано на рис. 3.2 и 3.3 [ 38 ]. Экспликация присоединительных штуцеров деаэраторов по рис. 3.2 и 3.3 приведена в табл. 3.2.
Таблица 3.1. Техническая характеристика бесколонковых деаэраторов ДА-1 и ДА-3
| Показатель, единица измерения | Значение для деаэраторов | |
| ДА-1 | ДА-3 | |
| 1. Номинальная производительность, т/ч | ||
| 2. Рабочее давление, МПа | 0,12 | 0,12 |
| 3. Температура деаэрированной воды, оС | 104,25 | 104,25 |
| 4. Диапазон допустимых значений нагрева воды в деаэраторе, оС | от 10 до 40 | от 10 до 40 |
| 5. Пробное давление гидроиспытаний, МПа | 0,3 | 0,3 |
| 6. Максимальное давление при срабатывании предохранительно-сливного устройства, МПа | 0,17 | 0,17 |
| 7. Полезная емкость (запас воды), м3 | 0,63 | 1,0 |
| 8. Масса деаэратора без воды, кг | ||
| 9. Масса деаэратора, заполненного водой, кг |
Рис. 3.2. Общий вид деаэратора ДА-1: 1 – люк; 2 – штуцер отвода выпара;
|
|
|
3 и 4 – штуцеры для подключения предохранительно-сливного устройства соответственно по пару и воде; 5 – штуцер отвода деаэрированной воды; 6 – дренажный штуцер; 7 – штуцер подвода пара; 8 – штуцер подвода исходной воды
Рис. 3.3. Общий вид деаэратора ДА-3: обозначения те же, что на рис. 3.2
Таблица 3.2. Экспликация присоединительных штуцеров бесколонковых деаэраторов ДА-1 и ДА-3
| Наименование присоединения | Условный диаметр штуцера, мм, для деаэраторов | |
| ДА-1 | ДА-3 | |
| 1. Люк | ||
| 2. Отвод выпара | ||
| 3. Присоединение к предохранительно-сливному устройству по пару | ||
| 4. Присоединение к предохранительно-сливному устройству по воде | ||
| 5. Отвод деаэрированной воды | ||
| 6. Дренаж | ||
| 7. Подвод пара | ||
| 8. Подвод исходной воды |
|
|
|
