Деаэраторы атмосферного давления

В промышленной энергетике преимущественное распространение получили одноступенчатые деаэраторы атмосферного давления струйного типа. Струйные деаэраторы представляют собой аппараты, в которых вода с помощью дырчатых тарелок распределяется на струи, стекающие сверху вниз последовательно виде нескольких каскадов. Снизу вверх по деаэратору противотоком движется пар. Обтекание паром водяных струй приближается к поперечному. Установка нескольких тарелок по высоте колонки замедляет скорость прохождения воды и увеличивает время ее пребывания в деаэраторе.

Химически умягченная вода через штуцер и конденсат через штуцер поступают в открытую камеру, откуда после смешения переливаются через водосливный порог и попадают на первую тарелку. В этой тарелке имеется горловина для прохода выпара. Затем вода проходит каскадом еще через четыре тарелки и сливается в бак-аккумулятор. Конденсат бойлеров с температурой, превышающей температуру насыщения, соответствующую давлению в деаэраторе, по штуцерам подводятся на вторую тарелку. Пар в деаэратор поступает по трубопроводу и посредством кольцеобразного коллектора распределяется по всему поперечному сечению колонки. Проходя через горловины тарелок и зазоры между корпусом аппарата и тарелками, пар омывает стекающие струи жидкости и подогревает ее до температуры, близкой к температуре насыщения. Выпар отводится из верхней части колонки через штуцер.

Данные эксплуатации и последующие исследования серийных одноступенчатых деаэраторов со струйными колонками показали, что они не обеспечивают требуемое качество питательной воды. К основным недостаткам этих деаэраторов относятся следующие:

1. При номинальной нагрузке колонки не допускают нагрева воды более чем на 10 — 15°С.

2. Деаэраторы практически не работоспособны как при небольших перегрузках (10 — 15% сверх номинальной производительности), так и при нагрузках менее 40%.

3. На эффективность работы деаэраторов колонка атмосферного сильно влияет величина добавки химически давления умягченной воды, при увеличенных добавках ее в питательной воде за деаэратором появляются значительные проскоки кислорода и углекислоты, а в колонке — гидравлические удары. По этим причинам деаэраторы данного типа малопригодны к установке в промышленных котельных, работающих, как правило, со значительными добавками химически умягченной воды при сильно меняющихся режимах.

4. Принципиальным недостатком колонок является также низкая интенсивность десорбции газов из воды при ее струйном дроблении. Кроме того, колонки струйного типа обладают рядом конструктивных недостатков, из которых следует отметить следующие:

1. Большая высота колонок и деаэрационной установки при типовом размещении колонки на баке-аккумуляторе.

2. Расположение струйной колонки на баке и подвод греющего пара непосредственно в нижнюю часть колонки является неудачным, так как при такой компоновке указанных элементов совершенно не обеспечивается вентиляция парового пространства бака-аккумулятора от выделяющихся через поверхность воды довольно значительных количеств удаляемых газов.

3. Обилие фланцевых соединений на подводящих штуцерах.

4. Повышенная металлоемкость и излишняя сложность внутренних устройств струйных колонок.

Все вышеперечисленное остро поставило вопрос о модернизации серийных колонок атмосферного давления и о создании деаэрационных установок, устойчиво обеспечивающих глубокое удаление из питательной воды кислорода, свободной и «связанной» углекислоты в диапазоне изменения и производительности от 30 до 120% по отношению к номинальной, независимо от состава и температур поступающих в деаэратор потоков. Модернизация деаэраторов атмосферного давления была выполнена ЦКТИ в 1962 г.

Как показали исследования, в струйной колонке атмосферного давления подогрева воды до температуры насыщения, соответствующей давлению в аппарате, в основном завершается в первых двух отсеках. Учитывая это обстоятельство, а также малое время пребывания воды в высокой колонке, исчисляемое 10-20 сек, было решено принять для модернизируемых деаэраторов укороченные колонки. Колонка имеет две тарелки с отверстиями для истечения воды диаметром 6 мм. На первой из них по ходу воды смонтирована камера для смешения потоков, имеющих температуру ниже температуры насыщения (химически умягченной воды, конденсата бойлеров и конденсата с производства). Для лучшего перемешивания поток умягченной воды введен между потоками конденсатов, температура которых на 40-45° С выше температуры добавочной воды. Перечисленные потоки после смешении поступают через водослив на первую тарелку, а затем в струйном потоке сливаются на вторую тарелку. Конденсаты, имеющие температуру выше температуры насыщения, подаются в паровое пространство бака-аккумулятора до барботажного устройства. Тарелки в этих колонках изготавливаются из низколегированных сталей типа. Колонки монтируются на баке с помощью соединительного фланца.

В нижней части аккумуляторного бака одного из его торцов размещается затопленное барботажное устройство системы ЦКТИ. Струйная колонка устанавливается при этом у противоположного торца бака. Бак-аккумулятор секционируется перегородкой до уровня переливной трубы. В нижней части перегородки имеется окно, к которому и присоединяется барботажное устройство. Пар подводится по трубе в паровую коробку и через отверстия дырчатого листа барботирует слой воды, медленно движущийся над листом в сторону всасывающего патрубка питательного насоса. Листы образуют подъемную шахту, в которой происходит вскипание воды, выходящей из барботажного устройства. Вскипание воды возникает вследствие некоторого перегрева ее относительно температуры насыщения, соответствующей давлению в паровом пространстве бака-аккумулятора. Величина перегрева определяется высотой столба жидкости над барботажным листом. Таким образом, расположение барботажного отсека в нижней пасти аккумуляторного бака позволяет дополнительно использовать в таком деаэраторе преимущества, присущие деаэраторам перегретой воды.

Пар, прошедший через барботажное устройство, попадает в паровое пространство бака, где движется над поверхностью воды в сторону колонки. При таком размещении колонки и барботажное устройства происходит хорошая вентиляция парового объема бака от выделяющихся из воды газов. На всем пути в деаэраторе между паром и водой обеспечивается четко выраженный противоток. Перед поступлением в барботажное устройство вода длительное время выдерживается в баке при температуре, близкой к температуре насыщения. Это улучшает условиия выделения газов через поверхность воды в баке и облегчает работу барботажного устройства.

При подводе к деаэратору конденсатов с температурой выше температуры насыщения, отвечающей давлению в деаэраторе, их следует вводить через штуцер в паровое пространство бака-аккумулятора до барботажного устройства в этом случае выделившийся при вскипании конденсата пар будет через паровое пространство двигаться в деаэрационную колонку, а конденсат пройдет обработку в барботажном устройстве. Это мероприятие, кроме того, разгружает колонку и облегчает условия ее работы. Деаэраторы типа ДСА производительностью 50 — 300 т/ч имеют два подвода пара: один — через барботажное устройство, второй 14 — в паровое пространство бака-аккумулятора. Деаэраторы типа ДСА производительностью 5, 10, 15 и 25 т/ч имеют только один подвод пара через барботажное устройство.

С 1968 г. Черновицкий машиностроительный (ЧМЗ) Таганрогский котельный (ТКЗ) заводы приступили к серийному производству барботажных деаэраторов. ЧМЗ выпускает деаэраторы производительностью 5, 10, 15, 25, 50, 75. 100, 150, 200 и 300 т/ч, а ТКЗ — производительностью 25 и 75 т/ч. Деаэраторные баки указанные заводы не изготавливают и поставку деаэраторов осуществляют в следующем комплекте: деаэрационная колонка, барботажное устройство (россыпью), охладитель выпара поверхностного типа, регулирующий клапан для регулятора уровня, регулирующий клапан для регулятора давления, сигнализатор уровня с электромагнитным клапаном для защиты бака-аккумулятора от переполнения, гидрозатвор для защиты от повышения давления, контрольно-измерительные приборы.

ЧМЗ поставляет два вида барботажных устройств: для баков МВН (см. табл. 5), чертежи на которые разработал по заданию ЦКТИ Ленинградское отделение института Оргэнергострой, и баки меньшего диаметра и большей длины (см. табл. 6), разработанные ЧМЗ и принятые ГПИ Сантехпроект в типовых проектах промышленно-отопительных котельных.

На базе двухступенчатых деаэраторов ЦКТИ разработаны деаэрационно-питательные установки производительностью от 5 до 100 т/ч. В состав установки, кроме деаэратора входят: питательные насосы, охладитель выпара, арматура трубопроводы, система автоматического регулирования и контроля. Поставка деаэрационно-питательной установки будет осуществляться в виде двух транспортабельных блоков: насосного и деаэраторного. Производство установок намечено на Саратовском заводе тяжелою машиностроения.

В 1970 г. ЦКТИ была разработана конструкция бесколонкового двухступенчатого деаэратора с встроенным охладителем выпара. Деаэратор представляет собой вертикальный сосуд круглого сечения с эллиптическими днищами, в котором размещаются деаэрирующие элементы и необходимый запас воды.

Химически умягченная вода подается в распределительный коллектор, выполненный в виде перфорированной трубы, откуда стекает на тарелку. Тарелка секционирована таким образом, что при минимальной нагрузке работает только часть отверстий тарелки, а при увеличении нагрузки в работу включаются все отверстия. Такая конструкция первой тарелки исключает перекосы по воде и пару и обеспечивает полную конденсацию выпара. С тарелки вода в струйном потоке стекает на лоток.

В струях происходит основной подогрев воды и частичное выделение газов. Однако вода еще не догрета до температуры насыщения и содержит значительное количество газов как в растворенном состоянии, так и в виде мельчайших пузырьков. При движении воды по лотку в тонком слое часть этих пузырьков будет выделяться. Затем вода попадает в аккумулирующий объем деаэратора, где происходит ее выдержка и дополнительная дегазация, и далее направляется в барботажный канал. На барботажном листе происходит быстрый подогрев воды до температуры насыщения и перегрев ее на величину, соответствующую высоте гидростатического столба жидкости над листом, удаление значительных количеств кислорода и свободной углекислоты и частичное разложение бикарбонатов. После обработки в барботажном устройстве вода попадает в циркуляционную шахту, образованную перегородками, где в результате подъема и вскипания воды осуществляется ее окончательная дегазация. Деаэрированная вода отводится из деаэратора через патрубок.

Весь пар в деаэратор подается по трубе в пароприемный короб под барботажный лист. При этом под листом образуется паровая подушка, обеспечивающая необходимый расход пара через отверстия барботажного листа. Небольшая часть пара конденсируется в барботажном устройстве, а основной поток пара проходит по каналу и направляется через окно в струйный отсек, где конденсируется. При увеличении расхода пара выше необходимого для барботажа его избыток отводится через окно, минуя барботажное устройство, непосредственно в шахту. Выпар конденсируется во встроенном охладителе выпара над тарелкой, а неконденсирующиеся газы отводятся из деаэратора по трубе.

Для котельных с котлами типа «Е» ЦКТИ разработай два типоразмера приведенного деаэратора ДСА-1 и ДСА-3 с диапазоном изменения производительности соответственно 0,4 — 1,2 т/ч и 1 — 3,6 т/ч.

Каждый деаэратор комплектуется необходимыми регулирующими и защитными устройствами: регулятором уровня, регулятором давления и комбинированным гидрозатвором для защиты от повышения давления и уровня (переливом). Широкое распространение в промышленной энергетике получил барботажный деаэратор атмосферного давления системы Уралэнергометаллургпрома. Химически умягченная вода через трубу поступает в распределительное устройство, откуда в струйном потоке высотой 200-350 мм сливается в опускной канал барботажного устройства. Опустившись вниз, вода меняет направление на 180° и по каналу поднимается вверх. Греющий пар подается в этот канал по перфорированной трубе. После многократной циркуляции вода переливается через разделительную перегородку во второй барботажный отсек, также состоящий из опускного и подъемного канала. В этот отсек подается расход пара, примерно равный расходу выпара.

После обработки паром вода через перегородку поступает в бак-аккумулятор. Барботажное устройство и штуцер отвода деаэрированной воды размещаются у противоположных торцов бака-аккумулятора. Деаэратор обеспечивает требуемое качество деаэрированной воды при температуре исходной воды 60 — 80°С.

Уралэнергометалургпромом разработаны деаэраторы производительностью 5 — 100 т/ч для промышленно-отопительных котельных.

Широкое распространение в промышленной энергетике получил пленочный деаэратор конструкции ОРГРЭС. Деаэрируемая вода поступает в колонку через сопло, направляющее ее на розетку. При ударе о розетку вода разбрызгивается и стекает вниз пленками по вертикальным цилиндрам, выполненным из листовой стали толщиной 1 мм. Насадка крепится с помощью связных штырей и устанавливается в опорную крестовину, под которую подводится пар по трубе. Пройдя насадку, вода попадает в бак-аккумулятор. Выпар отводится по трубе. Для предотвращения выноса влаги с выпаром установлен отбойный лист. При подаче в колонку нескольких потоков производится замена сопла и розетки на распределительную камеру.

Крепление вертикальных листов в насадке описанной конструкции может осуществляться и с помощью гребенок. В этом случае расстояние между листами фиксируется путем установки нижней гребенки и верхней.