Вакуумные деаэраторы

В отопительно-производственных котельных вакуумные деаэраторы до последнего времени не применялись. Для термической деаэрации подпиточной воды тепловых сетей определенное распространение поручили одноступенчатые вакуумные деаэраторы струйного и пленочного типов, а также двухступенчатые деаэраторы струйно-барботажного типа.

Для деаэрации подпиточной воды котельных с водогрейными котлами институт Моспроект применил одноступенчатые вакуумные деаэраторы при давлении 0.2 кгс/см. На баке-аккумуляторе размещается струйная колонка атмосферного давления, серийно выпускавшаяся до 1968 г. Черновицким машиностроительным заводом. Умягченная вода, перегретая в предвключенных подогревателях выше температуры насыщения. соответствующей давлению в деаэраторе, через штуцер подается в открытую камеру. В эту же камеру подается рабочая вода после водоструйных эжекторов. В камере происходит вскипание перегретой воды и образование значительного количества парогазовой смеси. Затем вода переливается через водосливный порог, проходит каскадом через струйную колонку и сливается в бак-аккумулятор. При движении воды по высоте колонки происходит дополнительное удаление паровоздушной смеси, которая отводится через горловины тарелок, зазоры между корпусом аппарата и тарелками и удаляется из верхней части колонки по трубе. В баке-аккумуляторе размещен змеевик, в который подается сетевая вода. Вследствие этого в баке происходит частичное испарение воды, образовавшийся пар поступает навстречу струйному потоку воды, в колонку.

Противоточное движение потоков в деаэраторе является положительным элементом данной схемы. Однако незначительный расход пара, генерируемого в баке-аккумуляторе, не обеспечивает необходимой обработки воды.

К недостаткам данной конструкции вакуумного деаэратора относятся:

1. Отсутствие хорошей вентиляции струйной колонки.

2. Необходимость предварительного перегрева воды перед деаэратором на 6 — 8° С и конденсация под вакуумом значительного расхода выпара, что требует установки мощных охладителей выпара с большой поверхностью нагрева.

3. Расположение бака-аккумулятора под вакуумом, что вызывает его удорожание и увеличивает вероятность дополнительных присосов воздуха и вторичного заражения деаэрированной воды.

В 1968 г. Черновицкий машиностроительный завод прекратил производство высоких струйных колонок атмосферного давления и приступил к производству струйно-барботажных деаэраторов, содержащих укороченную струйную колонку с двумя дырчатыми тарелками. Использование укороченных струйных колонок, в которых время пребывания воды значительно сократилось, для вакуумных деаэраторов невозможно.

Более рациональным является использование обычных струйных колонок под вакуумом с противоточной схемой движения. В этом случае деаэрируемая вода поступает в колонку с температурой ниже температуры насыщения, соответствующей давлению в деаэраторе. Для подогрева и деаэрации воды в нижнюю часть колонки подводится пар, который движется навстречу потоку воды. Недостатками этих колонок являются их значительные габариты, большая потеря конденсата при деаэрации подпиточной воды и необходимость отвода из деаэратора большого расхода выпара, что требует установки мощных охладителей выпара.

В последние годы на тепловых электростанциях и в котельных с водогрейными котлами для деаэрации подпиточной воды тепловых сетей определенное распространение получили одноступенчатые вакуумные деаэраторы струйного типа, исключающие потерю конденсата.

Работа деаэратора осуществляется следующим образом. Основной поток деаэрируемой воды в количестве 90% от общего расхода исходной воды перегревается в предвключенных подогревателях и с температурой 75 — 80° С по центральной трубе подается в «горячую» колонку А. Давление в колонке поддерживается таким, чтобы температура насыщения была ниже температуры поступающей воды на 5 — 8° С. В результате этого деаэрируемая вода, поступая на первую тарелку, вскипает, выделяя определенное количество парогазовой смеси. Затем вода стекает вниз по тарелкам в струйном потоке, а параллельно ей сверху вниз движется паровоздушная смесь. В нижней части колонки А и Б соединены трубопроводом, через верхнюю часть которого паровоздушная смесь из колонки А поступает в колонку Б. В эту колонку на верхнюю тарелку по трубе поступает холодная вода с температурой 15 — 20° С в количестве 10% от производительности деаэратора. Холодный поток воды стекает сверху вниз по ряду дырчатых тарелок , а навстречу ему снизу вверх движется паровоздушная смесь. Пар при этом конденсируется, а неконденсирующиеся газы удаляются из колонки отсасывающим устройством через патрубок. Вода из «холодной» колонки Б по нижней части трубопровода отводится в колонку А, откуда с основным потоком воды через патрубок — в бак-аккумулятор. Таким образом, «холодная» колонка является смешивающим охладителем выпара.

Наряду с описанной конструкцией разработаны деаэраторы, в которых «холодная» колонка размещается в центре «горячей» колонки и объединена с ней общим верхним днищем.
Основным недостатком приведенных конструкций вакуумных деаэраторов является прямоточное движение пара и воды в «горячей» колонке, что приводит к резкому снижению интенсивности процесса дегазации по сравнению с противоточной схемой движения потоков. В этих условиях для повышения эффекта дегазации приходится увеличивать число тарелок и высоту аппарата, которая достигает 5,5 м. Одновременно возрастает металлоемкость деаэрационной колонки. Описанные вакуумные колонки серийно промышленностью не выпускаются.

Для обеспечения глубокой дегазации питательной и подпиточной воды ЦКТИ разработаны двухступенчатые вакуумные деаэраторы. Вода, направляемая на дегазацию, по трубе попадает на верхнюю тарелку. Последняя секционирована с таким расчетом, что при минимальной (30%) нагрузке работает только часть отверстий во внутреннем секторе. При увеличении нагрузки включаются в работу дополнительные ряды отверстий. Секционирование верхней тарелки позволяет избежать гидравлических перекосов по пару и воде при колебаниях нагрузки и но всех случаях обеспечить обработку струй паром. Пройдя струйную чисть, вода попадает на перепускную тарелку. Последняя предназначена для сбора и перепуска воды на определенный участок расположенного ниже барботажного листа. Перепускная тарелка имеет отверстие в виде сектора, который с одной стороны примыкает к вертикальной сплошной перегородке, идущей вниз до основания корпуса колонки. Вода с перепускной тарелки направляется на непровальный барботажный лист, выполненный в виде кольца со щелями или отверстиями, ориентированными перпендикулярно потоку воды. В конце барботажного листа имеется водосливный порог, который проходит до нижнего основания деаэратора. Вода протекает по барботажному листу, переливается через порог и попадает в сектор, образуемый порогом и перегородкой, а затем самотеком отводится в трубу. Весь пар в колонку подводится под барботажный лист по трубе. Под листом устанавливается паровая подушка, и пар, проходя через щели, барботирует воду. С увеличением нагрузки, а следовательно, и расхода пара паровая подушка увеличивается и избыточный пар перепускается в обвод барботажного листа через отверстия в трубах. Затем пар проходит через горловину в перепускной тарелке и поступает в струйный отсек, где большая часть пара конденсируется. Паровоздушная смесь отсасывается по трубе. Подвод химически умягченной воды после охладителя выпара осуществляется через коллектор на верхнюю тарелку. При необходимости подачи в деаэратор конденсата его следует вводить через штуцер на перепускную тарелку.

При отсутствии пара и подводе к деаэратору в качестве греющей среды перегретой воды последняя также подводится под барботажный лист по трубе. Попадая в область давления ниже атмосферного, вода вскипает, образуя под листом паровую подушку. Вода, оставшаяся после вскипания, по трубе удаляется на начальный участок барботажного листа, где проходит обработку совместно с исходным потоком воды. Дальнейший путь пара, выделившегося из перегретой воды, не отличается от описанного выше.

Вся колонка изготавливается цельносварной. Для ее разъема предусмотрен монтажный стык, расположенный выше перепускной тарелки. В настоящее время Черновицким машиностроительным заводом разработаны конструкции описанных вакуумных деаэраторов производительностью 25, 50, 75, 100, 150, 200 и 300 т/ч, а ЦКТИ испытаны головные образцы.

Производство этих деаэраторов в комплекте с воздухоотсасывающими устройствами и охладителями выпара намечено с 1972 г. на Саратовском заводе тяжелого машиностроения (СЗТМ).

В 1968 г. ЦКТИ совместно с СЗТМ разработал вакуумные струйно-барботажные деаэраторы горизонтального типа для подпиточной воды тепловых сетей производительностью 400, 800, 1200, 1600, 2000 и 3200 т/ч. Конструкция этих деаэраторов предусматривает возможность их использования также и для питательной воды ТЭЦ при замене деаэраторов атмосферного давления. В качестве барботажной ступени в этой конструкции также применены непровальные дырчатые тарелки.

Деаэратор вне зависимости от производительности представляет собой цилиндр диаметром 3 м, в котором размещены все элементы и охладитель выпара смешивающего типа. Химически умягченная вода поступает в деаэратор по трубе и попадает в распределительный коллектор, откуда стекает на первую тарелку. Эта тарелка служит для пропуска минимального расхода воды. С увеличением производительности деаэратора выше минимальной вода с первой тарелки перепускается коробами на третью тарелку. Вода с первой тарелки попадает на вторую тарелку, которая также рассчитана на минимальную нагрузку. Такая конструкция двух первых тарелок объясняется следующими соображениями. В этом деаэраторе отсутствует поверхностный охладитель выпара. Первые две тарелки должны обеспечить полную конденсацию необходимого количества выпара. Третья тарелка является основной тарелкой, обеспечивающей работу деаэратора при всех нагрузках. Для исключения перекосов но воде и пару при минимальной нагрузке работает часть отверстий третьей тарелки. С повышением производительности в работу включаются дополнительные ряды отверстий. С третьей тарелки вода попадает на перепускную тарелку, которая служит для сбора и перепуска воды на барботажный лист. После обработки на барботажном листе деаэрированная вода отводится по трубе. В деаэраторе выделен отсек, куда по трубе подается греющая среда — деаэрированная вода с температурой 70 — 150° С. При входе в отсек вода вскипает, а жалюзи способствуют разделению воды и пара.

Выделившийся пар поступает под барботажный лист, а оставшаяся вода по каналам вытесняется на уровень барботажного листа и вместе с деаэрированной исходной водой отводится из деаэратора. Пар, проходя через щели барботажного листа, подвергает воду интенсивной обработке. При этом под листом образуется паровая подушка. Когда паровая подушка превышает 200 мм, включаются в работу короба, по которым пар перепускается в струйный отсек между третьей и четвертой тарелками.

Пар, прошедший через барботажный лист, пересекает струйный поток, сливающийся с четвертой тарелки, и поступает в струйный отсек между третьей и четвертой тарелками. В этом отсеке происходит основной подогрев воды до температуры, близкой к температуре насыщения. Из третьего отсека пар поступает во второй отсек, где практически полностью конденсируется. В первом отсеке происходит охлаждение паровоздушной смеси и к эжектору поступают охлажденные неконденсирующиеся газы по трубе. При использовании описанной конструкции для деаэрации питательной воды рекомендуется в отсек подавать возврат конденсата с производства, а при его отсутствии — пар из расчета 20 — 25 кг на 1 т деаэрированной воды. Работа деаэратора при этом не отличается от работы вакуумного деаэратора подпиточной воды.