Что такое барботажный лист в деаэраторе
Устройство деаэратора
В деаэраторе струйного типа вода, подлежащая деаэрации, подается в деаэрационную колонку через смесительную камеру на верхнюю распределительную тарелку кольцеобразной формы; через отверстия диаметром 5— 8 мм в днище этой тарелки вода падает в виде дождя на следующую, расположенную под ней дискообразную тарелку (сито) и т. д. Применяют от двух до пяти тарелок, размещаемых одна под другой на расстоянии 400— 1200 мм. Тарелки выполняют попеременно в виде центрально-расположенных дисков и кольцеобразных, прилегающих к внутренней стенке колонки (рис. 4).
Греющий пар подается в нижнюю часть колонки через горизонтальный коллектор с отверстиями. Поднимаясь, поток пара проходит последовательно через промежутки между центрально расположенными тарелками и внутренней, поверхностью стенки колонки и внутри кольцеобразных тарелок, пересекает струи воды, нагревая ее до температуры насыщения. Выделяемые из воды газы вместе с небольшой несконденсированной частью пара — выпаром поднимаются и в виде паровоздушной смеси удаляются из колонки через центральный штуцер в верхней ее части. Необходимая деаэрация воды обеспечивается обязательным нагревом воды до кипения и выделением при этом пара с выпаром в количестве не менее 1,5—3 кг на тонну деаэрируемой воды.
На рис. : 4 показан струйный деаэратор атмосферного типа, применяемый преимущественно на ТЭЦ для деаэрации добавочной воды и конденсата греющего пара промышленного отбора.
В деаэрационных колонках с неупорядоченной насадкой (рис. 4,в) вода, подлежащая деаэрации, поступает в объем, содержащий насадку, через водораспределительное устройство и верхнюю перфорированную тарелку и сливается после деаэрации через сетку из нержавеющей проволоки и нижнюю опорную решетку. Греющий пар подается снизу через распределительный коллектор.
Из-за заполнения рабочей части деаэрационной колонки неупорядоченной насадкой различной, иногда сложной, например омегаобразной, формы вода и нагревающий ее пар проходят длинный извилистый путь; в связи с этим возрастают площадь поверхности и продолжительность контакта воды и пара, сокращается высота рабочей части деаэрационной колонки.
Деаэраторы смешивающего типа снабжаются большей частью охладителями паровоздушной смеси (выпара), включенными на подводе деаэрируемой воды. В охладителе выпара пар конденсируется и конденсат его возвращается в деаэратор; воздух удаляется в атмосферу непосредственно, если в деаэраторе поддерживается избыточное давление, или через паровоздушный эжектор, если деаэратор вакуумный. •
Деаэрированная вода собирается под деаэрационной колонкой в деаэраторном (аккумулирующем) баке горизонтальной цилиндрической формы. Деаэраторные баки предназначены в основном для аккумулирования запаса питательной (подпиточной) воды, обеспечивающего надежное питание паровых котлов в течение некоторого определенного времени, т. е. выполняют функцию демпфирующей емкости в пароводяном тракте. Кроме того, в деаэраторном баке заканчивается процесс дегазации воды — выделения дисперсных газов и разложения бикарбонатов. Для этого в нижней части деаэрационной колонки и в баках некоторых деаэраторов применяют барботажные устройства.
Холодные потоки конденсата через штуцера ввода поступают в кольцевой приемный короб и далее через прямоугольные окна на внутренней обечайке в смесительное устройство.
Из смесительного устройства при достижении определенного уровня, конденсат равномерным потоком по всему периметру поступает на перфорированное днище верхнего блока.
Из верхнего блока конденсат пройдя через отверстия перфорированного днища, дробится на тонкие струи. Проходит через струйный отсек конденсат нагревается до температуры близкой к температуре насыщения и попадает на нижний блок. Сначала на переливной лист затем через сегментный вырез переливного листа поступает на перфорированный лист барботажного устройства. По барботажному листу вода движется слева на право и обрабатывается паром, проходящим через отверстия щита. Происходит нагрев до температуры насыщения и окончательное удаление растворенных газов.
В конце барботажного листа вода через четыре сливные трубки, верхние концы которых, для обеспечения постоянного слоя воды, выступают на 100 мм над листом, поступает в нижнею часть колонны и далее через сливную горловину сливаются в деаэраторный бак.
Сливная горловина обеспечивает постоянный уровень воды в нижней части колонны перед поступлением ее в деаэраторный бак. Слив воды из сливных трубок происходит под этот уровень, что препятствует прохождению пара через сливные трубы в обход барботажного устройства.
Греющий пар из префорированного коллектора подается под барботажный лист. Степень перфорации листа выбрана такой, что при минимальной нагрузке под листом создается устойчивая паровая подушка, исключающая провал воды через отверстия листа. На барботажном листе происходит интенсивная паровая обработка слоя воды, движущейся в сторону сливных труб и глубокая и стабильная дегазация.
Не сконденсировавшийся пар и выделившиеся из воды газы поднимаются вверх и через горловину переливного листа поступают в струйный отсек.
С увеличением производительности и расхода пара давление в паровой подушке возрастает, и пар в обход барботажного листа через паро-перепускной патрубок гидрозатвора поступает в струйный отсек.
В струйном отсеке пар, двигаясь в верх, пересекает и омывает падающие вниз, с перфорированного днища струи воды. При этом происходит перемешивание воды с паром, подогрев ее до температуры, близкой к температуре насыщения при данном давлении в колонки и предварительная дегазация воды. Конденсат греющего пара присоединяется к струям воды, а несконденсированный греющий пар и выделившейся из воды газ по периферии, через кольцевой зазор между корпусом и верхним блоком, проходят в верхнюю часть колонки, обеспечивая ее вентиляцию и подогрев встречных потоков воды, поступающих из смесительного устройства, и далее через штуцер выпара отводятся из колонки.
Рисунок.6. Деаэрационные колонки повышенного и атмосферного давления струйного типа и пленочные с неупорядоченной насадкой
а — струйного типа повышенного давления, б—струйного типа атмосферного давления, в—пленочного типа с неупорядоченной насадкой: 1 — подвод основного конденсата;2 — подвод конденсата сетевых подогревателей; 3 —смесительное устройство; 4 — 8 —дырчатые тарелки:-9, 10 — подвод конденсата ПВД; 11. 12 — пар от перегородка- 15 — перегородка; 16 — отверстия для выхода воды; 17— перфорированные тарелки; 18 — сетка с фиксированной ячейкой; 19 — кольца; 20 — решетка; 21 — обечайка; 22 — патрубки в водяной распределительной камере; 23 — патрубки в смесительном устройстве для отвода выпара с периферии колонки; 24— трубы
Технология удаления газов в деаэраторах
Термическая деаэрация — это процесс десорбции газа, при котором происходит переход растворенного газа из жидкости в находящийся с ней в контакте пар. Такой процесс может осуществляться при соблюдении законов равновесия между жидкой и газовой фазами. Совместное существование этих двух фаз возможно только при условии динамического равновесия между ними, которое устанавливается при длительном их соприкосновении. При динамическом равновесии (при определенных давлении и температуре) каждому составу одной из фаз соответствует равновесный состав другой фазы. Доведение воды до состояния кипения, когда рО = рН2О, не является достаточным для полного удаления из нее растворенных газов. Удаление газов при термической деаэрации происходит в результате диффузии и дисперсного выделения их. При этом должны быть созданы условия перехода газов из воды в паровое пространство. Одним из таких условий является увеличение площади поверхности контакта воды с паром, чтобы максимально приблизить частицы потока деаэрируемой воды к поверхности раздела фаз. Это достигается дроблением потока воды на тонкие струи, капли или пленки, а также при барбатаже пара через тонкие слои воды.
Положительно сказывается на процессе деаэрации увеличение средней температуры деаэрируемой воды, так как при этом снижается вязкость ее и поверхностное натяжение и увеличивается скорость диффузии газов. В то же время эффективное удаление газа из воды также не является достаточным для эффективной деаэрации. Выделившийся из воды газ находится на поверхности жидкости или в непосредственной близости от нее, и при незначительном снижении температуры воды или повышении ее давления газ вновь поглощается водой.
Эффективная деаэрация достигается при полном отводе выделившихся газов за счет непрерывной вентиляции и вывода их из деаэратора. Газ из деаэратора отводится вместе с паром, который называют выпаром. Количество выпара оказывает существенное влияние на эффект деаэрации. Для деаэраторов повышенного давления количество выпара составляет 2—3 кг пара на 1 т деаэрируемой воды. Таким образом, количество пара, подводимого к деаэратору, должно обеспечивать поддержание состояния кипения деаэрируемой воды и оптимальный выпар, а гидравлическая нагрузка деаэратора должна быть такой, чтобы динамическое воздействие потока пара было преобладающим на границе фаз.
Применяемые на ТЭС деаэраторы различают по рабочему давлению, при котором происходит выделение газов из воды: деаэраторы повышенного давления (0,6—1,2 МПа) типов ДСП-1600, ДСП-1000 и других с подогревом воды на 10—40 °С; деаэраторы атмосферные (0,12 МПа) типов ДА-300, ДА-150 и других с подогревом воды на 10—50 °С и деаэраторы вакуумные (0,0075—0,05 МПа) типов ДВ-2400, ДВ-2000 и других с подогревом воды на 15—25 °С (числа в типоразмерах указывают производительность, т/ч).
Под номинальной производительностью деаэратора понимается расход всех потоков воды, подлежащих деаэрации, и количество сконденсировавшегося в деаэраторе пара.
Деаэраторы различают также по способу контакта воды с паром: пленочные, струйные, капельные, барботажные. При этом часто используются комбинированные схемы контакта (например, струйно-барботажные).
Большинство деаэраторов выполняется в виде вертикальной цилиндрической колонки, которая размещается над баком-аккумулятором. Бак-аккумулятор предназначен в основном для аккумулирования запаса питательной (подпиточной) воды. Кроме того, в нем заканчивается процесс дегазации воды (выделение дисперсных газов и разложение гидрокарбонатов).
На рис. 7.3 приведена колонка струйного атмосферного деаэратора. Деаэраторы такого типа широко распространены на отечественных электростанциях в комбинированных вариантах. Они просты по конструкции и имеют малое сопротивление при прохождении пара.
Рисунок 7.3 – Конструкция колонки атмосферного деаэратора струйного типа:
1 – подвод воды; 2 – отвод выпара; 3 – дырчатые тарелки; 4 – подвод греющего пара.
Деаэрируемая вода подводится в верхнюю часть колонки. Дробление воды на струи осуществляется с помощью дырчатых тарелок, расположенных по высоте колонки на расстоянии 300—400 мм друг от друга. Тарелки имеют отверстия диаметром 5—7 мм, площадь сечения которых составляет около 8 % общей площади тарелки. В колонке устанавливаются тарелки двух типов — с проходом пара через центральное отверстие или по периферии. Чередуясь между собой, тарелки обеспечивают многократное пересечение потоком пара струй деаэрируемой воды. Число устанавливаемых тарелок определяется начальным и конечным содержаниями кислорода в деаэрируемой воде (обычно пять и более).
Струйное движение деаэрируемой воды обусловливает обязательную неравномерность интенсивности ее деаэрации, отнесенную к единице длины струи, что является существенным недостатком деаэраторов данного типа. Для его устранения колонки струйного типа выполняют большой высоты (3,5—4 м и более).
Важной характеристикой всех типов деаэраторов является приведенная плотность орошения (отношение расхода воды к площади поперечного сечения колонки). Для колонок струйного типа эта величина равна 60—100 т/(м 2 •ч).
В настоящее время деаэрирующие устройства струйного типа с дырчатыми тарелками широко используются в качестве первой ступени обработки воды в деаэраторах струйно-барботажного типа.
1 – корпус; 2 – подвод воды; 3 – крышка; 4 – отвод выпара; 5 – отверстия для слива воды; 6 – патрубки для выпара; 7, 8 – нижний и верхний листы водораспределительной камеры; 9 – орошаемая насадка; 10 – подвод пара; 11 – подвод дренажа
В деаэраторных колонках пленочного типа (рис. 7.4) деаэрируемая вода разбивается на тонкие пленки, стекая вниз по поверхности насадки.
Используется упорядоченная или неупорядоченная насадка. Упорядоченная насадка выполняется из вертикальных, наклонных или зигзагообразных листов, концентрических цилиндров, укладываемых правильными рядами колец, или других элементов, обеспечивающих непрерывное направленное движение воды.
Колонка с упорядоченной насадкой позволяет работать с плотностью орошения до 300 т/(м 2. ч) при подогреве воды на 20—30 °С. Они могут использоваться для дегазации неумягченной воды, а также воды, загрязненной шламом или накипью. В то же время в них практически нельзя обеспечить равномерность распределения потока воды по насадке.
Неупорядоченная насадка выполняется из отдельных элементов определенной формы, которые заполняют объем колонки.
Деаэрационная колонка с неупорядоченной насадкой допускает плотность орошения 90—110 т/(м 2. ч) при подогреве воды на 40 °С, обеспечивает более высокий коэффициент массоотдачи и соответственно меньшее остаточное содержание газа в воде.
В основном пленочные деаэраторы применяются для дегазации подпиточной воды тепловых сетей. Им присущи: большая чувствительность к перегрузкам, которые могут привести к обращенному движению воды и к гидроударам; как правило, недостаточная пропускная способность на единицу площади поперечного сечения колонки, что вызывает необходимость использования нескольких параллельно работающих колонок; гидравлические и тепловые перекосы за счет смещения слоя насадки, уменьшения ее удельной площади поверхности под действием потоков воды и пара.
Барботажные деаэрирующие устройства компактны и хорошо сочетаются с устройствами струйного типа. Струйный отсек при этом служит лишь для нагрева воды до температуры, близкой к температуре насыщения, и для предварительной грубой ее деаэрации.
На рис. 7.5 показана конструктивная схема деазрационной колонки струйно-барботажного типа. Предназначенная для деаэрации вода поступает в смесительное устройство 2 и через переливное устройство 3 сливается на дырчатую тарелку 4. Через отверстия дырчатой тарелки вода попадает на перепускную тарелку 5, откуда через сегментное отверстие 6 поступает на барботажную тарелку 7. На тарелке 7 вода барботируется паром, проходящим через отверстия. С этой тарелки вода переливается через порог 8 и поступает в гидрозатвор, после которого она сливается в бак-аккумулятор 12. Пар через коллектор 13 подводится под барботажный лист. Степень перфорации барботажного листа принимается такой, чтобы под ним даже при минимальной нагрузке существовала устойчивая паровая подушка, препятствующая проходу воды через отверстия. При значительном повышении давления в паровой подушке (до 130 мм вод. ст.) при увеличении нагрузки часть пара из нее перепускается по трубе 14 в обвод барботажного листа. Это исключает нежелательное повышение уноса воды из слоя над листом. Постоянному проходу пара через трубу 14 препятствует гидрозатвор 15, который заполняется водой. Пройдя через слой воды над листом 7, пар выходит через горловину перепускной тарелки 5, омывает струи воды и подогревает ее до температуры, близкой к температуре насыщения при давлении в колонке. Здесь же происходит первичная дегазация воды. Через штуцер 17 пар и выделившиеся газы удаляются из колонки. Эффективность работы таких деаэраторов весьма высока, они получили широкое распространение для блоков мощностью 300 МВт. Для блоков большей мощности их конструкция была несколько изменена в целях уменьшения габаритов и расширения диапазона эффективной работы барботажного устройства.
Задачей расчета деаэраторов является определение размеров зоны деаэрации, обеспечивающих эффективное удаление растворенных агрессивных газов из воды. Исходными данными являются: начальное и конечное содержания растворенных в деаэрируемой воде газов и расчетные характеристики потоков пара и воды в отсеках, определяемые при тепловом расчете колонки.
Расчет числа отсеков обычно ведется методом последовательного приближения до достижения требуемого остаточного содержания кислорода в деаэрируемой воде. При расчете струйно-барботажных колонок необходимо иметь в виду, что увеличение недогрева в струйных отсеках ведет к повышению расхода пара, поступающего на барботажное устройство. Обычно недогрев воды до температуры насыщения в струйных отсеках принимается в пределах 5—10 °С. Тепловой расчет струйных отсеков ведется последовательно для каждого, начиная с верхнего.
Контрольные вопросы:
1. В чем заключается сущность процесса термической деаэрации?
2. Какие требования предъявляют к конструкции деаэраторов?
3. Опишите технологию удаления диоксида углерода в декарбонизаторе.
4. Опишите схему декарбонизатора струйного типа.
5.Технология удаления газов в декарбонизаторах.
6. Как классифицируются деаэраторы по давлению, по способу контакта воды с паром?
7. Объясните конструкцию и принцип действия колонки атмосферного типа.
8. Объясните конструкцию и принцип действия деаэрационной колонки пленочного типа.
9. Объясните конструкцию и принцип действия деаэрационной колонки струйно-барботажного типа.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Деаэраторы
Деаэрация питательной воды проводится для удаления растворенных в воде воздуха и других газов (в первую очередь СО2), образовавшихся в процессе химической обработки воды. Их присутствие в воде способствует активной коррозии теплообменных поверхностей и соединительных труб. Правилами технической эксплуатации (ПТЭ) электрических станций и сетей содержание в воде растворенного кислорода нормируется: для питательной воды котлов с давлением выше 10 МПа не более 10 мкг/кг, для подпиточной воды тепловых сетей не более 50 мкг/кг. Свободная углекислота в воде после деаэратора должна отсутствовать [1, 28, 29].
Деаэраторы различают также по способу контакта воды с паром: струйные, пленочные, капельные, барботажные. При этом часто используются комбинированные схемы контакта (например, струйно-барботажные).
Устройство атмосферного струйно-барботажного деаэратора, состоящего из горизонтального цилиндрического бака-аккумулятора 23 и установленной на нем деаэрационной колонки 3, показано на рис. 4.7.15. Назначение колонки — обеспечение наилучшего контакта воды и греющего пара для эффективного нагрева и дегазации воды. В основном используются струйные колонки, в которых поток воды под действием силы тяжести распределяется на стекающие струи. Иногда применяются пленочные колонки, в которых вода в виде пленки стекает по установленным в колонке вертикальным листам. Греющий пар движется снизу вверх.
Схема струйной колонки показана на рис 4.7.16. Конденсат от потребителей пара и химически очищенная подпиточная вода поступают в верхнюю часть колонки, где попадают в водораспределительное устройство 3. Далее их смесь стекает в бак-аккумулятор по системе тарелок 2, разбиваясь при этом на тонкие струйки. Греющий пар подается снизу противотоком. При контакте с восходящим потоком пара вода нагревается до кипения.
Рис.4.7.15. Духступенчатый струйно-барботажный атмосферный деаэратор ДА:
1 – комбинированное предохранительное устройство; 2 – подвод основного конденсата; 3 – деаэрационная колонка; 4 – отвод выпара; 5 – выхлоп в атмосферу; 6 – регулятор уровня; 7 – охладитель выпара; 8 – подвод горячих конденсатов; 9 – подвод барботажного пара; 10 – ограничительная диафрагма; 11 – подвод химически очищенной воды; 12 – регулятор давления; 13 – вертикальная перегородка; 14 – подвод греющего пара; 15 – циркуляционная перегородка; 16 – отвод деаэрированной воды; 17 – канал для перепуска пара в обвод барботажного листа; 18 – отбор проб воды; 19 – барботажный лист; 20 – барботажный канал; 21 – горизонтальная перегородка; 22 – дренаж; 23 – бак-аккумулятор
Рис.4.7.16. Деаэрационная колонка атмосферного деаэратора с подводом пара к колонке:
1 – корпус; 2 – дырчатые тарелки; 3 – водораспределительное устройство; 4 – подвод воды; 5 – штуцер отвода выпара; 6 – отвод выпара; 7 – подвод пара; 8 – деаэрированная вода; 9 – парораспределительная камера
Содержащиеся в воде газы выделяются и, насыщенные паром, удаляются из верхней части колонки.
Теплота парогазовой смеси, называемой выпаром, в деаэраторах большой производительности используется для собственных нужд котельной. С этой целью выпар пропускается через специальный теплообменник, в котором пар конденсируется, а газы удаляются в атмосферу. Охлаждающей средой является, как правило, химочищенная вода, направляемая в деаэратор. В деаэраторах малой производительности выпар удаляется непосредственно в атмосферу.
Под производительностью деаэратора понимают расход всех потоков воды, подлежащих деаэрации, и сконденсировавшегося в деаэраторе пара. Номинальную производительность, т/ч, указывают числом в типоразмерах деаэраторов. Например, ДА-150, ДА-300 – для атмосферных деаэраторов, ДСП-1000, ДСП-1600 – для деаэраторов повышенного давления и ДВ-2000, ДВ-2400 – для вакуумных деаэраторов.
Деаэрированная (питательная) вода стекает в бак, в котором происходит ее накопление. Греющий пар может подаваться непосредственно в нижнюю часть колонки, однако при этом время контакта воды с паром ограниченно, что ухудшает деаэрацию, а в верхней части бака накапливаются газы. Более эффективна двухступенчатая деаэрация с подачей пара в бак (см. рис. 4.7.15). Основной поток пара поступает через патрубок 14, расположенный над уровнем воды, обеспечивает работу колонки, а также вентиляцию парового пространства, предохраняя бак от скопления в нем газов. Часть пара подается в нижнюю часть бака, где имеется барботажное устройство 19 в виде плоского канала с перфорированной верхней стенкой (барботажный лист). Весь объем бака-аккумулятора разделен на две секции перегородкой 13. Вода проходит из левой секции в правую через барботажное устройство. Для лучшей деаэрации в правой секции организуется циркуляция воды с помощью вертикальной перегородки 15. Деаэрированная вода отбирается из правой секции.
Барботажные деаэрирующие устройства компактны и хорошо сочетаются с устройствами струйного типа. Струйный отсек при этом служит в основном для нагрева воды до температуры, близкой к температуре насыщения, и для предварительной грубой ее деаэрации.
Атмосферные деаэраторы выпускаются производительностью 5 – 300 т/ч. Диаметр деаэрационной колонки 1 – 2 м, высота 1,5 – 2 м. Вместимость бака-аккумулятора должна обеспечить работу котлоагрегатов при максимальной паропроизводительности в течение 20 – 30 мин.
В схемах тепловых электростанций нашли также широкое применение колонки струйно-барботажного типа (рис. 4.7.17).
Рис.4.7.17. Деаэрационная колонка струйно-барботажного типа:
1 – подвод воды; 2 – смесительное устройство; 3 – переливное устройство; 4 – дырчатая тарелка; 5 – пароперепускная тарелка; 6 – сливной канал; 7 – барботажная тарелка; 8 – переливной порог; 9 – гидрозатвор; 10 – корпус; 11 – водослив; 12 – бак-аккумулятор; 13 – подвод пара; 14 – пароперепускная труба; 15 – гидрозатвор; 16 – барботажный слой; 17 – выпар
Предназначенная для деаэрации вода поступает в смесительное устройство 2 и через переливное устройство 3 сливается на дырчатую тарелку 4. Через отверстия дырчатой тарелки вода сливается на перепускную тарелку 5, откуда через сегментное отверстие 6 поступает на барботажную тарелку 7. Пар из коллектора 13 подводится под барботажный лист. Степень перфорации барботажного листа принимается такой, чтобы под ним даже при минимальной нагрузке существовала устойчивая паровая подушка, препятствующая проходу воды через отверстия. При значительном повышении давления в паровой подушке при увеличении нагрузки (до 130 мм вод. ст.) часть пара из нее перепускается по трубе 14 в обвод барботажного листа. Это исключает нежелательное повышение уноса воды из слоя над листом. Постоянному проходу пара через трубу 14 препятствует гидрозатвор 15, который заполняется водой. Пройдя через слой воды над листом 7, пар выходит через горловину перепускной тарелки 5, омывает струи воды и подогревает ее до температуры, близкой к температуре насыщения при давлении в колонке. Здесь же происходит первичная дегазация воды. Через штуцер 17 пар и выделившиеся газы удаляются из колонки.
Эффективность работы таких деаэраторов весьма высока, и они получили широкое распространение для блоков мощностью 300 МВт.
Для блоков большей мощности их конструкция была несколько изменена с целью уменьшения габаритов и расширения диапазона эффективной работы барботажного устройства (рис.4.7.18).
Рис.4.7.18. Деаэрационная колонка струйно-барботажного типа большой производительности:
1 – подвод воды; 2 – водосмесительное устройство; 3 – водораспределительная тарелка; 4 – перепускная тарелка; 5, 8 – гидрозатворы; 6 – барботажная тарелка; 7, 9 – водослив; 10 – бак-аккумулятор; 11 – подвод пара; 12 – пароперепускная труба; 13 – перепуск выпара; 14 – коллектор сбора выпара; 15 – отвод выпара
Ввод основного потока подлежащей деаэрации воды осуществляется через штуцер 1 сверху корпуса. Это позволяет уменьшить высоту колонки и более рационально выполнить перфорацию распределительной тарелки 3. Водораспределительная тарелка 3 и водосмесительное устройство 2 в этой конструкции совмещены. Улучшение условий отвода выпара достигнуто за счет применения перфорированной трубы (коллектора). Перфорированный коллектор подвода пара установлен в переходном патрубке, соединяющем колонку с баком. Это позволило несколько сократить высоту колонки.
Существенное отличие этой колонки от рассмотренной ранее заключается в конструкции барботажного устройства. Оно разбито на три кольцевые перфорированные зоны, ограниченные снизу цилиндрическими перегородками различной высоты. При минимальной нагрузке деаэратора работает первая (внутренняя) зона барботажа. Повышение нагрузки приводит к увеличению паровой подушки и включению в работу второй, а затем и третьей зоны барботажа. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к тому, что часть пара проходит помимо барботажного отсека через кольцевой канал. При уменьшении нагрузки вода с барботажного листа поступает в кольцевой канал, образуемый переливным порогом 7. Уровень воды в нем увеличивается, и зоны перфорации перекрываются в обратном порядке. Секционирование зон перфорации позволило существенно уменьшить диапазон изменения скорости пара в отверстиях барботажного листа при изменении нагрузки. Это создает условия для эффективной и надежной работы деаэратора при переменных нагрузках.
Дальнейшее совершенствование деаэраторов струйно-барботажного типа направлено на уменьшение их габаритов и повышение надежности эффекта деаэрации при переменных режимах работы. Для крупных блоков были разработаны и применялись струйно-барботажные деаэраторы с горизонтальными колонками. Они удобны с точки зрения компоновки на ТЭС. Однако стесненное расположение тарелок из-за ограничений по высоте и чувствительность к отклонениям по горизонтали при установке провальных и непровальных тарелок приводило к существенным гидравлическим и тепловым перекосам и к ухудшению качества деаэрации.
В деаэраторных колонках пленочного типа деаэрируемая вода разбивается на тонкие пленки, стекая вниз по поверхности насадки. Используется упорядоченная или неупорядоченная насадка. Упорядоченная насадка выполняется из вертикальных, наклонных или зигзагообразных листов, концентрических цилиндров, укладываемых правильными рядами колец или других элементов, обеспечивающих непрерывное направленное движение воды.
Неупорядоченная насадка выполняется из отдельных элементов определенной формы, которые заполняют объем колонки. Это могут быть шары, кольца, П-образные элементы и т.п.
Конструкция деаэрационной колонки пленочного типа с неупорядоченной насадкой приведена на рис. 4.7.19.
Рис.4.7.19. Деаэрационная колонка пленочного типа с неупорядоченной насадкой:
1 – корпус; 2 – подвод воды; 3 – крышка; 4 – отвод выпара; 5 – отверстия для слива воды; 6 – патрубки для выпара; 7, 8 – нижний и верхний листы водораспределительной камеры; 9 – орошаемая насадка; 10 – подвод пара; 11 – подвод дренажа
В основном, пленочные деаэраторы применяются для дегазации подпиточной воды тепловых сетей. Им присущи следующие недостатки:
Как и при использовании струйных колонок, сочетание пленочного принципа распределения воды с барботажным улучшает деаэрацию. [ править ]
Принцип действия вакуумных деаэраторов аналогичен принципу действия атмосферных струйных и струйно-барботажных деаэраторов, но для создания вакуума выход выпара подключен к камере всасывания водоструйного эжектора. Схема деаэратора, в которой реализован струйный принцип действия, приведена на рис. 4.1.8.
Рис.4.7.20. Двухступенчатый струйно-барботажный вакуумный деаэратор системы ЦКТИ:
1 – патрубок для входа вод после химводоочистки на деаэрацию; 2 – распределительный коллектор; 3, 5, 7 – первая, вторая и четвертая тарелки с отверстиями для разбиения потока воды на струи; 4 – короб для перепуска воды с первой на третью тарелку 6 при больших ее расходах; 8 – барботажный лист; 9 – патрубок для отвода деаэрированной воды в бак-аккумулятор; 10, 11 – патрубок и отсек для ввода греющей среды – пара или горячей воды; 12 – жалюзи для разделения потока на пар и воду после вскипания горячей воды; 13 – канал отвода деаэрированной воды в патрубок 9; 14 – короб для перепуска пара при превышении высоты паровой подушки под барботажным листом расчетной величины (обычно 200 мм); 15 – патрубок для отвода парогазовой смеси к водоструйному эжектору
Принципиальная схема двухступенчатого струйно-барботажного вакуумного деаэратора ДСВ-400 системы НПО ЦКТИ представлена на рис. 4.7.20. Благодаря наличию в этом деаэраторе двух ступеней дегазации – струйной и барботажной – обрабатываемая вода освобождается не только от кислорода, но и от свободной двуокиси углерода. Холодная вода, направляемая после химводоочистки на деаэрацию, подводится по трубе 1 к распределительному коллектору 2, а из него на первую дырчатую тарелку 3. При больших расходах вода с первой тарелки 3 перепускается через короб 4 на третью тарелку 6. Вода, прошедшая через отверстия первой тарелки, попадает на вторую тарелку 5. Первые две тарелки 3 и 5 являются по существу охладителями выпара. Третья тарелка 6 является основной. С третьей тарелки вода попадает на четвертую тарелку 7, а затем на барботажный лист 8. После обработки на барботажном листе 8 деаэрированная вода отводится из деаэратора через канал 13 и патрубок 9.
Греющая среда — пар или горячая вода — подводится в деаэратор через патрубок 10 в отсек 11. При входе в отсек 11 горячая вода вскипает, и поток с помощью жалюзи 12 разделяется на пар и воду.
Выделившийся при вскипании воды или подведенный извне греющий пар поступает под барботажный лист 8, а вода сливается по внутренней поверхности корпуса деаэратора и по каналу 13 поступает в смеси с деаэрированной водой в отводящий патрубок 9.
Проходя сквозь отверстия барботажного листа 8 и слой воды на нем, пар нагревает воду практически до температуры кипения при давлении в деаэраторе.
Пар, прошедший сквозь барботажный лист, пересекает струи воды, сливающиеся с тарелки 7 на барботажный лист, частично конденсируется и нагревает воду, а затем поступает в отсек между тарелками 6 и 7. В этом отсеке происходит основная конденсация пара и нагрев воды до температуры, близкой к температуре кипения при давлении в деаэраторе. Затем пар проходит последовательно через отсеки между тарелками 5 и 6, далее между тарелками 3 и 5 и практически полностью конденсируется. Неконденсирующиеся газы отсасываются эжектором из деаэратора по трубе 15. В том случае, когда высота паровой подушки под барботажным листом 8 превышает расчетную (обычно 200 мм), включается в работу перепускной короб 14, по которому пар перепускается в струйный отсек между тарелками 6 и 7.
Двухступенчатый вакуумный деаэратор ДСВ-400 НПО ЦКТИ с расчетной производительностью 110 кг/с (400 т/ч) представляет собой цельносварной горизонтальный цилиндр диаметром 3 м и длиной 2 м. Он является типовой секцией, из которых набираются деаэраторы большей производительности.
Испытания деаэратора ДСВ-400 при использовании в качестве греющей среды как горячей деаэрированной воды, так и пара, показали, что он обеспечивает деаэрацию подпиточной воды в соответствии с требованиями ПТЭ.
Технические характеристики основных рассмотренных выше деаэраторов и комплектующих их изделий (охладителей выпара, водоструйных эжекторов) из [ 30 ] приведены в табл. 4.7.11 – 4.7.21.
В последние 10 – 15 лет появились новые разработки в области создания деаэраторов. Это – щелевые и щелевые центробежные деаэраторы.
Основное ограничение интенсивности и глубины деаэрации связано с низкой скоростью диффузии газов в деаэрируемой воде порядка 0,1 мм/с. На практике это ограничение преодолевается увеличением поверхности раздела фаз и уменьшением характерного размера частиц обрабатываемой воды (организация пленочного, струйного или капельного режима течения, применение насадок, барботирования паром и т.п.).
К общим недостаткам традиционных деаэраторов (атмосферных, повышенного давления, вакуумных) следует отнести:
Несмотря на некоторое преимущество вакуумных деаэраторов, связанное с возможностью их применения в условиях отсутствия пара как греющего агента, следует отметить трудности с обеспечением работоспособной схемы их включения, а также поддержания стабильных режимов деаэрации.
Однако частичное выделение газов из воды может происходить и без термического воздействия. Так, при дросселировании воды в атмосферу через щелевые насадки степень дегазации составляет 41% при избыточном давлении около 0,25 МПа и 99% при давлении 0,59 МПа. Этот эффект объясняется разрывом воды при дроблении в области нахождения газовых включений.
Образование обособленной газовой фазы при комбинированном воздействии на деаэрируемую воду позволяет организовать принудительное разделение воды и парогазовой среды на сепараторах центробежного типа.
При подаче предварительно диспергированного потока деаэрируемой воды на криволинейную поверхность эффект разделения фаз определяется скоростью двухфазной среды, радиусом кривизны и разностью плотностей фаз. Так, при скорости 10 м/с и радиусе кривизны поверхности 5 см создается искусственное поле тяжести, в 200 раз превышающее земное тяготение.
Эффект деаэрации объясняется быстрой коагуляцией воды, препятствующей обратному поглощению кислорода из парогазовой среды ввиду резкого искривления поверхности раздела фаз.
Расчет и конструирование деаэрационных колонок
Целью расчета является определение размеров зоны деаэрации, обеспечивающих эффективное удаление растворенных агрессивных газов из воды. Исходными данными для расчета являются начальное и конечное содержания растворенных в деаэрируемой воде газов и расчетные характеристики потоков пара и воды в отсеках, определяемые в тепловом расчете колонки. Поэтому при определении основных размеров колонки струйного типа тепловой расчет предшествует расчету массообмена [ 28 ].
Тепловой расчет струйных отсеков ведется последовательно для каждого, начиная с верхнего. Из теплового и материального балансов деаэратора известны значения расхода воды, суммарный расход пара, количество сконденсированного в деаэраторе пара и теплота, отводимая с выпаром и деаэрированной водой. Расчет подогрева в отсеках проводится при условии поперечного обтекания струй паром. При давлении пара выше атмосферного для расчета подогрева применима следующая зависимость:
Рис.4.7.23Значения коэффициента A, характеризующего свойства воды и пара, принимаются по графику, приведенному на рис. 4.7.23.
Рис.4.7.23. Значения коэффициента А в зависимости от давления при подогреве воды в струях
Длина струй в отсеке L принимается равной расстоянию между выше расположенной тарелкой и динамическим уровнем воды hдин на нижней тарелке:
Динамический уровень воды на тарелке
Диаметр отверстий тарелки принимается равным 5 – 8 мм при шаге 18-20 мм. Значение скорости воды на выходе из отверстий тарелки определяется из выражения
Количество пара, сконденсированного в отсеке струями воды, определяется по формуле
Скорости пара на входе в струйный пучок и выходе из него:
то же на выходе из пучка струи
Средняя скорость пара в отсеке:
Расхождение между ранее принятой и полученной расчетом скоростями пара не должно превышать 0,1 м/с. При большем расхождении расчет повторяется при новом значении скорости.
Среднее значение скорости пара в отсеке не должно превышать предельного, при котором наступает интенсивный унос капель. Для определения предельной скорости используются зависимости, приведенные на рис. 4.7.24, при этом диаметр отверстий принимается равным диаметру отверстий тарелки.
Рис.4.7.24. Зависимости предельно допустимой скорости пара в струйном отсеке от начального диаметра струи
Расчетное значение скорости пара в первом отсеке позволяет определить температуру воды на выходе из отсека и соответственно на входе во второй отсек. Давление пара во всех отсеках принимается в расчетах постоянным и равным номинальному, а расход воды через отсеки – с учетом конденсации пара. Для расчета выделения кислорода в отсеке с поперечным обтеканием струй паром при давлении выше атмосферного используется выражение
Рис.4.7.25. Значения коэффициента В в зависимости от давления
Рис.4.7.26. Схема отсека струйной колонки [ править ]
Полученное по (4.7.21) значение Cвых определяет концентрацию кислорода на нижней тарелке данного отсека.
Тепловой баланс барботажного деаэрирующего устройства позволяет определить минимально необходимый расход пара на барботаж. Уравнение теплового баланса для барботажного устройства имеет вид
Основным условием эффективной работы барботажного устройства является отсутствие провала жидкости через отверстия непровальной тарелки. Минимальная скорость пара, при которой отсутствует провал жидкости через отверстие и под тарелкой образуется устойчивая паровая подушка, определяется из выражения
В практических расчетах часто используют формулу для определения Wмин в виде
Диаметр отверстий барботажного листа принимается 5 — 8 мм, а число отверстий
В процессе барботажа эффект дегазации воды достигается за счет турбулентной диффузии и увеличения газовых пузырей потоком пара. Наибольший эффект дегазации имеет место при подогреве воды до температуры насыщения в барботажном слое и оптимальных значениях динамического напора пара в рабочем сечении листа.
Для расчета массопередачи в барботажном слое используются критериальные уравнения типа
где М = k/Wж — число Маргулиса (здесь k – коэффициент массопередачи); Lа = rпWп 2 /s — число Лапласа; с — коэффициент пропорциональности, различный для разных газов; n = 0,33 для барботажных тарелок.
где F – рабочая площадь барботажного листа, м 2 ; DCср – средняя движущая сила процесса массопередачи, кг/м 3 :
Скорость течения жидкости по барботажному листу определяется из условия
Тепловой баланс деаэрационных колонок с насадками не отличается от теплового баланса струйных колонок. Для колонок с насадкой важным является ее гидродинамическая устойчивость. Расчет гидродинамической устойчивости проводится для определения условий, при которых происходит захлебывание колонки (обращенное движение воды). Потеря устойчивости связана с достижением предельной скорости пара при данных плотности орошения и температуре воды перед колонкой.
Для насадки из вертикальных листов предельная скорость пара перед ней при заданной плотности орошения определяется по уравнению
Без учета сопротивления переносу массы в паровой фазе площадь поверхности и объем насадки определяются по выражениям
Значение среднелогарифмического концентрационного напора может быть определено по (4.7.31) с принятыми упрощениями:
Для расчета коэффициента массопередачи в деаэраторе с вертикальными листами высотой h рекомендуется формула
Рис. 4.7.27. Значения коэффициента В при расчете массоотдачи в деаэраторах с насадками:
Расчет массопередачи в колонках с неупорядоченной насадкой ведется по значению kv = kf fуд. Для определения kv рекомендуется следующее выражение:
Для колонок с насадками высота слоя насадки определяется при расчете гидродинамической устойчивости. Площадь живого сечения решеток, с помощью которых фиксируется насадка, принимается не менее 80%. Орошение насадки рекомендуется осуществлять с помощью водораспределительной тарелки, имеющей отверстия для распределения воды и открытые сверху и снизу патрубки для пропуска пара или с помощью закрытой водяной камеры, состоящей из двух горизонтальных листов. При этом нижний лист имеет отверстия для прохода воды.
Ввод в колонку перегретых потоков определяется степенью их перегрева, чтобы избежать гидроударов. Чем выше степень перегрева потока, тем ниже по высоте насадки он должен вводиться в колонку.