деаэратор (тепломассообменник)

Формула изобретения

1. Тепломассообменник-деаэратор, содержащий цилиндрический корпус с верхней и нижней торцевыми крышками, центробежный сепаратор, выполненный в виде обечайки и соединенный с внутренней частью корпуса посредством отверстий, выполненных в нижней части корпуса, тангенциальный патрубок подвода жидкой среды, по меньшей мере один патрубок подвода газообразной среды и патрубки отвода жидкой и газообразной сред, соединенные с внутренним пространством сепаратора, отличающийся тем, что патрубок отвода газообразной среды из сепаратора проходит через корпус.

2. Тепломассообменник-деаэратор по п.1, отличающийся тем, что патрубок подвода газообразной среды подсоединен тангенциально к корпусу.

3. Тепломассообменник-деаэратор по п.1, отличающийся тем, что содержит кольцевой коллектор, соединенный с внутренней частью корпуса посредством отверстий, выполненных в корпусе, а патрубок подвода газообразной среды подсоединен к указанному коллектору.

4. Тепломассообменник-деаэратор по п. 1, отличающийся тем, что внутри корпуса выше отверстий, соединяющих корпус с сепаратором, установлена кольцевая перегородка, разделяющая корпус на входной и выходной отсеки.

5. Тепломассообменник-деаэратор по п.1, отличающийся тем, что патрубок подвода газообразной среды подсоединен к верхней торцевой крышке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для термической деаэрации питательной воды паровых котлов и подпиточной воды тепловых сеток в качестве контактных охладителей выпара деаэрационных установок, в качестве контактных тепломассообменников при нагреве воды за счет прямого контакта с паром или с горячими газами.

Известен тепломассообменник - деаэратор, содержащий цилиндрический корпус с верхней и нижней торцевыми крышками, центробежный сепаратор, выполненный в виде обечайки и соединенный с внутренней частью корпуса посредством отверстий, выполненных в нижней части корпуса посредством отверстий, выполненных в нижней части корпуса, тангенциальный патрубок подвода жидкой среды, по меньшей мере, один патрубок подвода газообразной среды и патрубки отвода жидкой и газообразной сред, соединенные с внутренним пространством сепаратора (см. патент РФ N 2095125, кл. C 02 F 1/20, 10.11.97).

Недостатком указанного изобретения является невысокое качество деаэрации.

Задачей данного изобретения является повышение качества деаэрации воды, увеличение функциональных возможностей аппарата, обеспечение возможности использовать низкопотенциальный пар для деаэрации и нагрева воды.

Задача решается тем, что патрубок отвода газообразной среды из сепаратора проходит через корпус, что позволяет производить отдельно нагрев воды и отделение от нее газов, за счет чего улучшается качество деаэрации воды и уменьшается количество выхода пара с выпаром.

Кроме того, патрубок подвода газообразной среды подсоединен тангенциально к корпусу.

Кроме того, тепломассообменник - деаэратор содержит кольцевой коллектор, соединенный с внутренней частью корпуса посредством отверстий, выполненных в корпусе, а патрубок подвода газообразной среды подсоединен к указанному коллектору. А внутри корпуса выше отверстий, соединяющих корпус с сепаратором, установлена кольцевая перегородка, разделяющая корпус на входной и выходной отсеки.

Присоединение патрубка подвода газообразной среды к верхней торцевой крышке корпуса позволяет использовать в деаэраторе /тепломассообменнике/ не только высокопотенциальный пар, но и низкопотенциальный. Установка кольцевого коллектора, связанного с паропроводом высокопотенциального пара тангенциальным патрубком, а с внутренней частью корпуса горизонтальными или наклонными щелями, выполненными в корпусе, позволяет сохранить момент количества движения пара и передать его воде. За счет этого вода при выходе из аппарата восстанавливает статическое давление.

Установка кольцевой перегородки, разделяющей корпус на входной и выходной отсеки, позволяет более эффективно использовать высокопотенциальный пар. Позволяет держать слой вращающейся жидкости, через который барботируется пар внутри корпуса, не меньше определенной толщины.

На фиг. 1 изображен продольный разрез аппарата, могущего работать в качестве деаэратора, контактного охладителя выпара, контактного водонагревателя, в котором нагрев воды можно производить паром или горячими топочными газами;

на фиг. 2 - вариант того же аппарата /фрагмент верхней части/;

на фиг. 3 - продольный разрез варианта деаэратора, могущего работать как на низкопотенциальном, так и на высокопотенциальном паре и перегретой воде;

на фиг. 4 - вид сверху того аппарата;

на фиг. 5 - вариант продольного разреза нижней части аппарата, где вместо отверстий в нижней части корпуса установлены короткие тангенциальные патрубки.

Тепломассообменник имеет цилиндрический корпус 1, с верхней 2 и нижней 3 торцевыми крышками, тангенциальным патрубком 4 для подвода нагреваемой (деаэрируемой) воды, патрубок 5 (паропровод) для подвода пара (он может быть подсоединен к корпусу 1 тангенциально или радиально) и (или) патрубок 18 для подвода пара через центральное отверстие в верхней крышке 2 (патрубок 5 - паропровод может быть подсоединен к патрубку 18 тангенциально или он может быть продолжением патрубка 18). Внутри корпуса 1 тепломассообменник имеет кольцевую перегородку (шайбу) 7, разделяющую корпус на входной и выходной отсеки, отверстия 8 (или короткие тангенциальные патрубки) для выхода сред из корпуса в центробежный сепаратор (циклон), имеющий обечайку 9, верхнюю 10 и нижнюю 11 крышки (днища), тангенциальный патрубок 12 для отвода жидкости после нагрева или деаэрации, трубу 13 отвода газообразной среды (или выпара).

Тепломассообменник, изображенный на фиг. 3, имеет в корпусе отверстия 14 (они могут быть выполнены в виде радиальных или тангенциальных прямоугольных или круглых или в виде сопел).

Эти отверстия соединяют внутреннюю часть корпуса 1 с кольцевой камерой, расположенной вокруг корпуса, выполненной из обечайки 15, кольцевой крышки 16 и перегородки 10. К этой камере подсоединен патрубок 17 для подвода газообразной среды (пара). Тангенциальный патрубок 12 служит для отвода жидкой среды из сепаратора (циклона). Граница раздела сред обозначена цифрой 19.

Работа аппарата осуществляется следующим образом.

1. Работа аппарата, изображенного на фиг. 1, фиг. 2 в качестве деаэратора.

Деаэрируемая вода (холодная или нагретая ниже температуры насыщения) поступает внутрь корпуса через тангенциальные патрубки 4 и приобретает вращательное движение. Устанавливается вертикальная граница раздела вращающихся сред, диаметр которого всегда больше, чем диаметр отверстия в крышке 2 (вода не попадает в патрубок 18). Пар подается внутрь корпуса 1 через патрубок 18, присоединенный к паропроводу торцом или тангенциальным патрубком 5. Пар соприкасается с вращающимся потоком воды через границу 19 раздела сред и движется вместе по спирали вниз. Пар конденсируется, а вода нагревается до кипения, освобождаясь от неконденсируемых газов. Происходит тепломассообмен. Неконденсируемые газы устремляются к центру. Далее вода, неконденсируемые газы и небольшой избыток несконденсировавшегося пара направляются через отверстия 8 в сепаратор (циклон), где происходит разделение сред. Газы и часть несконденсирующегося пара (выпар) устремляются в выпарную трубу 13 через отверстие в крышке 3. Деаэрированная вода, сохраняя вращательное движение внутри сепаратора (циклона), попадает в отводящий патрубок 12. Динамический напор вращательного движения воды переходит в статический (частично восстанавливается давление воды). Далее деаэрированная вода поступает в бак деаэрированной воды или во вторую ступень деаэрационной установки - диспергирующее устройство. Через патрубок 18 можно подавать как низкопотенциальный пар (P = 0,2 ати), так и более высокопотенциальный.

2. Работа аппарата, изображенного на фиг. 3 в качестве деаэратора.

Основной поток деаэрируемой воды поступает внутрь корпуса через тангенциальные патрубки 4. Второй поток деаэрируемой воды с меньшим напором (охлаждающая вода из контактного охладителя выпара) поступает через патрубки 5, 18. Деаэрирующая среда (пар или перегретая вода) поступает через тангенциальный патрубок 17 в кольцевой коллектор, образованный обечайкой 15 и через отверстия 14 (которые могут быть щелевыми, тангенциальными, радиальными, выполненными в виде сопел и т.п.), барботируя через вращающийся слой деаэрируемой воды и нагревая ее до температуры насыщения. Через патрубок 18 может подаваться низкопотенциальный пар (P = 0,2 ати), если через него не подается охлаждающая вода. (Два потока пара из разных отборов турбины: низкопотенциальный - через патрубки 5, 18, высокопотенциальный - через патрубок 17).

3. Работа аппарата, изображенного на фиг. 1, 2 в качестве охладителя выпара деаэрационной установки или конденсатора.

Охлаждающая вода поступает по патрубку 4 и приобретает вращательное движение с вертикальной границей раздела сред 19. Выпар из деаэрационной установки через патрубок 18 (с закруткой при помощи патрубка 5 или без закрутки). При контакте пара с охлаждающей водой внутри корпуса 1 и при прохождении отверстий (патрубков) 8 он конденсируется, вода нагревается и подается в деаэратор или в бак. В циклоне выпар (неконденсируемые газы с небольшим содержанием пара) отделяется от воды и удаляется по трубе 13. Нагретая вода покидает охладитель выпара по трубе 12.

4. Работа аппарата в качестве контактного теплообменника.

По тангенциальным патрубкам 4 и 5 (фиг. 1, 2) или 17, 4, 5 (фиг. 3, 4) подается соответственно вода и пар с различными температурами. Вода нагревается, пар - конденсируется. Неконденсируемые газы и излишки пара могут отводиться по трубе 13 (труба 13 может быть перекрыта задвижкой). Нагретая вода отводится по трубе 12.

5. Работа в качестве контактного экономайзера (фиг. 1, 2).

Через патрубки 4 поступает холодная вода, через патрубок 18 - топочные газы от котла или печи. При контакте воды с горячими газами вода отбирает от них тепло и нагревается. Охлажденные газы выбрасываются через трубу 13, нагретая вода отводится через патрубок 12. Содержащиеся в газах водяные пары конденсируются, за счет чего значительно повышается КПД использования топлива.