устройство для дегазации горячей воды

Формула изобретения

Устройство для дегазации горячей воды, содержащее цилиндрический корпус с патрубками подачи воды на дегазацию, отвода паровоздушной смеси, подачи дегазированной воды потребителям, трубы подачи воды на дегазацию, насадку, разбрызгиватель, регулятор уровня воды в колонне, заборник выпара, охладитель выпара, систему отсоса паровоздушной смеси, отличающееся тем, что разбрызгиватель выполнен из шарнирно соединенных друг с другом дренированных плоскостей, перекрывающих все поперечное сечение колонны над насадкой, причем оси шарниров коллинеарны продольным осям труб подачи воды на дегазацию, а каждая отдельная плоскость состоит из силового каркаса, выполненного в виде трапеции, между боковинами которой закреплены жестко на каркасе стержни, параллельные основаниям трапеции, и между основаниями трапеции вперехлест относительно стержней укреплены металлические ленты, концы которых жестко зафиксированы на основаниях трапеции, при этом сами ленты в шахматном порядке огибают силовые стержни, а заборник выпара, в корпус которого засыпана насадка из колец Рашига, имеет одно подвижное дренированное днище, расположенное над кольцами Рашига.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике обработки горячей воды с целью ее дегазации перед подачей потребителям.

Широкое применение при подготовке (дегазации) горячей воды в городских системах централизованного горячего водоснабжения нашел одноступенчатый термовакуумный дегазатор насадочного типа, описание которого имеется в монографии [1]. Упомянутое устройство является разработкой предприятия «Удмуртгражданпроект» и состоит из вертикальной дегазационной колонны, закрытой с обоих концов, с установленной внутри ее решеткой, а на решетке располагается насадка из колец Рашига, на которую поступает вода на дегазацию из дренированной трубы, причем парогазовая смесь отсасывается из колонны через охладитель выпара струйным водяным насосом.

Несмотря на широкое распространение таких дегазационных устройств, они имеют низкую надежность работы и недостаточную эффективность дегазации. В частности, практика эксплуатации подобных дегазаторов показывает, что остаточное содержание растворенного кислорода в деаэрированной воде значительно превышает (в разы) допустимое по ГОСТу его содержание. Это во многом объясняется несовершенством как системы отсоса паровоздушной смеси из дегазационной колонны, так и узла подачи воды на дегазацию. Новые решения этих систем, предложенные в патентах [2, 3], позволили значительно увеличить степень дегазации горячей воды. В частности, применение форсуночных головок в качестве узла распыла жидкости на дегазацию и использование заборника выпара, в соответствии техническим решениям по патенту Российской Федерации №2175953 [2], позволило повысить эффективность дегазации для эксплуатируемых термовакуумных дегазаторов в 3-5 раз. Использование технических решений в соответствии с патентом России на изобретение №2202518 позволяет улучшить показатели дегазации только в 1,5-2 раза.

Как следует из сказанного, упомянутые решения [2, 3], направленные на совершенствование термовакуумной технологии дегазации горячей воды, могут быть использованы как при разработке новых дегазационных устройств, так и при модернизации уже существующих. Второе является более перспективным направлением как с экономической, так и с технической точки зрения. Эксплуатируемый в России многотысячный парк термовакуумных дегазаторов, разработки предприятия «Удмуртгражданпроект» и сворачивание жилищного строительства, а соответственно, объектов жилищно-коммунального хозяйства подтверждает высказанный тезис.

Однако, по тем же экономическим причинам, эксплуатируемые термовакуумные дегазаторы горячей воды зачастую работают далеко за пределами своих расчетных возможностей. А это делает сложным модернизацию подобных устройств. В основном это отклонение состоит в превышении расчетных значений максимальной производительности дегазационной колонны по горячей воде. Тем не менее, эксплуатационщики дегазационных колонн нашли выход из ситуации, изменив другие рабочие параметры дегазационной колонны, что и явилось в большинстве случаев причиной ухудшения дегазации горячей воды.

С другой стороны, стоимость модернизации существующих термовакуумных дегазаторов по схеме, соответствующей паиенту [2], в несколько раз превосходит стоимость модернизации по схеме, описанной в патенте [3]. Кроме этого, эксплуатация дегазационных колонн с узлом распыла, выполненном на основе использования форсуночных головок, требует не только высокого профессионализма обслуживающего персонала, но и строгого соблюдения расчетных параметров работы дегазационной колонны, например давления подачи воды на дегазацию. Более того, эксплуатируемые термовакуумные дегазаторы относятся к дегазаторам насадочного типа, а наличие насадки в колонне при использовании форсуночных узлов распыла ухудшает степень дегазации горячей воды [4].

За прототип принято устройство для дегазации горячей воды по патенту №2202518 [3].

Устройство-прототип содержит цилиндрический корпус с патрубками подачи воды на дегазацию, отвода паровоздушной смеси, регулятор уровня воды в колонне, охладитель выпара, систему отсоса парообразующей смеси. При этом разбрызгиватель выполнен в виде связки коллекторов, имеющих общий выход, и каждый из которых имеет дренированное плоское днище, параллельное плоскости насадки. А каждое отверстие этого днища имеет конфузорно-диффузорные и цилиндрический участки с диаметром цилиндрического участка в 1,5-2,5 мм. В насадке, на всю ее высоту, радиально установлены пластины, при этом в один из образованных секторов внутри насадки на решетке установлен заборник выпара, герметично стыкуемый с патрубком отвода паровоздушной смеси, причем в полости заборника выпара установлены два подвесных днища, между которыми засыпана насадка из колец Рашига.

Тем самым, устройство-прототип является двухступенчатым термовакуумным дегазатором насадочного типа, в котором первая ступень дегазации реализуется за счет распыла жидкости через дренированные днища коллекторов подачи воды, причем каждое из отверстий профилировано. А вторая ступень дегазации реализуется на элементах насадки.

Недостатком подобного устройства является сложность изготовления, а соответственно, и дороговизна изготовления узла подачи воды на дегазацию. Неоправданно сложным, а соответственно и дорогим, является конструктивно-компоновочная схема заборника выпара. Применение радиально установленных в насадку пластин также удорожает стоимость модернизации термовакуумной дегазационной колонны.

Задача изобретения - снижение экономических затрат на проведение модернизации существующих термовакуумных дегазаторов насадочного типа с целью повышения эффективности дегазации, надежности функционирования дегазатора и повышения его экономичности.

Поставленная задача достигается за счет исполнения первой ступени дегазации дегазатора в виде разбрызгивателя, выполненного из металлических лент, образующих дренированную поверхность, перекрывающую все поперечное сечение дегазационной колонны под насадкой, и за счет упрощения конструкции заборника выпара. В частности, корпус заборника выпара непосредственно устанавливается на решетку, и в корпус его засыпается непосредственно на решетку дополнительная насадка из колец Рашига, причем для предотвращения попадания элементов этой насадки в систему отсоса паровоздушной смеси внутри корпуса заборника выпара на кронштейнах над насадкой располагается дренированное днище.

Тем самым, повышение эффективности дегазации горячей воды достигается за счет уменьшения размера отдельной фракции воды, падающей на насадку, поскольку предварительно она дробится при падении на поверхность разбрызгивателя. Рост эффективности дегазации достигается и за счет введения в схему колонны предварительной ступени конденсации выпара, роль которой выполняет заборник выпара с загруженной в его полость насадкой.

Более того, при использовании упомянутого ленточного разбрызгивателя в качестве узла подачи воды на дегазацию можно использовать обыкновенные дренированные трубы, как это имеет место в устройстве-аналоге - термовакуумном дегазаторе разработки предприятия «Удмуртгражданпроект».

Уменьшение размеров отдельной фракции воды, падающей на кольца Рашига, за счет прохождения ее через ленточный разбрызгиватель не только уменьшает ее импульс и снижает вероятность возникновение движения элементов насадки, но и повышает эффективность удаления газа из этой фракции воды. Это обусловлено тем, что увеличивается поверхность контакта воды с газопаровой средой и увеличивается время пребывания отдельной капли в зоне дегазации. Это позволяет отказаться от размещения в теле насадки специальных плоскостей, как это имеет место в устройстве-прототипе, используемых для понижения подвижности как отдельных элементов насадки, так и всего тела насадки.

Таким образом, сказанное позволяет улучшить степень дегазации жидкости без значительных капитальных затрат, повысить время эксплуатации магистралей, повысить надежность функционирования и экономичность дегазатора, в том числе и при завышенных по сравнению с проектными параметрами пиковых расходах горячей воды потребителям.

На фиг.1 представлена схема насадочного дегазатора для дегазации горячей воды (общий вид в разрезе) и на фиг.2 показано сечение элемента разбрызгивателя ленточного типа.

Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, патрубка подачи воды 2, патрубка 3 отсоса паровоздушной смеси, патрубка 4 подачи воды потребителям. На патрубке подачи воды 2 на дегазацию установлены две (несколько) дренированные трубы 5. В корпусе 1 выполнена решетка 6, на которую засыпается основная насадка 7. В тело насадки 7 торцом на решетке 6 установлен корпус заборника выпара 8. В корпус заборника выпара 8 на решетку засыпана насадка 9 из колец Рашига. Внутри корпуса заборника выпара 4 над насадкой 9 на кронштейнах базируется подвижное дренированное днище 10. На патрубок 11 крышки корпуса заборника выпара 8 установлен паропровод 12, торец которого герметично подстыкован к патрубку 3 отвода паровоздушной смеси. Для дальнейшего охлаждения паровоздушной смеси устройство снабжено охладителем выпара 13. Для подачи паровоздушной смеси в охладитель выпара устройство снабжено струйным эжектором (струйным насосом) 14. Для накопления охлажденного и сконденсировавшегося выпара предназначена емкость 15. Для регулирования воды в колонне устройство снабжено регулятором уровня воды в колонне 16. Для уменьшения размеров фракций воды, поступающих на основную насадку 7, и увеличения времени их пребывания в зоне дегазации в полости колонны в зоне между полостью верхней границы насадки 6 и дренированными трубами 5 на кронштейнах установлен ленточный разбрызгиватель 17. Разбрызгиватель состоит из шарнирно соединенных друг с другом плоскостей, причем оси шарниров коллинеарны продольным осям труб подачи 5 воды на дегазацию. При этом плоскости, образующие разбрызгиватель, могут располагаться под углами друг к другу.

Каждая отдельная плоскость состоит из отдельного силового каркаса, выполненного в виде трапеции из трубы, между боковинами которой закреплены жестко на каркасе стержни, параллельные основаниям трапеции. Между основаниями каждой трапеции уложены вперехлест относительно стержней металлические ленты (встречно друг другу), концы которых зафиксированы на основаниях трапеции, а сами ленты в шахматном порядке огибают силовые стержни, соединяющие основания трапеции.

На фиг.2 показана схема отдельной плоскости ленточного разбрызгивателя, состоящей из силового каркаса - трапеции 18, на котором параллельно основаниям трапеции закреплены силовые стержни 19. На силовом каркасе с базированием на силовых стержнях 19 в шахматном порядке уложены с жесткой фиксацией от перемещений тонкие металлические ленты 20. Силовой каркас 18, силовые стержни 19 и металлические ленты 20 образуют конструкцию, которую можно уподобить своеобразной циновке.

Устройство работает следующим образом.

После запуска струйного насоса 14 и понижения давления в рабочей полости дегазатора до величины, соответствующей условию вскипания воды, проводится подача дегазируемой воды (поток I) через патрубок 2 и дренированные трубы 5 в полость дегазатора. При выходе из щелей труб 5 происходит первое дробление фракций воды. Попав на разбрызгиватель 17, фракции воды еще более дробятся и стекают по лентам 20 разбрызгивателя 17 на его периферию. В результате этого происходит не только первичная дегазация воды, но и равномерное ее распределение по всему поперечному сечению дегазационной колонны. Далее, через зазоры между лентами 20 фракции воды осуществляют дальнейшее движение, попадая на кольца Рашига насадки 7, где они образуют пленку жидкости, более равномерную по поперечному сечению насадки, чем для устройства-аналога, которая стекает по насадке. В результате этого происходит дальнейшая дегазация воды.

Выделившийся из фракции воды и жидкостной пленки газ, например кислород и пар, за счет работы системы отсоса паровоздушной системы 14 поступают через решетку 6 в корпус полости заборника выпара 8. Проходя через кольца Рашига 9, паровоздушная смесь частично конденсирует на них пар, который в виде воды стекает обратно в дегазационную колонну. Оставшийся объем паровоздушной смеси поступает через подвижное дренированное днище 10 корпуса выпара в паропровод 12, откуда через патрубок 3 - в охладитель выпара 13 (поток II), где происходит основная конденсация выпара. Образовавшаяся в охладителе выпара 13, в результате конденсации пара, вода сливается обратно в дегазационную колонну (поток III). Остаток паровоздушной смеси отсасывается из охладителя выпара 13 (поток IV) струйным воздушным эжектором 14. Пройдя водовоздушный эжектор 14, пар окончательно конденсируется и вместе с рабочей жидкостью (рабочим телом эжектора) попадает (поток V) в накопитель 15, откуда либо сливается в канализацию, либо вновь используется в качестве рабочего тела для струйного насоса 14 (поток VI). Деаэрированная вода через патрубок 4 поступает к потребителю за счет насосной системы, не показанной на чертеже. Для регулирования уровня воды в дегазаторе предусмотрен регулятор 16 уровня, поддерживающий уровень воды в определенных пределах по высоте дегазационной колонны. При этом, дренированный лист 10 предназначен для предотвращения попадания колец Рашига 9 в полость охладителя выпара 13.

Таким образом, предлагаемое устройство за счет использования заборника выпара упрощенной конструкции и более мелкого дробления жидкости, а также за счет равномерного распределения ее по поперечному сечению колонны, осуществляемого за счет ленточного разбрызгивателя, позволяет при незначительных материальных затратах существенно повысить эффективность дегазации горячей воды в широко эксплуатируемых ныне термовакуумных насадочных дегазаторах. Более того, снижение объемов выпара, поступающего в струйный насос, не только позволяет повысить глубину вакуума в дегазационной колонне, а соответственно, и повысить эффективности дегазации, но и позволяет снизить как давление рабочей жидкости в сопле насоса, так и расхода этой жидкости, что позволяет уменьшить мощность нагнетательного насоса.

Испытания, проведенные на одной из дегазационных колонн г.Ижевска, показали, что реализация указанных выше предложений позволило повысить глубину вакуума в колонне с 0,04 до 0,015 МПа. При этом было снижено остаточное содержание кислорода в воде с 350 до 80 мкг/л без изменения максимального расхода горячей воды в 400 м³/час при проектном максимальном расходе в 200 м ³/час.

Источники информации

1. Лапотышкина Н.П., Сазонов Р.П. Водоподготовка и водно-химический режим тепловых сетей. - М.: Энергоиздат, 1982. - 200 с.

2. Устройство для дегазации горячей воды. Патент Российской Федерации на изобретение №2175953. - Опубл. 20.11.2001. Бюл. №32.

3. Устройство для дегазации горячей воды. Патент Российской Федерации на изобретение №2202518. - Опубл. 20.04.2003. Бюл. №11.

4. Кузнецов Н.П., Пономаренко В.А., Салтыков А.И. Конверсионное использование элементов утилизируемых ракет с ЖРД. Москва - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2003, 180 с.