вакуумная деаэрационная установка

Формула изобретения

1. Вакуумная деаэрационная установка двухступенчатая, содержащая центробежно-вихревой деаэратор в качестве первой ступени, подводящий трубопровод деаэрируемой воды, присоединенный к центробежно-вихревому деаэратору, диспергирующее устройство, расположенное в баке-аккумуляторе, трубопровод, отводящий деаэрированную воду из бака-аккумулятора, трубопровод выпара из бака-аккумулятора и из центробежно-вихревого деаэратора, отличающаяся тем, что она содержит подогреватель деаэрируемой воды, насос, откачивающий деаэрированную воду из бака-аккумулятора, с всасывающим и нагнетательным трубопроводами, при этом упомянутые трубопроводы выпара присоединены к всасывающему патрубку водоструйного эжектора, входящего в систему создания вакуума, состоящую из бака деаэрируемой воды, служащего одновременно и баком рабочей воды, насоса, обеспечивающего циркуляцию рабочей воды и подачу ее в деаэратор, водоструйного эжектора и соединяющих циркуляционных трубопроводов, при этом нагнетательный трубопровод насоса, откачивающего деаэрированную воду, соединен с всасывающим при помощи трубопровода рециркуляции, а на конце этого трубопровода установлено сопло, которое располагается по центру всасывающего патрубка насоса, или на трубопроводе рециркуляции устанавливается водоструйный эжектор, всасывающий патрубок которого соединен с отводящим трубопроводом бака-аккумулятора, а нагнетательный - с всасывающим патрубком насоса.

2. Вакуумная деаэрационная установка по п.1, отличающаяся тем, что на отсасывающем трубопроводе водоструйного эжектора системы обеспечения вакуума установлен запорно-регулирующий клапан, работающий двухпозиционно (открыт-закрыт) по вакууму в баке-аккумуляторе.

3. Вакуумная деаэрационная установка по п.1, отличающаяся тем, что трубопровод деаэрируемой воды подведен к центробежно-вихревому деаэратору через бак деаэрируемой воды, служащий одновременно и баком рабочей воды, насос рабочей воды, подогреватель деаэрируемой воды, а также через трубопровод, на котором установлен запорно-регулирующий клапан, работающий по уровню воды в баке-аккумуляторе.

4. Вакуумная деаэрационная установка по п.1, отличающаяся тем, что на трубопроводе деаэрируемой воды перед центробежно-вихревым деаэратором установлен дополнительный электронагреватель воды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области энергетики, и может быть использовано для термической деаэрации воды паровых котлов и подпиточной воды тепловых сетей, а также для деаэрации воды, используемой в химической и других технологиях.

Наибольшее распространение в энергетике России получили вакуумные деаэраторы струйного типа (см. Л.1, стр.49, рис.23 и 24, И.И.Оликер «Термическая деаэрация воды в отопительно-производственных котельных и тепловых сетях». Ленинград: Издательство литературы по строительству. 1972.) и струйно-барботажного типа (Л.1, стр.54, 55, рис 27, 28).

Деаэрационные установки с такими деаэрационными колонками имеют много недостатков, приводящих к их неудовлетворительной работе:

1) имеют большой удельный выпар (до 35 кг на тонну деаэрированной воды. см. Л.1, рис.30, стр.60) при недостаточном качестве деаэрирования воды;

2) требуют обязательной подачи в деаэратор деаэрирующей среды или нагрева деаэрируемой воды непосредственно в баке через поверхности нагрева. Не могут работать на «начальном эффекте» (без подачи деаэрирующей среды);

3) имеют малую глубину регулирования производительности;

4) имеют большую металлоемкость.

Большинство из этих недостатков устранено в двухступенчатых деаэрационных установках, использующих центробежно-вихревые деаэраторы в качестве первой ступени и капельные деаэраторы (т.е. деаэраторы, представляющие собой диспергирующее устройство, работающие на принципе разбрызгивания деаэрируемой воды в паровом пространстве бака-аккумулятора деаэрированной воды) (см. л.2 авт. св-ва СССР №1454781 «Деаэрационная установка», где в качестве первой ступени используется деаэратор, защищенный патентом РФ №2131555 (л.3), и л.4 - патент РФ №2151341 «Деаэратор», в котором центробежно-вихревой деаэратор и капельный деаэратор совмещены в одном блоке, л.5 «Деаэрационная установка» патент РФ №2242672, Статьи в журналах: л.6 «Промышленная энергетика» №11 за 1999 г., стр.11-14, л.7 «Новости теплоснабжения» №1 за 2001 г., стр.28, л.8 журнал «Энергетик» №4 за 2000 г., стр 28-29.).

Упомянутые деаэрационные установки используются для работы как в атмосферном, так и в вакуумном режимах. Для обеспечения вакуума обычно применяется типовая система с водоструйным эжектором, баком рабочей воды, насосом рабочей воды и замкнутым циркуляционным трубопроводом.

В малых котельных с водогрейными котлами, где подпитка теплосети составляет 50-1000 кг/ч, деаэраторы не устанавливались, что приводило к кислородной коррозии тепловых сетей.

В качестве прототипа выбрана деаэрационная установка, защищенная патентом РФ №1454781. Эта установка широко используется при работе в атмосферном и в вакуумном режимах.

Прототип имеет в качестве первой ступени центробежно-вихревой деаэратор (ЦВД) с подводящими трубопроводами деаэрируемой (исходной) воды и подогревателем воды, трубопроводом деаэрирующей среды (пара или перегретой воды), если это необходимо (деаэратор может работать без подачи деаэрирующей среды - на «начальном эффекте», если деаэрируемая вода перегрета выше температуры насыщения при данном вакууме в деаэрационной установке), бак-аккумулятор деаэрированной воды, в верхней (паровой) части которого расположено в качестве второй ступени диспергирующее устройство (капельный деаэратор КД), трубопроводы отвода выпара (парогазовой смеси) из бака и из ЦВД во всасывающий трубопровод системы обеспечения вакуума непосредственно или через охладитель выпара, трубопровод отвода деаэрированной воды из бака-аккумулятора и насос откачки деаэрированной воды из бака-аккумулятора.

В этой установке происходит двухступенчатая деаэрация. В ЦВД вода поступает перегретая выше температуры насыщения (например с Т=70°С при вакууме 0,7 кгс/см² и температуре насыщения Тн=68,7°С) или недогретая, и нагревается деаэрирующей средой (паром или перегретой водой от водогрейных котлов) и частично деаэрируется за счет образования выпара. Во второй ступени деаэрации вода диспергируется в паровом пространстве бака, где каждая капля воды вскипает с образованием выпара и освобождается от остатков агрессивных газов. Выпар отсасывается водоструйным эжектором через охладитель выпара (OB) в деаэраторах производительностью более 15 т/ч и без OB в деаэраторах производительностью менее 15 т/ч (охладителем выпара служит водоструйный эжектор). Эти деаэраторы работают с очень высокими техническими характеристиками.

Недостатком установки является то, что при работе в вакуумном режиме насос, откачивающий деаэрированную воду из аккумуляторного бака, работает под вакуумом и при вакууме во всасывающем патрубке насоса около 0,2 кгс/см² (в баке-аккумуляторе - 0,6-0,7 кгс/см²) происходит срыв работы насоса за счет кавитации и подсоса воздуха через неплотности. Аккумуляторный бак приходится устанавливать на высоте 5-7 метров от уровня установки насоса. Малые котельные, как правило, имеют малую высоту и требуют монтажа деаэраторционной установки на нулевой отметке непосредственно в котельной.

Длительная эксплуатация прототипа в малых водогрейных котельных на малых нагрузках выявила следующий недостаток. Трудность плавного регулирования расхода воды по уровню в баке при нагрузках ниже 10% или, если номинальная нагрузка ниже 1-2 т/ч. Например, деаэратор для системы горячего водоснабжения (ГВС) ночью имеет нагрузки ниже 10%. Эжектор высасывает из бака-аккумулятора больше тепла с выпаром, чем его поступает с деаэрируемой водой. Деаэрируемая вода в баке-аккумуляторе переохлаждается, и вакуум возрастает. Охлаждение воды может быть на 20°С и более. Много тепла уходит в бак рабочей воды с выпаром. Рабочая вода перегревается выше 40°С, и происходит срыв вакуума (рабочей называется вода, циркулирующая по замкнутому контуру - бак рабочей воды - насос рабочей воды - циркуляционный трубопровод - водоструйный эжектор - бак рабочей воды. Обычно в качестве рабочей воды используют сырую воду. Ее приходится охлаждать за счет слива нагретой воды в канализацию и замены холодной водой, что приводит к потерям тепла).

Водогрейные котлы малой мощности, работающие по температурному графику 95/70, нагревая воду до 95°C только при температуре наружного воздуха минус 26°С. При меньших температурах воздуха вода нагревается до более низкой температуры. Этой водой трудно нагреть деаэрируемую воду до нужной температуры в водоводяном нагревателе.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и создание недорогих, надежных вакуумных деаэрационных установок малой производительности для малых котельных с водогрейными котлами с температурой нагрева воды до 95°С имеющих небольшую высоту помещения (вакуумных установок, располагаемых на малой высоте или на нулевой отметке котельных), а также устранение потерь тепла со сливом рабочей воды в канализацию.

Указанная цель достигается тем, что в известной двухступенчатой деаэрационной установке, содержащей центробежно-вихревой деаэратор, в качестве первой ступени, подводящий трубопровод деаэрируемой воды, присоединенный к центробежно-вихревому деаэратору, диспергирующее устройство, расположенное в баке-аккумуляторе, трубопровод, отводящий деаэрированную воду из бака-аккумулятора, трубопроводы выпара из бака-аккумулятора и из центробежно-вихревого деаэратора содержится подогреватель деаэрируемой воды, насос, откачивающий деаэрированную воду из бака-аккумулятора с всасывающим и нагнетательным трубопроводами, при этом упомянутые трубопроводы выпара присоединены к всасывающему патрубку водоструйного эжектора, входящего в систему создания вакуума, сосотоящую из бака рабочей воды, насоса рабочей воды, водоструйного эжектора и соединяющих их циркуляционных трубопроводов, при этом нагнетательный трубопровод насоса, откачивающего деаэрированную воду, соединен с всасывающим при помощи трубопровода рециркуляции, а на конце этого трубопровода установлено сопло, которое располагается по центру всасывающего патрубка насоса или на трубопроводе рециркуляции устанавливается водоструйный эжектор, всасывающий патрубок которого соединен с отводящим трубопроводом бака-аккумулятора, а нагнетательный - с всасывающим патрубком насоса. Кроме этого поставленная цель достигается установкой на отсасывающем трубопроводе водоструйного эжектора системы обеспечения вакуума запорного двухпозиционного (открыт-закрыт) клапана, работающего по вакууму в баке-аккумуляторе, а также тем, что трубопровод деаэрируемой воды подведен к центробежно-вихревому деаэратору через бак рабочей воды, служащий одновременно и баком деаэрируемой воды, насос рабочей воды, подогреватель деаэрируемой воды, а на трубопроводе деаэрируемой воды перед центробежно-вихревым деаэратором установлен дополнительный электронагреватель воды.

На фиг.1 изображена схема вакуумной деаэрационной установки (вариант с установкой сопла во всасывающем патрубке насоса откачки деаэрированной воды).

На фиг.2 - схематически изображен разрез насоса откачки деаэрированной воды и трубопровод рециркуляции с соплом на конце трубопровода, установленным во всасывающем патрубке насоса.

На фиг.3 - схема вакуумной деаэрационной установки (вариант с установкой водоструйного эжектора на трубопроводе рециркуляции деаэрированной воды).

Деаэрационная установка имеет бак-аккумулятор деаэрированной воды 1, центробежно-вихревой деаэратор 2 (ЦВД), диспергирующее устройство 3 (капельный деаэратор) - один или несколько, сопло 4 или водоструйный эжектор 4а, водоструйный эжектор 5 системы обеспечения вакуума. Установка имеет трубопровод 6 деаэрируемой воды с регулятором 7 уровня воды в баке рабочей воды 8 (БРВ - он же бак отвода газов, он же бак деаэрируемой воды), насос рабочей воды 9, сливной трубопровод 10, переливной трубопровод 11 и вестовую трубу 12, водомерную колонку 13, циркуляционный трубопровод 14 (14а), переливной стакан 15, отсасывающий трубопровод 16 эжектора 5 с клапаном 25 двухпозиционного действия (открыт-закрыт), трубопроводы 17 и 17а выпара из бака 1 и из ЦВД 2, трубопровод 18 подачи в ЦВД из бака 8 насосом 9 деаэрируемой воды, т.е. воды, отработавшей в ситеме создания вакуума в качестве рабочей воды (возможен вариант с отдельным насосом, когда один насос работает в качестве насоса рабочей воды, второй - для подачи воды в деаэратор), водоводяной подогреватель деаэрируемой воды 19, электронагреватель деаэрируемой воды 20, двухпозиционный регулятор 21 уровня воды в баке 1 (регулятор расхода воды), трубопровод 22 подачи греющей воды в ЦВД (на случай очень низкой температуры исходной воды), трубопровод подачи воды из ЦВД (2) в диспергирующее устройство 3 с термометром 24, датчик вакуума 26, дающий сигнал на открытие и закрытие клапана 25, вестовая труба 27 (соединение с атмосферой на случай опорожнения бака 1), труба 28 откачки деаэрированной воды из бака 1 насосом 29, трубопровод 30 рециркуляции деаэрированной воды от нагнетательного трубопровода насоса 29 к всасывающему трубопроводу с соплом 4 на конце или с эжектором 4а, электроды 36 и 36а, дающие сигнал клапану 21 на открытие и закрытие по верхнему и нижнему уровню воды в баке 1, трубопровод 37 - трубопровод греющей воды от водогрейных котлов к подогревателю 19, клапан 38 - регулирования давления в тепловой сети (в обратном трубопроводе теплосети), обводной трубопровод 39 помимо эжектора 4а (на случай опорожнения бака 1). На фиг.2 изображен корпус 31 насоса 29, рабочее колесо 32, всасывающий патрубок 33 и нагнетательный патрубок 34 насоса, трубопровод рециркуляции 30, сопло 4, электродвигатель 35.

Работа деаэрационной установки осуществляется следующим образом.

Деаэрируемая вода поступает по трубопроводу 6 через клапан 7 (регулятор уровня) в бак рабочей воды 8 (БРВ), т.е. в систему создания вакуума, состоящую из БРВ (8), насоса рабочей воды 9 (НРВ), циркуляционных трубопроводов 14 и водоструйного эжектора 5. БРВ является одновременно и баком деаэрируемой воды и баком-газоотделителем. Насос 9 прокачивает рабочую воду (деаэрируемую воду, работающую для создания вакуума) по замкнутому контуру через трубопроводы 14, 14а, создавая вакуум в трубопроводе 16 (вода, поступающая в бак 8, является деаэрируемой водой, но дополнительно выполняет функцию рабочей воды, работающей для создания вакуума). Стакан 15 способствует лучшему отводу газов из БРВ. Эжектор 5 отсасывает выпар (смесь пара с неконденсируемыми газами), конденсирует пар и направляет газы в бак 8. Вода в эжекторе нагревается за счет конденсации водяных паров выпара. По трубопроводу 18 вода из бака 8 подается в ЦВД (2). За счет разбавления воды в баке 8 из трубопровода 6 и, за счет периодического закрытия клапана 25 на трубопроводе 16, вода не перегревается выше допустимой температуры (35°С). Проходя через водоводяной теплообменник 19, вода нагревается до требуемой температуры (минимально достаточной температурой является Т=65°С), если температура греющей воды в трубопроводе 37 будет достаточной. При низкой температуре греющей воды можно включить электронагреватель 20. Греющая вода всегда имеет температуру выше нагреваемой, поэтому можно подать в ЦВД по трубопроводу 22 часть греющей воды для повышения температуры деаэрируемой воды (нагрев деаэрируемой воды за счет смешения с греющей водой необязателен). Вода, нагретая перед ЦВД или в ЦВД до 65°С или выше, дает небольшой выпар (0,5-1,0 кг на тонну деаэрированной воды), который отсасывается эжектором по трубе 17а. Частично деаэрированная вода по трубе 23 поступает в диспергирующее устройство 3 (капельный деаэратор), и каждая капля вскипает в паровом пространстве бака 1, образуя выпар, который отсасывается из бака 1 эжектором 5 по трубе 17 и 16. В бак 1 вода поступает полностью деаэрированная. Вода охлаждается за счет вскипания до 60°С при вакууме 0,8 кгс/см ². При высоте столба воды в баке 1, равном 2 метрам, вакуум в трубопроводе 28 составит 0,6 кгс/см². При таком вакууме насос 29 работать не может. За счет рециркуляции воды по трубопроводу 30 и работе сопла 4 или эжектора 4а в трубопроводе 28 вакуум уменьшается, и насос 29 может свободно работать при нулевом давлении во всасывающем патрубке или при малом вакууме. Сопло 4 разбивает воздушный или паровой пузырь перед рабочим колесом насоса, что предотвращает завоздушивание или запаривание насоса 29 (кавитацию). Если установлен водоструйный эжектор 4а, то рециркулируемая вода по трубопроводу 30 поступает в эжектор 4а и создает вакуум. Из бака 1 вода засасывается во всасывающий патрубок эжектора и нагнетается во всасывающий трубопровод насоса 29. Клапан 25 работает следующим образом. Задаются границы поддержания вакуума в баке 1. При повышении вакуума выше расчетного датчик 26 дает сигнал клапану 25 и тот перекрывает трубопровод 16. При понижении вакуума - открывает. Клапан 21 регулирования уровня воды в баке 1 открывается при достижении нижнего уровня (сигнал дает электрод 36а, и закрывается при достижении верхнего уровня - электрод 36).

Установка трубопровода рециркуляции воды от нагнетательного трубопровода насоса, откачивающего деаэрированную воду, к всасывающему с установкой сопла по центру всасывающего патрубка насоса, или установка водоструйного эжектора на трубопроводе рециркуляции, позволяет работать откачивающему насосу при глубоком вакууме в баке-аккумуляторе деаэрационной установки, не поднимая бак на значительную высоту (позволяет устанавливать бак на нулевой отметке котельной без монтажа эстакады и выноса деаэратора за пределы котельной), что экономит средства и обеспечивает удобство эксплуатации.

Установка на всасывающем трубопроводе эжектора (системы создания вакуума) двухпозиционного регулирующего клапана позволяет значительно уменьшить выпар и переохлаждение воды в баке-аккумуляторе, перегрев рабочей воды в баке рабочей воды (БРВ) за счет периодического отсоса выпара вместо непрерывного. Направление потока деаэрируемой воды в деаэратор через БРВ и насос рабочей воды (НРБ) также позволяет не допустить нагрева воды в БРВ выше 30°С (не допустить срыва работы эжектора). Все это предотвращает потерю тепла выпара и обеспечивает надежную эксплуатацию установки на различных режимах работы.

Присоединение трубопровода деаэрируемой воды к центробежно-вихревому деаэратору через бак рабочей воды позволяет избежать потерь тепла со сбросом рабочей воды в канализацию. Позволяет использовать все тепло, отводимое из деаэратора с выпаром, расходуемое на нагрев рабочей воды, для нагрева деаэрируемой воды.

Установка водоводяного и электрического подогревателей на трубопроводе деаэрируемой воды позволяет обеспечить работу деаэрационной установки при низких температурах теплоносителя.