3. Лекции_деаэрационные установки_готово

рового барботажа в водяном объеме деаэраторного бака позволяет эту эффектив- ность повысить.

Даже если деаэрационная колонка обеспечивает требуемое качество деаэрирован- ной воды, то барботажное устройство деаэраторного бака работает как барьерное, уменьшающее вероятность проскока в деаэрированную воду растворенных газов и расширяющее допустимый диапазон изменения гидравлической и тепловой нагру- зок деаэратора при сохранении требуемого качества деаэрированной воды. В этом случае паровой барботаж в деаэраторном баке обеспечивает некоторый перегрев во- ды относительно температуры насыщения и тем самым защищает воду от повторно- го заражения газами.

Кроме того, необходимо помнить, что оставшаяся в воде после деаэрационной колонки часть газов содержится в дисперсной форме и представляет собой множе- ство мельчайших газовых пузырьков, размеры которых настолько малы, что не обеспечивают их самостоятельного всплытия за счет действия выталкивающей си- лы. В деаэраторе без барботажа в водяном объеме бака эти пузырьки попадут в де- аэрированную воду. Паровой барботаж, обеспечивающий интенсивное перемешива- ние и турбулизацию объема воды в баке, способствует выделению из воды части га- зов, находящихся в дисперсной форме, повышая эффективность деаэрации в целом.

Таким образом, затопленное барботажное устройство деаэраторного бака часто оказывается необходимым даже при использовании современных двухступенчатых деаэрационных колонок.

Рассмотрим, в качестве примера, барботажное устройство системы ЦКТИ (рис.

2.7).

Рис. 2.7. Принципиальная схема барботажного устройства деаэраторного бака систе-

мы ЦКТИ: 1 – барботажный лист; 2 – верхняя полка; 3 – шахта подъемного движения; 4 – отвод деаэрированной воды; 5 – деаэрационная колонка; 6 – деаэраторный бак; 7 – под- вод барботажного пара; 8 – подвод основного пара; сплошные линии – направление дви- жения воды; пунктирные линии – направления движения пара

21

Вода проходит через канал, образованный поверхностью барботажного листа 1 и верхней полкой 2, и при этом движении обрабатывается паром, выходящим из от- верстий барботажного листа. Пароводяная смесь, выходя из канала, поступает в специально организованную шахту подъемного движения 3, в верхней части кото- рой пар и выделившиеся из воды газы отделяются от воды и отводятся в надводное пространство деаэраторного бака и смешиваются с потоком основного пара, а вода опускается в водяном объеме бака к патрубку отвода деаэрированной воды 4.

Собственно деаэраторные баки (см. пример на рис. 2.8) представляют собой го- ризонтально расположенные цилиндрические сосуды с эллиптическими, реже кони- ческими, днищами, устанавливаемые на двух опорах. Причем для баков полезной емкостью 25 м3 и более одна из опор является подвижной (роликовой), обеспечи- вающей компенсацию температурных расширений бака при пусках и остановах де- аэратора. Баки полезной емкостью 8 м3 и более оборудуются специальными пояса- ми, обеспечивающими требуемую жесткость корпуса.

Колонки сочленяются с деаэраторными баками, как правило, с помощью свар- ки. В конструкциях современных деаэраторов колонка располагается около одного из торцов деаэраторного бака, отвод деаэрированной воды из бака осуществляется со стороны противоположного торца. Этим достигается максимально возможное при заданных геометрических характеристиках время выдержки воды в деаэратор- ном баке при температуре, близкой к температуре насыщения, и соответственно наибольшая эффективность деаэрации.

Деаэраторные баки оборудуются люком, обеспечивающим доступ внутрь бака его для осмотра и ремонта, а также осмотра и ремонта нижних устройств деаэраци- онной колонки, штуцерами для подключения предохранительно-сливного устройст- ва по пару и воду (последний монтируется внутри бака и оканчивается переливной воронкой, высота расположения верхней кромки которой определяет предельный уровень воды в баке). Предусмотрены штуцеры для подключения деаэратора к па- ровой и водяной уравнительным линиям, необходимым при параллельной работе нескольких деаэраторов, штуцер отвода деаэрированной воды, подвода основного и барботажного пара, дренажный штуцер, а также ряд штуцеров для сброса высокопо- тенциальных потоков, температура которых больше, чем температура насыщения при рабочем давлении в деаэраторе, или ввода потоков уже деаэрированной воды. Если перегретые относительно температуры насыщения в деаэраторе потоки напра- вить не в деаэраторный бак, а в деаэрационную колонку, то образующийся при их вскипании пар может нарушить нормальную вентиляцию парового пространства де- аэратора, что, в свою очередь, приведет к ухудшению эффективности деаэрации во- ды.

22

Переполнение деаэраторного бака опасно с точки зрения нарушения режима его нормальной вентиляции паром. При полном заливе деаэраторного бака водой неиз- бежны гидроудары, обусловленные прямым контактом воды с патрубком ввода ос- новного пара. Эти гидроудары способны разрушить деаэратор. Для исключения та- ких режимов предусматривается аварийный перелив – защита от недопустимого по- вышения уровня воды в деаэраторном баке.

Предохранительно-сливное устройство состоит из расширительного бачка 1 и двух гидрозатворов 2 и 3, один из которых (длинной 5 м) защищает деаэратор от превышения давления, а другой (длинной 6 м) – от превышения уровня. Гидроза- творы объединены в общую гидравлическую систему. Расширительный бачок слу- жит для накопления воды, необходимой для автоматической заливки гидрозатворов после срабатывания защиты, то есть для самозаливки гидрозатворов.

Устройство подключено к деаэраторному баку по воде и пару. К расширитель- ному бачку прикреплен выхлопной трубопровод пара 4 и сливной трубопровод воды 5. Перед пуском деаэратора или после срабатывания защиты от превышения давле- ния гидрозатворы заливаются водой через вентиль 6 с контролем поступления воды в расширительный бачок с помощью вентиля 7.

Рис. 2.9. Конструктивная схема предохранительно- сливного устройства атмо-

24

Предохранительно-сливное устройство работает следующим образом:

–при увеличении уровня воды в деаэраторном баке до отметки установки пере- ливной воронки вода из бака через гидрозатвор 2 поступает в расширительный ба- чок 1. Когда уровень воды в бачке поднимается до верхнего торца сливного трубо- провода 5, вода удаляется из системы по этому трубопроводу. Если действиями пер- сонала или автоматически уровень воды в деаэраторе уменьшен, гидрозатворы ос- таются заполненными водой;

–при увеличении давления в деаэраторе сверх допустимого значения пар вы- тесняет воду из гидрозатвора 3 и через расширительный бачок удаляется по вы- хлопному трубопроводу 4. Часть вытесненной из гидрозатвора воды остается в рас- ширительном бачке, а часть – сливается через трубопровод 5. После нормализации давления в деаэраторе та часть воды, которая осталась в расширительном бачке, ав- томатически заливает трубопроводы гидрозатвора 3 через трубопровод связи между гидрозатворами 2 и 3 в их нижней части.

Деаэраторы атмосферного давления, кроме моделей ДА-1 и ДА-3, не имеют встроенных охладителей выпара, поэтому выпар деаэратора (парогазовая смесь) имеет существенный тепловой потенциал, который должен быть утилизирован. С этой целью атмосферные деаэраторы оборудуются специальными теплообменны- ми аппаратами – охладителями выпара.

Конструкции серийно выпускаемых охладителей выпара унифицированы, стан- дартный ряд типоразмеров включает охладители выпара моделей ОВА-2, ОВА-8, ОВА-16 и ОВА-24. Аббревиатура ОВА является сокращением от наименования ап- парата – охладитель выпара атмосферного деаэратора, цифры в наименовании моде- ли соответствуют площади поверхности теплообмена в м2.

Конструктивно охладитель выпара атмосферного деаэратора представляет со- бой кожухотрубный пароводяной теплообменный аппарат с горизонтально распо- ложенной П-образной трубной системой (рис. 2.10). Охладитель состоит из горизон- тального цилиндрического корпуса 1 с крышкой 2 водяной камеры 3. Крышка 2 со- членяется с корпусом 1 с помощью фланцев, между которыми закреплена трубная доска 4. Трубная система поддерживается в корпусе перегородками 5, которые од- новременно служат для создания необходимого числа ходов теплообменника по па- ру. Число ходов по охлаждающей воде задается перегородками 6 водяной камеры 3.

В качестве охлаждающей воды в охладителе выпара используется вода, направ- ляемая на деаэрацию, отбираемая, как правило, до подогревателя, обеспечивающего предварительный подогрев воды перед деаэратором. После охладителя выпара вода подается в деаэратор вместе с основным её потоком. Для подачи и отвода охлаж- дающей воды предусмотрены штуцеры 7 и 8.

Выпар из деаэратора поступает через штуцер 9 в межтрубное пространство ох- ладителя. Движущаяся по трубкам 10 охладителя вода обеспечивает конденсацию большей части водяных паров, содержащихся в выпаре деаэратора. Конденсат отво- дится из охладителя через штуцер 11, а неконденсирующиеся газы удаляются в ат- мосферу через штуцер 12. Нормальная работа охладителя выпара характеризуется тем, что из штуцера 12 выходит упругая струя практически сухой смеси газов с ки- словатым запахом из-за присутствия диоксида углерода.

25

Если рН пробы деаэрированной воды оказывается меньше 8,33, то это указыва- ет на присутствие в деаэрированной воде свободной углекислоты. Существуют ко- личественные химические анализы, позволяющие определить концентрацию в воде свободного диоксида углерода.

Деаэраторы, оборудованные барботажными устройствами, при правильной экс- плуатации обеспечивают получение деаэрированной воды при отсутствии в ней свободной углекислоты и, кроме того, со степенью разложения содержащихся в во- де гидрокарбонатов на уровне 40-60 % (то есть полностью удаляют свободную угле- кислоту и около половины связанной углекислоты). Степень разложения гидрокар- бонатов устанавливается по измеренным значениям щелочности общей Щобщдв и по

фенолфталеину Щффдв пробы деаэрированной воды:

σ = 2*Щффдв / Щобщдв.

Напомним, что процесс термического разложения гидрокарбонатов может быть

формализован уравнением:

2NaHCO3 → (t) → Na2CO3 + H2O + CO2aq; CO2aq → CO2 ↑.

Известно, что степень разложения гидрокарбонатов σ линейно зависит от вре- мени пребывания воды в деаэраторе (времени выдержки при температуре насыще- ния) и составляет при времени 1 час примерно 0,4 (40 %) для деаэраторов без барбо- тажа и 0,6 (60 %) для деаэраторов с барботажом.

Для обеспечения нормативного качества деаэрированной воды необходимо поддержание соответствующего теплового режима работы деаэратора, который контролируется, в основном, по значениям следующих параметров:

–гидравлической нагрузки деаэратора;

–температуры воды перед деаэратором;

–уровня воды в деаэраторном баке;

–давления пара в деаэрационной колонке или надводном пространстве деаэра- торного бака;

–давления барботажного пара;

–температуры деаэрированной воды;

–расхода выпара деаэратора.

Для большинства деаэраторов регулировочный диапазон изменения гидравли- ческой нагрузки ограничен 30 % и 120 % от номинального значения. При малых на- грузках не наступает заполнения струйных тарелок, образуются широкие коридоры для свободного прохода пара, в результате эффективность деаэрации ухудшается. Большие гидравлические нагрузки, напротив, приводят к переполнению струйных тарелок, переливу воды через их борт, увеличению парового сопротивления деаэра- ционной колонки и общему ухудшения условий теплообмена и деаэрации. Из-за не- равномерного прогрева воды в таких режимах становятся вероятными гидроудары, приводящие к вибрациям, а иногда и разрушению внутренних элементов деаэратора.

Нагрев воды в современных деаэраторах ограничивается на уровне не менее 10

и не более 70 оС (то есть температура воды перед деаэратором не менее 30 и не более 90 оС). Температура воды перед деаэратором регулируется её нагревом в предвключенном, обычно пароводяном кожухотрубном подогревателе. При малом нагреве воды в деаэраторе (большой температуре исходной воды) потребность де- аэратора в паре уменьшается. В результате ухудшается вентиляция парового про-

27

странства и ухудшаются условия отвода газов от границы раздела фаз, что приводит к ухудшению эффективности деаэрации. Большой нагрев воды в деаэраторе (малая температура исходной воды), напротив, приводит к увеличению расхода греющего пара и, соответственно, скоростей пара в паровом пространстве. В таких условиях паровой поток нарушает струеобразование в деаэрационной колонке, что ухудшает эффективность деаэрации.

Уровень воды в деаэраторном баке слабо влияет на деаэрационные характери- стики аппарата. Максимальное значение уровня устанавливается так, чтобы в режи- ме нормальной эксплуатации отсутствовал перелив воды через предохранительно- сливное устройство. Минимальное значение уровня должно обеспечивать нормаль- ную работы насосов деаэрированной воды, а также работу барботажного устройства деаэраторного бака при его наличии.

Давление пара в деаэрационной колонке или надводном пространстве де-

аэраторного бака в атмосферном деаэраторе может варьироваться в узком диапазо- не. Максимальное давление при этом ограничено условиями срабатывания защиты (гидрозатвора предохранительно-сливного устройства) от превышения давления. Минимальное давление – условиями обеспечения нормального расхода выпара де- аэратора.

Если деаэратор оборудован барботажными устройствами с индивидуальным подводом к ним пара, необходимо контролировать давление барботажного пара. При малом давлении пар в барботажное устройство не проходит (давление барбо- тажного пара должно быть больше давления основного пара минимум на величину давления столба воды в барботажном устройстве). При большом давлении барбо- тажный пар может вытеснить основной пар. Такие чисто барботажные режимы вполне применимы для ряда конструкций деаэраторов.

Температура деаэрированной воды должна соответствовать температуре на- сыщения при рабочем давлении в деаэраторе. Малая температура при нормальном давлении в деаэраторе указывает на наличие внутренних дефектов, препятствующих теплообмену.

Расход выпара деаэратора является исключительно важной характеристикой его работы. Этот расход непосредственно не измеряется и устанавливается либо по тепловому балансу охладителя выпара, либо по положению штока вентиля на тру- бопроводе выпара. Малый расход выпара приводит к нарушению нормальной вен- тиляции парового пространства деаэратора и ухудшает деаэрацию. Большой расход выпара может нарушить гидродинамику струйного течения воды в отсеках деаэра- ционной колонки, что также ухудшает деаэрацию.

Принято использовать не абсолютный, а удельный расход выпара – отношение расхода выпара к расходу деаэрированной воды, и измерять его в кг на тонну де- аэрированной воды. Современные деаэраторы устойчиво работают при значениях удельного расхода выпара от 0,5 до 2,0 кг/т, деаэраторы старых конструкций

– до 5 кг/т.

Если деаэратор оборудован охладителем выпара, необходимо контролировать температуру охлаждающей воды до и после него. Нормальная работа охладителя выпара характеризуется выходом из патрубка газовой сдувки упругой струи практи- чески сухого воздуха. Излишнее парение из этого патрубка указывает на недоста- точный расход воды через охладитель выпара.

28

Е. Вакуумные деаэраторы

В настоящее время среди всех конструкций вакуумных деаэраторов наиболее широкое применение нашли деаэраторы НПО ЦКТИ. Деаэраторы относительно ма- лой производительности выполняются вертикальными, деаэраторы повышенной производительности – горизонтальными. При этом горизонтальные вакуумные де- аэраторы имеют модульную конструкцию, базовым элементом которой является ва- куумный деаэратор ДВ-400 производительностью 400 т/ч. Наиболее крупный аппа- рат производительностью 1200 т/ч состоит из трех таких модулей, объединенных в единый горизонтальный цилиндрический корпус. Существует несколько вариантов конструкции вакуумного деаэратора ДВ-400, отличающихся исполнением и схемой объединения внутренних элементов. Рассмотрим один из таких вариантов (рис. 2.11). Деаэратор представляет собой горизонтальный цилиндрический сосуд диаметром 3 м и длиной 2 м с внутренними элементами.

Рис. 2.11. Конструктивная схема горизонтального вакуумного деаэратора: 1 – штуцер подвода исходной воды; 2 – распределительный коллектор; 3 – верхняя струеобразующая тарелка; 4 – порог верхней струеобразующей тарелки; 5 – ограничивающий порог второй струеобразующей тарелки; 6 – вторая струеобразующая тарелка; 7 – третья струеобразую- щая тарелка; 8 – непровальный барботажный лист; 9 – штуцер отвода деаэрированной во- ды; 10 и 16 – штуцеры подвода греющего теплоносителя; 11 – канал подвода пара под бар- ботажный лист; 12 – жалюзийный сепаратор; 13 – канал для отвода неиспарившейся части перегретой воды; 14 – пароперепускной трубопровод; 15 – штуцер отвода выпара

Деаэратор двухступенчатый струйно-барботажный. Струйная ступень деаэра- ции включает два струйных отсека и контактный струйный охладитель выпара. Бар- ботажная ступень выполнена в виде непровального барботажного листа. Вода, под-

29

лежащая деаэрации, вводится через патрубок 1 в распределительный коллектор 2, после чего поступает на верхнюю струеобразующую тарелку 3. Перфорация верхней тарелки рассчитана на пропуск 30 %-ого расхода воды при номинальной гидравли- ческой нагрузке деаэратора. Остальная часть воды переливается через порог 4 верх- ней тарелки на вторую струеобразующую тарелку 6. Зона перфорации второй тарел- ки секционирована ограничивающим порогом 5 таким образом, чтобы при малых гидравлических нагрузках работала только часть отверстий тарелки для обеспечения нормального струеобразования. Струйный поток со второй тарелки перетекает на третью струеобразующую тарелку 7, откуда также в виде струй поступает на непро- вальный барботажный лист 8. Двигаясь по барботажному листу, вода обрабатывает- ся барботажным паром и сливается через штуцер отвода деаэрированной воды 9.

Греющий теплоноситель поступает в деаэратор через штуцер 16 (если греющем теплоносителем является пар) или штуцер 10 (если греющим теплоносителем явля- ется перегретая вода). Поступившая в деаэратор перегретая вода вскипает. Для эф- фективного отделения образовавшегося пара от воды установлен специальный жа- люзийный сепаратор 12. Выделившийся пар по каналу 11 поступает под барботаж- ный лист 8, а оставшаяся часть перегретой неиспарившейся воды – по каналу, обра- зованному перегородками 13, вытесняется на уровень барботажного листа, где сме- шивается с деаэрируемой водой. Для поддержания требуемого давления пара в па- ровой подушке под барботажным листом имеется перепускной трубопровод пара 14, отводящий избыточный пар непосредственно в основной струйный отсек деаэра- тора. Несконденсировавшаяся часть парового потока, прошедшего через барботаж- ный лист и струнные отсеки поступает в струйный охладитель выпара, образован- ный струйным потоком воды, стекающей с верхней тарелки 3 на вторую струеобра- зующую тарелку 6. Охладитель выпара обеспечивает практически полную конден- сацию пара из выпара. Оставшаяся часть пара вместе с выделившимися из воды в процессе деаэрации газами удаляется эжектором через штуцер отвода выпара 15.

Для обеспечения слива воды из деаэратора самотеком в аккумуляторный бак, деаэратор устанавливается выше бака, причем высота определяется рабочим давле- нием (разрежением) в деаэраторе и обычно составляет не менее 10 м. Вакуумные деаэраторы не имеют запаса воды в своем корпусе. При сливе деаэрированной воды самотеком уровень ее колеблется в сливном трубопроводе в зависимости от давле- ния в деаэраторе, уровня воды в баке-аккумуляторе и нагрузки. Схемы с подачей воды из деаэратора непосредственно к насосам деаэрированной воды применяются редко и характеризуются относительно низкой надежностью.

Вакуумные деаэраторы следует защищать от переполнения и от опасного по- вышения давления. Наиболее просто вопрос защиты решается при сливе деаэриро- ванной воды самотеком в аккумуляторные баки атмосферного давления при обяза- тельном отсутствии запорной и регулирующей арматуры на сливных трубопрово- дах. В этом случае защита осуществляется через переливные гидрозатворы баков, рассчитанные на пропуск максимального расхода деаэрированной воды. В осталь- ных случаях защита должна выполняться с помощью гидрозатвора, присоединяемо- го к сливному трубопроводу. Высота гидрозатвора выбирается в зависимости от места его присоединения к системе. При подводе к деаэратору в качестве греющей среды пара необходимо также устанавливать предохранительные устройства на па- ропроводе между деаэратором и регулятором давления.

30