Подпитка теплосети на некоторых ТЭЦ достигает 2-4 тыс. т воды в час. Для деаэрации воды используется морально устаревшая техника, созданная в первой половине или в середине 20-го века. Это атмосферные деаэраторы ДА и ДСА и вакуумные деаэраторы типа ДСВ - струйные и струйно-барботажные деаэраторы, работающие на экстенсивных принципах тепло- и массообмена между деаэрируемой водой и деаэрирующим агентом - паром. В вакуумных деаэраторах типа ДСВ-800 и ДСВ-400 в качестве деаэрирующего агента применяется вода, перегретая выше температуры кипения при расчетном вакууме. При снижении давления перегретая вода вскипает, образуя пар, который барботируется через слой деаэрируемой воды и контактирует в противотоке со струями деаэрируемой воды, диспергируемыми при прохождении дырчатых тарелок.
Недостатки работы типовых вакуумных деаэраторов ДСВ:
■ резкое снижение качества деаэрации при нагрузках деаэратора выше 50% (по общему потоку воды);
■ снижение качества деаэрированной воды при переменных нагрузках;
■ перерасход электроэнергии на перекачку греющей воды из теплосети и обратно в сеть через деаэраторы при снижении давления воды до атмосферного;
■ потери пара на обеспечение вакуума паровыми эжекторами;
■ высокие затраты труда на обслуживание и ремонт большого количества деаэраторов, работающих при малых нагрузках.
Реконструкция деаэраторов
Решение проблемы деаэрации подпиточной воды на ТЭЦ с открытыми системами теплоснабжения рассмотрим на примере ТЭЦ-5 г. Омска .
На ТЭЦ-5 установлено 8 вакуумных деаэраторов типа ДСВ (ДСВ-800 - 7 шт. и ДСВ-400 - 1 шт.). Потери воды в теплосети составляют 1600 т/ч, которые должны восполняться деаэрируемой водой. В деаэраторы поступает 1600 т/ч деаэрируемой воды с температурой 20 О С и 1400 т/ч греющей воды с температурой 100 О С из теплосети. Суммарная производительность деаэраторов и общая подпитка теплосети составляет 3000 т/ч (53% деаэрируемой воды и 47% греющей). Температура деаэрированной воды - 57-62 О С. Процесс деаэрации происходит при глубоком вакууме.
Для осуществления этого проекта:
■ из деаэрационного бака деаэратора ДСВ-800 удаляют все устройства;
■ изготавливают и устанавливают над баком центробежновихревой деаэратор ДЦВ-800;
■ в верхней части бака устанавливают диспергаторы воды, поступающей в бак из ДЦВ-800;
■ на выпарном трубопроводе устанавливают подогреватель низкого давления в качестве охладителя выпара;
■ перед деаэратором устанавливают подогреватель деаэрированной воды, способный нагреть воду до 85 О С.
Деаэрационная установка работает без подачи в деаэратор пара или греющей воды, т.е. на, так называемом, «начальном эффекте». Вода вскипает, образуя выпар, с которым удаляются агрессивные газы. Схема реконструкции предусматривает также использование конденсата выпара в качестве обессоленной воды для паровых колов. Охлаждение воды в деаэраторе на 10 О С за счет образования выпара обеспечивает 16 кг конденсата на каждую тонну деаэрированной воды.
В результате реконструкции достигается следующее:
■ вместо восьми деаэраторов в работе остаются только два. Подпитка теплосети через деаэраторы сокращается с 3000 до 1600 т/ч (за счет ликвидации рециркуляции сетевой воды из теплосети в деаэраторы). Происходит перераспределение потоков греющего пара без увеличения количества отбираемого от турбин пара;
■ повышается температура нагреваемой в деаэраторе воды до 85 О С, вместо 50-65 О С, что приведет к уничтожению бактерий, находящихся в подпиточной воде;
■ обеспечивается высокое качество деаэрированной воды;
■ деаэратор может работать, как агрегат двойного назначения (деаэрация воды и выработка конденсата, один деаэратор выработает 12800 кг/ч конденсата, два - 25600 т/ч. При повышении температуры деаэрируемой воды можно увеличить количество получаемого конденсата).
Другим примером эффективного решения проблемы деаэрации является реконструкция деаэрационной установки в Кировской районной котельной г. Омска в 2008 г. Неработающий сетевой атмосферный деаэратор ДСА-300 был реконструирован в вакуумный производительностью 600 т/ч по указанной ниже схеме (рис. 2).
Деаэрируемая вода нагревается до 85 О С в паровом подогревателе 6, подается в ДЦВ-600 (первую ступень деаэрационной установки), где удаляется 98% агрессивных газов. Далее, частично деаэрированная вода, подается в капельный деаэратор 2, где удаляются остатки агрессивных газов (до значений ниже установленных норм). Деаэрация воды происходит за счет мгновенного испарения воды, перегретой выше температуры кипения, соответствующей вакууму в деаэраторе. Выпар поступает в контактный охладитель выпара (ОВК) 3, где конденсируется потоком деаэрируемой воды, поступающей из системы холодного водоснабжения. Из того же водопровода вода подается в водоструйный эжектор 5 (ЭВ-100 с расходом рабочей воды 100 т/ч). Вода из ОВК и из ЭВ-100 поступает в бак 8 (бак-га- зоотделитель), после которого насосом 7 подается в ДЦВ-600 через паровой подогреватель 6. Деаэрированная вода подается насосом 9 в аккумуляторные баки или непосредственно в обратный трубопровод теплосети.
После завершения реконструкции неудовлетворительно работавшие атмосферные форсуночные деаэраторы были отключены.
Ранее (в 2002 г.) аналогичная реконструкция сетевого атмосферного деаэратора в вакуумный с установкой ОВК, с увеличением производительности до 600 т/ч произведена на Черепетской ГРЭС (г. Суворов , Тульская область).
Решение проблемы кавитации насосов
Ранее проблема кавитации насосов, откачивающих деаэрированную воду из вакуумного деаэратора, решалась за счет установки деаэратора на отметке, превышающей отметку установки насоса на 14-17 м. Но в случае с деаэратором в Кировской котельной г Омска отметка установки деаэратора составила 5 м. Средний уровень воды в деаэраторном баке соответствует отметке 7 м. Всасывающий патрубок подпиточного насоса находился под вакуумом, что могло привести к кавитации и к прекращению подачи воды. Решение было найдено за счет рециркуляции 10% воды от нагнетательного патрубка насоса к рабочему колесу насоса. Трубопровод рециркуляции воды с соплом на конце был подведен к рабочему колесу насоса (рис. 3). Сопло разбивает воздушный или паровой пузырь перед рабочим колесом, что предотвращает завоздушивание или запаривание насоса (кавитацию). Такое решение позволяет работать откачивающему насосу при глубоком вакууме в баке-аккумуляторе деаэрационной установки, не поднимая бак на значительную высоту.
Ограничение области применения вакуумных деаэраторов
Согласно Постановлению Главного государственного санитарного врача РФ от 7 апреля 2009 г № 20 «Об утверждении СанПиН 2.1.4.2496-09» при открытой системе теплоснабжения деаэрация должна проводиться при температуре более 100 О С. Данное постановление трактуется как запрет на проектирование и эксплуатацию вакуумных деаэраторов при открытой системе теплоснабжения, что наносит экономике страны огромный экономический ущерб. Большинство ТЭЦ имеют вакуумную систему деаэрации. Они должны или реконструировать систему водоподготовки, или отказаться от деаэрации подпиточной воды, что приведет к коррозионному разрушению трубопроводов тепловых сетей и значительным затратам на их ремонт
Что могло послужить причиной выхода в свет такого постановления, и были ли на то причины?
Причины были. Например, в жилых домах возле котельной пос. Африканда Мурманской области (недалеко от АЭС в г. Полярные Зори) в 1999 г. при включении крана горячей воды можно было наблюдать, что из него вытекала жидкость, напоминающая в первые минуты деготь, затем воду серого цвета и только через несколько минут светлую воду.
В котельной с водогрейными котлами эксплуатировался вакуумный деаэратор ДСВ-100, осуществляющий нагрев деаэрируемой воды за счет смешения ее с греющей сетевой водой. Деаэрированная вода с температурой не более 60 О С поступала в аккумуляторный бак, из которого подавалась потребителям. Насосы рециркуляции воды водогрейных котлов были демонтированы, что не позволяло держать температуру греющей воды за котлами выше, чем предусматривал график отпуска тепла 95/70 О С (рециркуляционный насос позволяет, не нарушая температурного графика отпуска тепла, иметь большую температуру воды за котлом для работы деаэратора).
Из-за недостаточно высокой температуры деаэрированной воды в аккумуляторном баке развивались микроорганизмы, которые за несколько лет эксплуатации образовали на стенках бака колонии в виде черной грязи толщиной в несколько сантиметров. Эта грязь и попадала в систему ГВС.
Но даже в таких котельных можно эффективно решить все вопросы - восстановить рециркуляционные насосы и обеспечить достаточный нагрев воды для работы деаэраторов. Если бы вакуумные деаэраторы работали при температуре 80 О С, то не образовался бы такой слой колоний микроорганизмов. Можно было бы обязать периодически дезинфицировать аккумуляторные баки горячей водой с температурой 100 О С.
Другим примером (трагическим, но не показательным) является нарушение санитарно-эпидемиологических норм при подаче воды в систему ГВС в г. Верхняя Пышма летом 2007 г. в результате чего легионелезом было инфицировано 73 человека, пятеро скончались. Причиной стало нарушение технических регламентов и подача горячей воды с температурой ниже нормативной в трубопровод, который до этого был отключен от системы ГВС на срок 10 дней (деаэраторы в этом случае были не причем).
В большинстве же случаев причиной попадания микроорганизмов в систему горячего теплоснабжения являются не вакуумные деаэраторы, а аккумуляторные баки, эксплуатируемые без надзора. Микроорганизмы попадают в аккумуляторный бак с атмосферным воздухом, который заполняет его при периодическом опорожнении бака. Микроорганизмы осаждаются на стенках и размножаются, находясь над уровнем воды, когда и температура невысокая, и достаточно кислорода и влаги.
Следует заметить, что в атмосферных деаэраторах, несмотря на то, что они работают при температуре 104 О С, деаэрируемую воду перед подачей в аккумуляторные баки охлаждают до 70-80 О С, и микроорганизмы все равно могут развиваться в аккумуляторных баках, если их периодически не дезинфицировать.
Действительно ли при 80 О С микроорганизмы не прекращают свое развитие и продолжают образовывать колонии? Если бы в Постановлении было указано 80 О С вместо «более 100 О С», это могло спасти прогрессивное направление деаэрации - вакуумную деаэрацию (но только при условии развития новых способов вакуумной деаэрации вместо устаревшей).
Для решения возникшей проблемы применения вакуумных деаэраторов предлагается следующее:
■ разрешить работу вакуумных деаэраторов для деаэрации воды в системах с открытым водоразбором с температурой нагрева деаэрируемой воды до 80-85 О С;
■ обеспечить контроль наличия бактерий в системе теплоснабжения и периодическую дезинфекцию аккумуляторных баков;
■ восстановить (или установить) на водогрейных котлах рециркуляционные насосы, позволяющие повысить потенциал греющей воды для собственных нужд без нарушения температурного графика теплопотребления;
■ при отсутствии аккумуляторных баков деаэрированной воды не ограничивать степень нагрева воды перед вакуумными деаэраторами значением 80 О С (можно снизить до 70 О С, т.к. в нагретой до этой температуры проточной воде меньше микроорганизмов, чем в холодной водопроводной);
■ при решении вопроса понижения температуры воды в деаэраторах со 101 до 80 О С учитывать, что часть теплосетей работают по температурному графику 150/70 О С, т.е. независимо от температуры подпиточной воды, температура воды в теплосети в зимний и осенне-весенний период превышает 100 О С.
Растворимые в воде газы необходимо удалять, поскольку приводят к коррозии стенок котла, преждевременному износу, а иногда и к аварии. Растворенные газы (02, С02) и воздух удаляется из воды деаэрацией. Известно несколько ее способов деаэрации: термический, химический, электромагнитный, высокочастотный и ультра-звуковой. Три последних способа недостаточно освоены, и в котельных с паровыми и водогрейными котлами наибольшее распространение получил термический способ.
При термическом способе растворение в воде газов уменьшается с повышением температуры и совсем прекращается при достижении температуры кипения, когда растворенные газы полностью удаляются из воды.
Существует несколько типов термических деаэраторов, но в котельных с паровыми котлами применяются смешивающие деаэраторы атмосферного типа (ДСА). Такой деаэратор (рис. 94) состоит из вертикальной цилиндрической колонки 1 диаметром 1-2 м и высотой 1,5-2 м, установленной на горизонтальном цилиндрическом баке 2, предназначенном для сохранения запаса деаэрованной воды.
Рис. 94. Атмосферный деаэратор смешивающего типа: 1 — колонка; 2 — бак-аккумулятор; 3 — водоуказательное стекло; 4 — манометр; 5 — гидрозатвор; 6 — распределительное устройство; 7,8 — тарелки; 9 — распределитель пара; 10 — клапан; 11 — охладитель выпара; 12 — регулятор уровня воды; 13 — выпуск питательной воды из бака-аккумулятора; 14 — вестовая труба.
Из паровых котлов в нижнюю часть деаэрационной колонки через парораспределитель 9 подается пар с давлением 0,2-0,3 кгс/см2 и, поднимаясь вверх, подогревает химически очищенную воду до температуры кипения 102-104 °С. При этом из воды выделяются кислород и углекислый газ и вместе с остатками несконденсированного пара через вестовую трубу 14 выбрасываются в атмосферу. При закрытии вестовой трубы этот поток может быть направлен в охладитель выпара 11. Деаэрованная вода поступает в бак-аккумулятор. Из бака деаэрованная вода забирается питательным насосом для питания паровых котлов.
Вакуумный деаэратор (ДСВ). Для деаэрации подпиточной воды тепловых сетей в котельных с водогрейными котлами используются вакуумные деаэраторы (рис. 95).
Вакуумный деаэратор, как и атмосферный, состоит из колонки 4 и бака деаэрованной воды 6.
Рис. 95. Вакуумный деаэратор: 1 — бак-газоотделитель; 2 — водяной эжектор; 3 — охладитель выпара; 4 — деаэрационные колонки; 5 — водоводяной водоподогреватель; 6 — бак деаэрованной воды; 7 — центробежный насос; 8 — трубопровод городской воды; 9 — трубопровод воды к ХВО; 10- трубопровод заполнения бака- газоотделителя; 11 — змеевик
Вакуум в деаэрационной колонке создается водоструйным эжектором 2, присоединенным к верхней части колонки. Для облегчения работы эжектора перед ним устанавливается охладитель выпара 3, так как водоструйный эжектор работает лучше, когда температура испарения ниже. Вода через эжектор перекачивается центробежным насосом 7, создает разрежение, за счет которого из деаэрационной колонки отсасывается выпар и, смешавшись с водой, поступает в бак-газоотделитель 1. В баке вода опускается вниз, а выпар остается наверху и удаляется в атмосферу.
Вода после умягчения, пройдя водоводяной подогреватель 5, нагревается до 75-80 °С и подается в деаэрационную колонку 4, где закипает при давлении ниже атмосферного. Освободившись от кислорода и углекислого газа, вода стекает в бак деаэрированной воды. Вода из бака подается подпиточным насосом на подпитку тепловой сети.
Для сохранения температуры деаэрованной воды в деаэраторном баке устанавливают змеевик 11, через который проходит горячая вода из водогрейных котлов.
Вакуумные деаэраторы работают при давлении 0,3 абсолютной атмосферы (Р = 0,7 кгс/см2), которому соответствует температура кипения воды 68,9 °С.
Нормы качества питательной воды для водотрубных котлов с рабочим давлением пара до 4 МПа приведены в табл. 8.
Нормы качества сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов даны в табл. 9.
Таблица 8
Нормы качества питательной воды для водотрубных котлов с рабочим давлением пара до 4 МПа
|
Наименование |
Рабочее давление, МПа (кгс/см 2) |
|||
|
Прозрачность по шрифту, см, не менее |
||||
|
Общая жесткость, мг-экв/кг |
||||
|
Не нормируется |
300* Не норм. |
|||
|
Не нормируется |
||||
|
Значение рН при 25 °С |
||||
Таблица 9
|
Наименование |
Система теплоснабжения |
|||||
|
Открытая |
Закрытая |
|||||
|
Температура сетевой воды, «С |
||||||
|
Прозрачность по шрифту, см, не более |
||||||
|
Карбонатная жесткость: при рН < 8,5 мкг-экв/кг при рН > 8,5 мкг-экв/кг |
800* 700 Не до |
750* 600 пуска |
375′ 300 ется |
750* 600 э расчс |
||
|
Значение рН при 25 °С |
||||||
‘Для котлов, работающих на мазуте.
В отопительно-производственных котельных вакуумные деаэраторы до последнего времени не применялись. Для термической деаэрации подпиточной воды тепловых сетей определенное распространение поручили одноступенчатые вакуумные деаэраторы струйного и пленочного типов, а также двухступенчатые деаэраторы струйно-барботажного типа.
Для деаэрации подпиточной воды котельных с водогрейными котлами институт Моспроект применил одноступенчатые вакуумные деаэраторы при давлении 0.2 кгс/см. На баке-аккумуляторе размещается струйная колонка атмосферного давления, серийно выпускавшаяся до 1968 г. Черновицким машиностроительным заводом. Умягченная вода, перегретая в предвключенных подогревателях выше температуры насыщения. соответствующей давлению в деаэраторе, через штуцер подается в открытую камеру. В эту же камеру подается рабочая вода после водоструйных эжекторов. В камере происходит вскипание перегретой воды и образование значительного количества парогазовой смеси. Затем вода переливается через водосливный порог, проходит каскадом через струйную колонку и сливается в бак-аккумулятор. При движении воды по высоте колонки происходит дополнительное удаление паровоздушной смеси, которая отводится через горловины тарелок, зазоры между корпусом аппарата и тарелками и удаляется из верхней части колонки по трубе. В баке-аккумуляторе размещен змеевик, в который подается сетевая вода. Вследствие этого в баке происходит частичное испарение воды, образовавшийся пар поступает навстречу струйному потоку воды, в колонку.
Противоточное движение потоков в деаэраторе является положительным элементом данной схемы. Однако незначительный расход пара, генерируемого в баке-аккумуляторе, не обеспечивает необходимой обработки воды.
К недостаткам данной конструкции вакуумного деаэратора относятся:
1. Отсутствие хорошей вентиляции струйной колонки.
2. Необходимость предварительного перегрева воды перед деаэратором на 6 - 8° С и конденсация под вакуумом значительного расхода выпара, что требует установки мощных охладителей выпара с большой поверхностью нагрева.
3. Расположение бака-аккумулятора под вакуумом, что вызывает его удорожание и увеличивает вероятность дополнительных присосов воздуха и вторичного заражения деаэрированной воды.
В 1968 г. Черновицкий машиностроительный завод прекратил производство высоких струйных колонок атмосферного давления и приступил к производству струйно-барботажных деаэраторов, содержащих укороченную струйную колонку с двумя дырчатыми тарелками. Использование укороченных струйных колонок, в которых время пребывания воды значительно сократилось, для вакуумных деаэраторов невозможно.
Более рациональным является использование обычных струйных колонок под вакуумом с противоточной схемой движения. В этом случае деаэрируемая вода поступает в колонку с температурой ниже температуры насыщения, соответствующей давлению в деаэраторе. Для подогрева и деаэрации воды в нижнюю часть колонки подводится пар, который движется навстречу потоку воды. Недостатками этих колонок являются их значительные габариты, большая потеря конденсата при деаэрации подпиточной воды и необходимость отвода из деаэратора большого расхода выпара, что требует установки мощных охладителей выпара.
В последние годы на тепловых электростанциях и в котельных с водогрейными котлами для деаэрации подпиточной воды тепловых сетей определенное распространение получили одноступенчатые вакуумные деаэраторы струйного типа, исключающие потерю конденсата.
Работа деаэратора осуществляется следующим образом. Основной поток деаэрируемой воды в количестве 90% от общего расхода исходной воды перегревается в предвключенных подогревателях и с температурой 75 - 80° С по центральной трубе подается в «горячую» колонку А. Давление в колонке поддерживается таким, чтобы температура насыщения была ниже температуры поступающей воды на 5 - 8° С. В результате этого деаэрируемая вода, поступая на первую тарелку, вскипает, выделяя определенное количество парогазовой смеси. Затем вода стекает вниз по тарелкам в струйном потоке, а параллельно ей сверху вниз движется паровоздушная смесь. В нижней части колонки А и Б соединены трубопроводом, через верхнюю часть которого паровоздушная смесь из колонки А поступает в колонку Б. В эту колонку на верхнюю тарелку по трубе поступает холодная вода с температурой 15 - 20° С в количестве 10% от производительности деаэратора. Холодный поток воды стекает сверху вниз по ряду дырчатых тарелок, а навстречу ему снизу вверх движется паровоздушная смесь. Пар при этом конденсируется, а неконденсирующиеся газы удаляются из колонки отсасывающим устройством через патрубок. Вода из «холодной» колонки Б по нижней части трубопровода отводится в колонку А, откуда с основным потоком воды через патрубок - в бак-аккумулятор. Таким образом, «холодная» колонка является смешивающим охладителем выпара.
Наряду с описанной конструкцией разработаны деаэраторы, в которых «холодная» колонка размещается в центре «горячей» колонки и объединена с ней общим верхним днищем.
Основным недостатком приведенных конструкций вакуумных деаэраторов является прямоточное движение пара и воды в «горячей» колонке, что приводит к резкому снижению интенсивности процесса дегазации по сравнению с противоточной схемой движения потоков. В этих условиях для повышения эффекта дегазации приходится увеличивать число тарелок и высоту аппарата, которая достигает 5,5 м. Одновременно возрастает металлоемкость деаэрационной колонки. Описанные вакуумные колонки серийно промышленностью не выпускаются.
Для обеспечения глубокой дегазации питательной и подпиточной воды ЦКТИ разработаны двухступенчатые вакуумные деаэраторы. Вода, направляемая на дегазацию, по трубе попадает на верхнюю тарелку. Последняя секционирована с таким расчетом, что при минимальной (30%) нагрузке работает только часть отверстий во внутреннем секторе. При увеличении нагрузки включаются в работу дополнительные ряды отверстий. Секционирование верхней тарелки позволяет избежать гидравлических перекосов по пару и воде при колебаниях нагрузки и но всех случаях обеспечить обработку струй паром. Пройдя струйную чисть, вода попадает на перепускную тарелку. Последняя предназначена для сбора и перепуска воды на определенный участок расположенного ниже барботажного листа. Перепускная тарелка имеет отверстие в виде сектора, который с одной стороны примыкает к вертикальной сплошной перегородке, идущей вниз до основания корпуса колонки. Вода с перепускной тарелки направляется на непровальный барботажный лист, выполненный в виде кольца со щелями или отверстиями, ориентированными перпендикулярно потоку воды. В конце барботажного листа имеется водосливный порог, который проходит до нижнего основания деаэратора. Вода протекает по барботажному листу, переливается через порог и попадает в сектор, образуемый порогом и перегородкой, а затем самотеком отводится в трубу. Весь пар в колонку подводится под барботажный лист по трубе. Под листом устанавливается паровая подушка, и пар, проходя через щели, барботирует воду. С увеличением нагрузки, а следовательно, и расхода пара паровая подушка увеличивается и избыточный пар перепускается в обвод барботажного листа через отверстия в трубах. Затем пар проходит через горловину в перепускной тарелке и поступает в струйный отсек, где большая часть пара конденсируется. Паровоздушная смесь отсасывается по трубе. Подвод химически умягченной воды после охладителя выпара осуществляется через коллектор на верхнюю тарелку. При необходимости подачи в деаэратор конденсата его следует вводить через штуцер на перепускную тарелку.
При отсутствии пара и подводе к деаэратору в качестве греющей среды перегретой воды последняя также подводится под барботажный лист по трубе. Попадая в область давления ниже атмосферного, вода вскипает, образуя под листом паровую подушку. Вода, оставшаяся после вскипания, по трубе удаляется на начальный участок барботажного листа, где проходит обработку совместно с исходным потоком воды. Дальнейший путь пара, выделившегося из перегретой воды, не отличается от описанного выше.
Вся колонка изготавливается цельносварной. Для ее разъема предусмотрен монтажный стык, расположенный выше перепускной тарелки. В настоящее время Черновицким машиностроительным заводом разработаны конструкции описанных вакуумных деаэраторов производительностью 25, 50, 75, 100, 150, 200 и 300 т/ч, а ЦКТИ испытаны головные образцы.
Производство этих деаэраторов в комплекте с воздухоотсасывающими устройствами и охладителями выпара намечено с 1972 г. на Саратовском заводе тяжелого машиностроения (СЗТМ).
В 1968 г. ЦКТИ совместно с СЗТМ разработал вакуумные струйно-барботажные деаэраторы горизонтального типа для подпиточной воды тепловых сетей производительностью 400, 800, 1200, 1600, 2000 и 3200 т/ч. Конструкция этих деаэраторов предусматривает возможность их использования также и для питательной воды ТЭЦ при замене деаэраторов атмосферного давления. В качестве барботажной ступени в этой конструкции также применены непровальные дырчатые тарелки.
Деаэратор вне зависимости от производительности представляет собой цилиндр диаметром 3 м, в котором размещены все элементы и охладитель выпара смешивающего типа. Химически умягченная вода поступает в деаэратор по трубе и попадает в распределительный коллектор, откуда стекает на первую тарелку. Эта тарелка служит для пропуска минимального расхода воды. С увеличением производительности деаэратора выше минимальной вода с первой тарелки перепускается коробами на третью тарелку. Вода с первой тарелки попадает на вторую тарелку, которая также рассчитана на минимальную нагрузку. Такая конструкция двух первых тарелок объясняется следующими соображениями. В этом деаэраторе отсутствует поверхностный охладитель выпара. Первые две тарелки должны обеспечить полную конденсацию необходимого количества выпара. Третья тарелка является основной тарелкой, обеспечивающей работу деаэратора при всех нагрузках. Для исключения перекосов но воде и пару при минимальной нагрузке работает часть отверстий третьей тарелки. С повышением производительности в работу включаются дополнительные ряды отверстий. С третьей тарелки вода попадает на перепускную тарелку, которая служит для сбора и перепуска воды на барботажный лист. После обработки на барботажном листе деаэрированная вода отводится по трубе. В деаэраторе выделен отсек, куда по трубе подается греющая среда - деаэрированная вода с температурой 70 - 150° С. При входе в отсек вода вскипает, а жалюзи способствуют разделению воды и пара.
Выделившийся пар поступает под барботажный лист, а оставшаяся вода по каналам вытесняется на уровень барботажного листа и вместе с деаэрированной исходной водой отводится из деаэратора. Пар, проходя через щели барботажного листа, подвергает воду интенсивной обработке. При этом под листом образуется паровая подушка. Когда паровая подушка превышает 200 мм, включаются в работу короба, по которым пар перепускается в струйный отсек между третьей и четвертой тарелками.
Пар, прошедший через барботажный лист, пересекает струйный поток, сливающийся с четвертой тарелки, и поступает в струйный отсек между третьей и четвертой тарелками. В этом отсеке происходит основной подогрев воды до температуры, близкой к температуре насыщения. Из третьего отсека пар поступает во второй отсек, где практически полностью конденсируется. В первом отсеке происходит охлаждение паровоздушной смеси и к эжектору поступают охлажденные неконденсирующиеся газы по трубе. При использовании описанной конструкции для деаэрации питательной воды рекомендуется в отсек подавать возврат конденсата с производства, а при его отсутствии - пар из расчета 20 - 25 кг на 1 т деаэрированной воды. Работа деаэратора при этом не отличается от работы вакуумного деаэратора подпиточной воды.
Цель работы : Определение фактических тепловых и дегазационных характеристик вакуумного деаэратора (ДВ) для сравнения их с заводскими гарантиями.
Конструкция и принцип работы вакуумного деаэратора
С целью предупреждения разрушений магистралей теплосети и отопительных устройств систем отопления города и предприятий в энергетике широко используются вакуумные деаэраторы, предназначенные для удаления коррозионно агрессивных газов (О 2 и СО 2) из подпиточной воды теплосети. Деаэрированная вода из ДВ сливается в баки-аккумуляторы, откуда насосами подпитки теплосети откачивается в цикл теплоснабжения города.
Экономическая эффективность от применения ДВ достигается благодаря обработке подпиточной воды при более низких температурах (40-60°С) и использованию при этом низкопотенциальных отборов пара теплофикационных турбин. Кроме того, в схемах подпитки теплосети ДВ позволяют сохранить конденсат греющего пара в цикле турбоустановки. Деаэраторы выпускаются производительностью 400 и 800 т/ч. Разработаны они НПО ЦКТИ им. И.И. Ползунова, изготавливаются Саратовским заводом энергетического машиностроения.
На Ново-Иркутской ТЭЦ установлено 8 вакуумных деаэраторов ДВ-800.
Вакуумный деаэратор представляет собой бак цилиндрической формы. Внутри бака расположены горизонтальные короба из листовой стали, которые обеспечивают разбрызгивание и переток поступающей в него воды по всему объему бака, в корпусе бака выполнены врезки трубопроводов:
- - холодной воды;
- - горячей воды;
- - отсоса воздуха;
- - слива из бака на коллектор бака-аккумулятора;
- - отбора проб.
На рис. 3 представлена принципиальная схема ДВ.
Химически очищенная вода (подлежащая деаэрации) через штуцер (1) поступает в распределительный коллектор (2) и далее на первую тарелку (3) . Перфорация первой тарелки рассчитана на пропуск 30% расхода воды при номинальной нагрузке деаэратора. Остальная вода через порог (4) первой тарелки сливается на вторую тарелку (5) . При нагрузках, отличных от номинальной, происходит перераспределение расходов воды через отверстия и перелив, однако расход воды через отверстия не может превысить 30% от номинальной нагрузки. Прошедшая сквозь отверстия первой тарелки вода сливается струями также на вторую тарелку. Такая конструкция первой тарелки объясняется выполняемой ею функцией встроенного охладителя выпара и должна обеспечить конденсацию необходимого расхода выпара в расчетном диапазоне изменения гидравлической нагрузки деаэратора. Вторая тарелка является основной. Зона ее перфорации секционирована перегородкой таким образом, что при минимальной нагрузке работает только часть отверстий тарелки. С увеличением нагрузки включаются в работу все отверстия. Благодаря этому исключается возможность перекосов по пару и воде. Со второй тарелки вода сливается струей на третью тарелку (6) , которая служит в основном для организации подачи воды на барботажный лист (7) . Перфорированная часть тарелки невелика и максимально приближена к ее борту. Обработанная на барботажном листе вода отводится из деаэратора по трубе (8) в бак-аккумулятор.
Рис. 3. Деаэратор вакуумный ДВ-800 М2:
1 - штуцер для подвода воды; 2 - распределительный коллектор; 3 - первая тарелка; 4 - перепускной порог; 5 - вторая тарелка; 6 - третья тарелка; 7 - барботажный лист; 8 - выход деаэрированной воды; 9 - вход перегретой воды (греющей среды); 10 - канал; 11 - перепускная труба; 12 - подвод пара
Рис. 1. Принципиальная схема двухступенчатого
вертикального вакуумного деаэратора.
В каталоге приведены данные о ваккумных деаэраторах типа ДВ производительностью 5, 15, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 800 т/ч. Они предназначены для дегазации добавочной воды энергетических котлов и подпитачной воды систем теплоснабжения на ТЭЦ и в котельных, главным образом, водогрейных. В качестве теплоносителя в них может использоваться перегретая деаэрированная вода и пар.
Вертикально вакуумные деаэраторы производительностью 5-300 т/ч. На рис. 1 представлена конструктивная схема струйно-барботажных вертикальных вакуумных деаэраторов производительностью 5-300 т/ч, разработанных НПО ЦКТИ им. И.И. Ползунова в середине 60-х годов и изготовляемых ООО "Котломаш".
Вода, направляемая на дегазацию по трубе 1 , попадает на верхнюю тарелку 6 . Последняя секционирована с таким расчетом, что при минимальной (30%) нагрузке работает только часть отверстий во внутреннем секторе. При увелечении нагрузки включаются в работу дополнительные ряды отверстий. Секционирование верхней тарелки исключает гидравлические перекосы по пару и воде при изменениях нагрузки и во всех случаях обеспечивает обработку струй воды паром. Пройдя струйную часть, вода попадает на перепускную тарелку 5 , предназначенную для сбора и перепуска воды на начальный участок, расположенный ниже барботажной тарелки 3 . Перепускная тарелка 5 имеет отверстие в виде сектора, который с одной стороны примыкает к вертикальной сплошной перегородке 8 , идущей вниз до основания корпуса колонки. Вода с перепускной тарелки 5 направляется на непровальную барботажную тарелку 3 , выполненную в виде кольца с рядами отверстий, ориентированными перпендикулярно потоку воды.
К барботажной тарелке примыкает водосливный порог 9 , который проходит до нижнего основания деаэратора. Вода протекает по барботажному листу, переливается через порог и попадает в сектор, образуемый порогом 9 и перегородкой 8 , а затем отводится из деаэратора через трубу 11 . Весь пар подводится под барботажную тарелку по трубе 2 . Под тарелкой 3 устанавливается паровая подушка, и пар, проходя через отверстия, барботирует воду. С увеличением нагрузки, а следовательно, и расхода пара, высота паровой подушки увеличивается и избыточный пар перепускается в отвод барботажного листа через отверстия в перепускных трубах 4 . Затем пар проходит через горловину в перепускной тарелке 5 и поступает в струйный отсек, где большая часть конденсируется. Парогазовая смесь отсасывается по трубе 7 .
При использовании в качествегреющей среды перегретой воды последняя также подается под барбатажную тарелку по трубе 2 . Попадая в область с давлением ниже атмосферного, вода вскипает, образуя под листом паровую подушку. Вода, оставшаяся после вскипания, по подоперепускной трубе 10 поступает на барботажную тарелку, где проходит оброботку совместно с исходным потоком воды. Дальнейший путь пара, выделившегося из перегретой воды, не отличается от описанного выше.
Вся колонка изготавляется цельносварной. Для возможности ее разъема предусматривается монтажный стык, расположенный выше перепускной тарелки.
На рис. 2 приведена схема компоновки вертикального вакуумного деаэратора с охладителем выпара поверхностного типа. Часть потока исходной воды пропускается через охладитель выпара. Для обеспечения необходимого расхода выпара при всех нагрузках деаэратора расход воды на охладитель выпара должен соответствовать номинальной производительности и поддерживаться постоянным. Конденсат из охладителя выпара рекомендуется отводить отдельным трубопроводом через гидрозатвор в дренаж или на верхнюю тарелку дааэратора. С этой целью охладитель наклонен в сторону отвода конденсата (уклон 1:10).
Рис. 2. Схема компоновки вертикального вакуумного деаэратора с охладителем выпара поверхностного типа:
1 - вакуумный деаэратор; 2 - охладитель выпара; 3 - подвод греющей среды; 4 - подвод исходной воды; 5 - отвод деаэрированной воды; 6 - отвод конденсата; 7 - отвод газов.
Горизонтальные вакуумные деаэраторы производительностью 400 и 800 т/ч. ОАО НПО ЦКТИ разработаны горизонтальные вакуумные струйно-барботажные деаэраторы производительностью 400 и 800 т/ч. В качестве барботажной ступени в этой конструкции применена непровальная перфорированная тарелка.
Деаэратор независимо от производительности представляет собой цилиндр диаметром 3 м, в котором размещены все деаэрирующие элементы и охладитель выпара смешивающего типа.
На рис. 3 представлена принципиальная схема горизонтального вакуумного деаэратора с учетом изменений, внесенных в его конструкцию после начала производства (модернизированный вариант).
Рис. 3. Принципиальная схема двухступенчатого горизонтального вакуумного деаэратора.
Исходная вода через штуцер 1 поступает в распределительный коллектор 2 (сюда же попадается поток химически очищенной воды от системы охлаждения пароструйного эжектора) и далее на первую тарелку 3 . Перфорация первой тарелки рассчитана на пропуск 30% воды при номинальной нагрузке деаэратора. Остальная вода через порог 13 сливается на вторую тарелку 4 . При нагрузках, отличных от номинальной, происходит перераспределение расходов воды через отверстия и перелив, однако, расход воды в отверстиях не может превысить 30% номинальной нагрузки.
Прошедшая сквозь отверстия первой тарелки вода сливается струями также на вторую тарелку. Вторая тарелка является основной, ее зона перфорации секционирована перегородкой таким образом, что при минимальной нагрузке работает только часть отверстий тарелки. С увеличением нагрузки включаются в работу все отверстия. Таким образом исключается возможность перекосов по пару и воде.
Со второй тарелки 4 вода стекает струями на третью тарелку 6 , которая служит для организации подачи воды на начало барботажного листа 10 . Перфорированная часть тарелки 6 невелика и максимально приближена к ее борту. Обработанная на непровальном барботажном листе 10 вода отводится из деаэратора по трубе 7 . Греющая среда (перегретая деаэрированная вода) подается в деаэратор через перфорированную трубу 9 . При этом вода вскипает, и выделившийся пар поступает под барботажный лист, а оставшаяся вода по каналу 8 вытесняется на уровень барботажного листа и отводится из деаэратора, смешиваясь с деаэрированной водой.
Пар, проходя сквозь отверстия барботажного листа и слой воды на нем, догревает и интенсивно обрабатывает воду. При этом под листом 10 образуется соответствующая паровая подушка, высота которой с увеличением расхода пара возрастает, и избыточный пар перепускается трубой 12 в струйный отсек между второй и третьей тарелками. Сюда же направляется пар, прошедший сквозь отверстия барботажного листа, пересекая при этом струйный поток, сливающийся с третьей тарелки. В этом отсеке осуществляется основной подогрев воды и конденсации пара. Трубы 5 обеспечивают дополнительную вентиляцию зоны отвода деаэрированной воды.
В отсеке между первой и второй тарелками происходит конденсация оставшегося пара. Охлажденные неконденсирующиеся газы отсасываются эжектором по трубе 14 . Патрубок 11 служит для подачи в деаэратор пара в качестве дополнительного теплоносителя в схемах приготовления добавочной воды энергетических котлов. По трубе 9 в этом случае подается конденсат с производства.
ООО "Котломаш" выпускает вакуумные деаэраторы производительностью 400 и 800 т/ч, все внутренние элементы которых изготовляются из нержавеющей стали.
Вакуумные деаэраторы не имеют запаса воды в своем корпусе. При сливе деаэрированной воды самотеком в аккумуляторные баки уровень ее колеблется в сливном трубопроводе в зависимости от давления в деаэраторе, уровня воды в баке-аккумуляторе для устойчивой работы последнего необходимо предусматривать промежуточный бак атмосферного давления или вакуумный коллектор с регулируемым уровнем воды в них, причем вакуумный коллектор может применяться только в схемах с постоянной (базовой) нагрузкой деаэраторов и устанавливается непосредственно под деаэраторами. Для слива деаэрированной воды в аккумуляторные баки самотеком вакуумные деаэраторы должны размещаться на отметке, превышающей верхний уровень воды в баке не менее чем на 10 м.
Система автоматического регулирования вакуумной деаэрационной установки обеспечивает подвод к деаэратору греющей среды в количестве, необходимом для подогрева до температуры насыщения исходного потока воды и обеспечения требуемого расхода выпара (автоматическое регулирование давление в деаэраторе), и поддерживает, в случае необходимости, постоянный уровень в баке.
Вакуумные деаэраторы следует защищать от переполнения и от опасного повышения давления. Наиболее просто вопрос защиты решается при сливе деаэрированной воды самотеком в промежуточные (или аккумуляторные) баки атмосферного давления при обязательном отсутствии запорной и регулирующей арматуры на сливных трубопроводах. В этом случае защита осуществляется через переливные гидрозатворы баков, рассчитанные на пропуск максимального расхода воды, поступающей в деаэратор при аварийных ситуациях. В остальных случаях защита должна выполняться с помощью гидрозатвора, присоединяемого к сливному трубопроводу или промежуточному коллектору. Высота гидрозатвора выбирается в зависимости от места его присоединения к системе. При подводе к деаэратору в качестве греющей среды пара необходимо также устанавливать предохранительный гидрозатвор на паропроводе между деаэратором и регулятором давления.
Комплектация вакуумных деаэраторов вспомогательным оборудованием (в количестве по 1 шт.) приведена в таблице 1, 2, 3.
Технические характеристики вакуумных деаэраторов
Таблица 1.
| Наименование показателя |
Деаэратор ДВ-5 |
Деаэратор ДВ-15 |
Деаэратор ДВ-25 |
Деаэратор ДВ-50 |
| Номинальная производительность, т/ч | ||||
| Диапазон производительности, % | ||||
| Диапазон производительности, т/ч | ||||
| Рабочее давление избыточное, МПа | ||||
