Конструкция и принцип действия деаэратора. Что такое деаэратор в котельной

Заключительной стадией технологического процесса приготовления питательной воды для паровых котлов является удаление растворенных в ней агрессивных га­зов, в первую очередь кислорода, а также углекислоты, вызывающих коррозию металла теплосиловых установок. Кислородная коррозия является наиболее опасной, так как она проявляется на отдельных участках поверхнос­ти металла в виде небольших язвин и развивается в глу­бину металла вплоть до образования сквозных свищей. Для современных паровых котлов большой паропроизво - дительности даже самая незначительная концентрация растворенного в питательной воде кислорода может быть причиной нарушения нормальной работы и выхода из строя отдельных элементов их, из которых в первую очередь обычно подвергается коррозии экономайзер.

Таким образом, для обеспечения надежной эксплуа­тации современных паровых котлов необходимо стре­миться к практически полному отсутствию в питательной воде растворенного кислорода.

Процесс удаления из воды растворенных газов носит название дегазации или деаэрации. В настоящее время известно несколько способов деаэрации-термический и химический.

Наибольшее распространение получил термический способ деаэрации воды. Этот способ основывается на том, что растворимость в воде газов с повышением ее температуры уменьшается, а при температуре, равной температуре кипения, газы почти полностью удаляют­ся из воды. Таким способом газы удаляются из воды в специальных устройствах, которые принято называть тер­мическими деаэраторами.

Для дегазации воды применяются преимущественно деаэраторы атмосферного типа, работающие при абсо­лютном давлении 0,1 МПа (1 кгс/см2), и вакуумные деа­эраторы, работающие при абсолютном давлении от 0,0007 до 0,05 МПа (от 0,075 до 0,5 кгс/см2), т. е. при темпера­турах деаэрированной воды от 40 до 80 °С. Деаэрация воды основана на законе Генри, согласно которому ко­личество газа, растворенного в единице объема воды, пропорционально парциальному давлению этого газа в газовой или парогазовой смеси над поверхностью воды. Для полного удаления газов из воды необходимо создать условия, при которых парциальные давления этих газов над поверхностью воды будут равны нулю, что возмож­но при температуре кипения воды, т. е. при доведении ее до температуры насыщения при давлении в деаэраторе и отводе газов из парового пространства деаэратора.

В паровых котельных наибольшее применение полу­чили деаэраторы атмосферного типа - ДСА (рис. 3.1). Двуступенчатый барботажный деаэратор состоит из ма­логабаритной деаэрационной колонки и бака-аккумуля­тора со встроенным барботажным устройством и пере­городками, образующими специальные отсеки. Деаэра - ционная колонка имеет две тарелки с отверстиями, через которые вода стекает в бак-аккумулятор. На первой по ходу воды тарелке смонтировано устройство для луч­шего перемешивания поступающих в деаэратор потоков конденсата и химически обработанной воды. Эти по­токи поступают во внешнее кольцо смесительного уст­ройства, после чего вода через два водослива попадает на перфорированную часть первой тарелки.

После колонки деаэрируемая вода поступает в бак - аккумулятор, в нижней части которого у противополож­ного торца размещается затопленное барботажное уст­ройство. Греющий пар по трубе подается в паровую ко­робку и через отверстия дырчатого листа барботирует через слой воды, медленно движущейся над листом в сто-

Рону патрубка для отвода воды из деаэратора. Вода, вы­ходящая из барботажного устройства, поступает в подъ­емную шахту. Вскипание объясняется наличием неболь­шого перегрева воды относительно температуры насыщения, которая соответствует давлению в паровом пространстве бака-аккумулятора. Перегрев определяется высотой столба жидкости над барботажным листом.

Пар, проходящий через барботажное устройство и столб воды, попадая в паровое пространство, движется над поверхностью воды в сторону колонки. Размещение колонки на противоположной стороне от барботажного устройства обеспечивает четко выраженное противоточное движение потоков воды и пара и хорошую вентиляцию парового пространства бака.

Пар, необходимый для деаэрации, подается в барбо­тажное устройство от регулятора давления: давления пара перед регулятором 0,6-0,7 МПа (6-7 кгс/см2), после регулятора - 0,05-0,07 МПа (0,5-0,7 кгс/см2). На деаэраторах производительностью более 50 т/ч пре­дусмотрен патрубок для подвода низкотемпературного пара с давлением 0,02-0,03 МПа (0,2-0,3 кгс/см2) (от расширителей непрерывной продувки, от поршневых па­ровых насосов, турбонасосов) непосредственно в паро­вое пространство деаэратора для лучшей вентиляции па­рового объема деаэратора и на первую ступень деаэра­ции в деаэрационной колонке.

Выпар из деаэрационной колонки отводится в охлади­тель выпара и из него в канализацию, а газы - через воздушник в атмосферу. Деаэраторы комплектуются гид­розатворами для защиты от превышения давления.

Деаэраторы атмосферного типа рассчитаны на ра­боту при давлении 0,01-0,02 МПа (0,1-0,2 кгс/см2) и температуре воды 102-104 °С. Согласно ГОСТ 16860-71 «Деаэраторы термические» изменение подогрева воды в деаэраторах должно быть не более 10-40 °С.

НПО ЦКТИ разработана новая конструкция двухсту­пенчатых барботажных деаэраторов (типа ДА) атмос­ферного типа. Эти деаэраторы отличаются тем, что бар - ботажное устройство в них располагается в нижней час­ти деаэрационной колонки. Колонка устанавливается на деаэрационный бак старой конструкции. Подвод хими­чески очищенной воды и конденсата осуществляется в верхнюю часть колонки, пар подводится в паровое про­странство деаэраторного бака со стороны, противопо­ложной колонке. Такой подвод пара обеспечивает на­дежную вентиляцию парового объема бака. Отвод воды из деаэратора осуществляется со стороны, противопо­ложной колонке.

Преимущества новых деаэраторов сравнительно с де­аэраторами типа ДСА: повышенная заводская готов­ность, снижение металлоемкости, упрощение монтажа, повышение эксплуатационной надежности, уменьшение коррозии деаэраторных баков. Общая высота по срав­нению с ДСА увеличилась на 600-700 мм.

Вакуумные деаэраторы применяются в основном в во­догрейных котельных.

Вакуумная деаэрационная установка представляет собой вакуумную колонку (деаэратор) и аккумулятор­ный бак, находящийся под атмосферным давлением.

Вакуумная колонка имеет две ступени дегазации: струйную и барботажную.

Подогретая вода поступает на верхнюю тарелку, ко­торая секционирована с таким расчетом, что при мини­мальных нагрузках работает только часть отверстий во внутреннем секторе. При увеличении нагрузки в работу включаются дополнительные ряды отверстий, это позво­ляет избежать гидравлических перекосов по воде и пару при колебаниях нагрузки. Под барботажный лист по­дается пар или перегретая вода (120-140°С), при вски­пании которой образуется паровая подушка и происхо­дит процесс парового барботажа.

Вакуумные деаэраторы укомплектованы охладителя­ми выпара, водо-водяными эжекторами, системой авто­матического регулирования и контроля и соответствую­щими регулирующими клапанами.

Дегазация воды химическим способом осуществляет­ся путем сульфигирования, т. е. введения в нагретую (до 80°С) питательную воду раствора сульфита натрия Na2S0.5. Этот способ по сравнению с термической дега­зацией более дорогой и поэтому не получил широкого распространения.

Способ обработки воды для конкретной котельной установки должен определяться специализированной (проектной, наладочной) организацией. Согласно требо­ваниям Правил по котлам все котлы паропроизводитель­ностью 0,7 т/ч и более должны быть оборудованы уста­новками для докотловой обработки воды.

В котельных с котлами паропроизводительностью ме­нее 0,7 т/ч установка водоподготовительных устройств не обязательна, но периодичность проведения очистки котлов должна быть такой, чтобы к моменту остановки котла на очистку толщина отложений на наиболее тея - лонапряженных участках его поверхности нагрева не превышала 0,5 мм.

Для каждой котельной с котлами паропроизводи­тельностью 0,7 т/ч и выше должна быть разработана про­ектной, наладочной или другой специализированной ор­ганизацией и утверждена администрацией предприятия инструкция (режимные карты) по водоподготовке. В ин­струкции должны быть указаны нормы качества пита­тельной и котловой воды для данной котельной уста­новки, режим непрерывной и периодической продувок, порядок выполнения анализов котловой и питательной воды и обслуживания водоподготовительного оборудо­вания, сроки остановки котла на очистку и промывку и порядок осмотра остановленных котлов. В необходимых случаях в инструкции следует предусматривать также проверку агрессивности котловой воды.

Чтобы исключить случаи питания котла сырой водой, на резервных линиях сырой воды, присоединенных к ли­ниям питательной воды, должны устанавливаться два запорных органа и контрольный кран между ними. За­порные органы следует опломбировать в закрытом поло­жении (контрольный кран открыт), а каждый случай питания сырой водой записывать в журнал по во - доподготовке с указанием причин.

Деаэраторы атмосферного давления предназначены для удаления коррозионно-агрессивных газов (кислорода и свободной углекислоты) из питательной воды паровых котлов и подпиточной воды систем теплоснабжения и в котельной.

Пример условного обозначения деаэратора

ДА-5/2
Где: ДА - деаэратор атмосферный;
5 - производительность колонки м³/ч;
2 - емкость бака м³;

Технические характеристики, комплектность и типы Деаэраторов

Устройство и принцип работы деаэратора
В состав деаэратора входят:
- деаэрационная колонка;
- деаэраторный бак;
- охладитель выпара;
- комбинированное предохранительное устройство для защиты от аварийного повышения давления и уровня.

В деаэраторе применена двухступенчатая схема дегазации: две ступени размещены в деаэрационной колонке 1-ая ступень - струйная, 2-ая - барботажная.

Рис 1. Схема даеэрационной установки атмосферного давления типа ДА

1 - Бак деаэраторный; 2 - Колонка деаэрационная; 3 - Охладитель выпара; 4 - Устройство предохранительное; 5 - Регулятор уровня; 6 - Регулятор давления; 7 - Холодильник отбора проб; 8 - Барботажное устройство; 9 - Барботажная тарелка; 10 - Перепускная тарелка; 11 - Верхняя тарелка; 12 - Пароперепускное устройство; 13 - Указатель уровня; 14 - Люк-лаз.

В деаэраторном баке размещена третья, дополнительная ступень, в виде затопленного барботажного устройства.

Вода, подлежащая деаэрации, подается в колонку (2) через штуцеры (А, 3, И, Г). Здесь она последовательно проходит струйную и барботажную ступени, где осуществляется ее нагрев и обработка паром. Из колонки вода струями стекает в бак, после выдержки в котором отводится из деаэратора через штуцер (Ж).

Основной пар подается в бак деаэратора через штуцер (Е), вентилирует паровой объем бака и поступает в колонку. Проходя сквозь отверстия барботажной тарелки (9), пар подвергает воду на ней интенсивной обработке (осуществляется догрев воды до температуры насыщения и удаление микроколичеств газов). При увеличении тепловой нагрузки срабатывает гидрозатвор пароперепускного устройства (12), через которое пар перепускается в обвод барботажной тарелки. При снижении тепловой нагрузки гидрозатвор заливается водой, прекращая перепуск пара.

Из барботажного отсека пар направляется в струйный отсек . В струях происходит нагрев воды до температуры, близкой к температуре насыщения, удаление основной массы газов и конденсация большей части пара. Оставшаяся парогазовая смесь (выпар) отводится из верхней зоны колонки через штуцер (Б) в охладитель выпара (3) или непосредственно в атмосферу. Процесс дегазации завершается в деаэраторном баке (1), где происходит выделение из воды мельчайших пузырьков газов за счет отстоя. Часть пара может подаваться через штуцер в размещенное в водяном объеме бака барботажное устройство (8), предназначенное для обеспечения надёжной деаэрации (особенно в случае использования воды с низкой бикарбонатной щёлочностью (0,2...0,4 мг-экв/кг) и высоким содержанием свободной углекислоты (более 5 мг/кг) и при резко переменных нагрузках деаэратора.

Конструкция внутренних устройств деаэрационной колонки обеспечивает удобство внутреннего осмотра. Перфорированные листы внутренних устройств изготавливаются из коррозионно-стойкой стали.

Охладитель выпара поверхностного типа состоит из горизонтального корпуса и размещенной в нем трубной системы (материал трубок - латунь либо коррозионно-стойкая сталь).

Химочищенная вода проходит внутри трубок и направляется в деаэрационную колонку через штуцер (А). Парогазовая смесь (выпар) поступает в межтрубное пространство, где пар из нее практически полностью конденсируется. Оставшиеся газы отводятся в атмосферу, конденсат выпара сливается в деаэратор или дренажный бак.

Для обеспечения безопасной эксплуатации деаэраторов предусматривается их защита от опасного повышения давления и уровня воды в баке с помощью комбинированного предохранительного устройства .

Устройство подключается к деаэраторному баку через штуцер перелива.

Устройство состоит из двух гидрозатворов, один из которых защищает деаэратор от превышения допустимого давления, а другой от опасного повышения уровня, объединенных в общую гидравлическую систему, и расширительного бака. Расширительный бак служит для накопления объёма воды (при срабатывании устройства), необходимого для автоматической заливки устройства (после устранения нарушения в работе установки), т.е. делает устройство самозаливающимся.

Диаметр парового гидрозатвора определён, исходя из наибольшего допустимого давления в деаэраторе при работе устройства 0,07 МПа и максимально возможного в аварийной ситуации расхода пара в деаэратор при полностью открытом регулирующем клапане и максимальном давлении в источнике пара.

Монтаж и порядок установки деаэратора
Перед монтажом деаэратора необходимо: провести осмотр и расконсервацию; приваренные заглушки срезать газом, а кромки патрубков разделать под сварку.

1. Деаэратор предпочтительно располагать в помещениях. Установка его на открытом воздухе допускается в обоснованных случаях (по решению проектирующей организации).

2. Деаэраторный бак устанавливается строго по горизонтали на заранее подготовленный бетонированный фундамент (с установленными анкерными болтами), либо на металлическую этажерку. Одна опора жестко закрепляется болтами, вторая свободно опирается на опорный лист.

3. Деаэрационная колонка устанавливается на баке путем приварки к переходному штуцеру. Относительно вертикальной оси колонка может быть ориентирована произвольно в зависимости от конкретной компоновки установки.

4. Схема установки деаэратора, комплектующего оборудования и обвязки их трубопроводами, а также схема и приборы контроля и автоматического регулирования определяется проектной организацией в зависимости от условий, назначения и возможностей объекта, на котором они устанавливаются.

5. Схемой деаэрационной установки должна быть предусмотрена возможность проведения ее гидравлического испытания (перед включением в работу и периодически по мере необходимости) избыточным давлением 0,2 МПа. Охладитель выпара испытывается избыточным давлением 0,6 МПа.

Купить деаэратор
Для приобретения деаэратора обращайтесь по контактам, указанным в вверху страницы.

Лабораторная работа №4

ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ И СХЕМ ДЕАЭРАТОРОВ

Цели работы: изучить принцип действия и схемы деаэраторов, лабораторное оборудование, позволяющее произвести деаэрацию, изучить порядок работы деаэратора, произвести рабочее очищение воды.

1. Общие сведения

Деаэрация питательной воды паровых котлов и подпиточной воды тепловых сетей является обязательной для всех котельных. Деаэраторы предназначены для удаления из воды растворенных в ней неконденсирующихся газов. Присутствие в питательной и подпиточной воде кислорода и углекислоты приводят к коррозии питательных трубопроводов, кипятильных труб, барабанов котлов и сетевых трубопроводов, что может привести к тяжелой аварии. Наличие даже таких инертных газов, как азот, также крайне нежелательно, оно препятствует теплопередаче и снижает теплопроизводительность подогревателей.

Количество остаточного содержания О 2 и СО 2 в питательной воде паровых котлов строго регламентируется правилами Госгортехнадзора . Так для котлов со стальным экономайзером при давлении до 1,4 МПа содержание О 2 должно быть не более 30 мкг/кг. Свободная углекислота (СО 2) в питательной воде после деаэраторов должна отсутствовать.

Для деаэрации питательной воды в котельных, применяются струйные смешивающие термические деаэраторы. В зависимости от давления, поддерживаемого в деаэраторе, различают деаэраторы повышенного давления, атмосферные и вакуумные деаэраторы. В котельных установках с паровыми котлами на давление до 4,0 МПа применяют атмосферные деаэраторы.

2. Термическая деаэрация воды

Термическая деаэрация воды. В воде тепло­энергетических установок растворены и требуют удале­ния коррозионно-агрессивные (O2, CO2, NH3) и прочие газы. Удаление газов из воды производят в основном с помощью термических деаэраторов, декарбонизаторов и химическим способом.

Термическая деаэрация (дегазация) воды основана на законе Генри - Дальтона, выражающемся примени­тельно к данному случаю следующим уравнением, спра­ведливым для условий равновесия:

m = kppг = kр (p - pп),

где т - растворимость газов в воде;

р - суммарное давление газа и водяных паров в пространстве над во­дой;

рп, рг - парциальные давления соответственно пара и газа в том же пространстве;

kр-коэффициент раст­воримости газа в воде, зависящий от температуры (чем выше температура, тем меньше коэффициент раствори­мости).

Если воду нагреть до температуры кипения, то, с одной стороны, коэффициенты растворимости газов в воде становятся равными нулю, а с другой стороны, пар­циальное давление пара над поверхностью воды стано­вится равным суммарному давлению смеси. В итоге рав­новесия растворимость газов в воде становится равной нулю. Отсюда вывод: для удаления из воды растворен­ных в ней газов достаточно нагреть ее до температуры кипения. В этом и заключается суть термической дега­зации.

Уравнение (18.2.1) характеризует предельное состоя­ние равновесия, к которому придет система, если будут созданы определенные условия и предоставлено системе достаточно

времени. Рассмотрим вкратце эти условия.

Из изложенного следует, что воду необходимо на­греть. Обычно деаэрируемую воду, стекающую струйка­ми, каплями и пленкой, нагревают протекающим на­встречу паром. Тогда необходимое количество теплоты Q для нагрева в единицу времени воды в количестве W от начальной температуры t1 до температуры кипения tв (и соответствующих значений энтальпии i1, i")

где F - площадь поверхности теплообмена;

t ср - сред­няя для условий теплообмена температура воды;

t - температурный напор;

 - коэффициент теплоотдачи.

Правая часть уравнения (18.2.2) позволяет заклю­чить, что площадь поверхности теплообмена желательно сделать как можно больше. Это дает возможность уско­рить процесс теплообмена и уменьшить габариты аппа­рата. Решая эти задачи, потек воды дробят на струи, капли или тонкие пленки. Для обеспечения максималь­ного температурного напора создают противоток пара и воды. Дробление потока и особенно сток ее тонкими пленками обеспечивают турбулизацию потока и соответ­ственно увеличение коэффициента теплоотдачи.

Этими же средствами добиваются увеличения скорости десорбции газа из воды, поскольку количество уда­ляемого из нее в единицу времени остью концентраций газа в воде и в пространстве над водой, а следовательно, с учетом. (18.2.1), разностью давлений газа в соответствии с уравнением

m  = k д F  p = k д F (pr .p - pr), (18.2.3)

где pr.p – так называемое равновесное парциальное давление газа в воде, оно отвечает концентрации газа в воде в условиях равновесия в соответствии с (18.2.1.);

pr – парциальное давление газа над водой;

kд – коэффициент десорбции, зависящий от турбулентности потока воды, вязкости, поверхностного натяжения, скорости диффузии газа в воде, а следовательно, от температуры.

Для достижения минимального парциального давле­ния газа в пространстве над водой осуществляют непре­рывное удаление газов (с примесью паров) из рабочего пространства деаэратора через специальный штуцер для отвода выпара деаэратора. Если деаэратор вакуумный (т. е. давление в нем меньше атмосферного), то осуще­ствляют отсос воздуха пароструйными или водоструйны­ми эжекторами.

Примеры конструктивного выполнения деаэраторов приведены на рис. 12.2.3, 12.2.4. В первом из этих случа­ев реализован пленочный принцип дробления потока во­ды, во втором-струйный. На рис. 12.2.4 в качестве вто­рой ступени дегазации применяют барботаж, т. е. пропускают пузырьки пара через слой воды. Барботаж применяется для более полной дегазации воды, особен­но для более полного удаления двуокиси углерода.

На промышленных ТЭЦ деаэраторы чаще всего пи­таются паром из промышленного регулируемого отбора турбины, а на конденсационных электростанциях - из нерегулируемых отборов турбин (рис. 18.2.5). При дега­зации питательной воды на ТЭС деаэратор одновремен­но выполняет функцию подогревателя очередной сту­пени подогрева в системе регенерации.

Деаэраторы типа изображенного на рис. 12.2.4 назы­вают деаэраторами «перегретой» воды. Деаэраторы не требуют подачи на них греющего пара, пар в них обра­зуется в результате

дросселирования нагретой воды до такого давления, температура насыщения при котором меньше температуры воды, поступающей на деаэратор. Эта вода оказывается предварительно как бы перегре­той сверх температуры в деаэраторе, до которой охлаж­дается в результате дросселирования и частичного превращения в пар.

В конденсаторах паровых турбин происходит доста­точно полное удаление газов из основного конденсата» т. е. конденсатор одновременно выполняет роль деаэратора.

Рис. 18.2.5. Схемы включения деаэраторов питательной воды.

а-в качестве самостоятельной ступени регенеративного подогрева воды; б- в качестве предвключенного подогревателя в данной ступени подогрева; в - к регулируемому отбору на ТЭЦ; /-.парогенератор; 2 -турбина; 3-кон­денсатор; 4 - конденсатный насос; 5 - подогреватель низкого давления- 6- деаэратор; 7 - питательный насос; 8 - подогреватель высокого давления- 9- регулятор давления.

Однако из-за присосов воздуха через сальники конденсатных насосов и другие неплотности в вакуумной системе турбин конденсат вновь загрязняется газами. Эти газы затем удаляются в деаэраторах атмосферного типа (с давлением несколько выше атмосферного) или в деаэраторах повышенного давления (с давлением, в несколько раз превышающим атмосферное).

Атмосферный деаэратор состоит из цилиндрической деаэрационной колонки и бака питательной воды. Потоки деаэрируемой воды поступают в распределитель воды, из которого равномерно по кольцевому сечению колонки стекают на перфорированные противни. Проходя через отверстия противней, вода, разбивается на мелкие струйки и падает вниз. В нижнюю часть деаэраторной колонки подводится пар для нагрева деаэрируемой воды до температуры кипения. При температуре воды, равной температуре кипения, растворимость газов в воде равна нулю, чем и обусловливается удаление из воды кислорода и углекислоты. Выделяющийся кислород и углекислота с небольшим количеством пара удаляется через вестовую трубу вверху деаэрационной колонки. Для эффективной работы деаэрационной колонки необходимо, чтобы выделяющиеся из воды газы достаточно быстро удалялись из колонки, что обеспечивается выпаром. Количество выпара принимают равным 2 кг на 1 т деаэрированной воды.

Деаэрационные колонки не рассчитаны на подогрев воды более чем на 10-40 о С. Оптимальный режим работы деаэраторной колонки, т.е. наилучшее удаление газов из питательной воды, имеет место, когда средняя температура всех потоков воды, входящих в колонку, на 10-15 о С ниже температуры кипения при давлении, поддерживаемом в деаэраторе. Для полной деаэрации питательной воды совершенно необходимым условием является нагрев ее до температуры кипения. Недогрев воды даже на несколько градусов приводит к резкому увеличению остаточного содержания в ней кислорода. Поэтому деаэраторы обязательно снабжаются автоматическими регуляторами, поддерживающими соответствие между поступлением пара и воды в колонку.

Схемы деаэраторов

а – атмосферного; б – барботажного; 1 – бак; 2 – выпуск питательной воды;

3 – водоуказательное стекло; 4 – предохранительный клапан; 5 – тарелки; 6 – вход химически очищенной воды; 7 – вестовая труба; 8 – вход конденсата; 9 – деаэраторная колонка; 10 – вход пара; 11 – гидравлический затвор; 12 – лоток; 13 – решетка; 14 – перегородка с жалюзи.

Количество и производительность устанавливаемых деаэраторов питательной воды выбираются из расчета полного покрытия расхода питательной воды котлами с учетом их продувки и расхода питательной воды на впрыск в РОУ при максимально-зимнем режиме. Должно быть установлено не меньше двух деаэраторов. Резервные деаэраторы не устанавливаются. Полезная суммарная емкость баков питательной воды должна обеспечивать запас ее не менее чем на 15 мин при максимально-зимнем режиме. Полезная емкость баков принимается равной 85% их геометрической емкости.

Подпиточная вода также во всех случаях должна подвергаться деаэрации. Содержание кислорода в подпиточной воде должно быть не более 50 мкг/кг, а свободная углекислота должна полностью отсутствовать. В системах теплоснабжения с непосредственным водоразбором качество подпиточной воды, кроме того, должно удовлетворять ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая».

Деаэрация подпиточной воды осуществляется либо в термических смешивающих атмосферных деаэраторах, либо в вакуумных деаэраторах.

Деаэраторы должны устанавливаться на площадках с отметкой, превышающей отметку установки питательных насосов. Величина этого превышения определяется суммой требуемого подпора воды при входе в насос, задаваемого заводом-изготовителем насоса, и требуемого гидростатического напора для преодоления сопротивления трубопроводов от деаэратора до насоса. Для котлов на давления ~4,0 и 1,4 МПа (40 и 14 кгс/см2) отметка площадки деаэраторов соответственно 10 и 6 м.

В центральных котельных установках, работающих на крупные системы теплоснабжения с открытым водоразбором, требующие деаэрации подпиточной воды в количествах, измеряемых сотнями тонн, предпочтительна установка вакуумных подпиточных деаэраторов. Подпиточная установка с атмосферными деаэраторами при больших расходах подпиточной воды из-за ограниченной единичной производительности атмосферных деаэраторов (максимум 300 т/ч) и необходимости установки за ними охладителей подпиточной воды (до 70 о С) получается очень громоздкой и дорогой. Кроме того, подпиточные установки с атмосферными деаэраторами обладают еще одним существенным недостатком: в целях сохранения конденсата греющего пара химически очищенную воду, подаваемую в деаэраторы, необходимо предварительно подогревать до 90 о С.

Подогрев ее производится в водо-водяных теплообменниках-охладителях деаэрированной подпиточной воды и в пароводяных подогревателях. Эти подогреватели, а также трубопроводы за ними подвержены интенсивному коррозионному разрушению и не обеспечивают необходимой длительности эксплуатации узла подпитки теплосети.

Деаэрация подпиточной воды под вакуумом позволяет избавиться от перечисленных выше недостатков подпиточной установки. Промышленность выпускает вакуумные деаэраторы единичной производительностью до 2000 т/ч, температура выдаваемой деаэратором подпиточной воды 40 о С, при этом не требуется установка специальных охладителей. При вакууме в деаэраторе ~0,0075 МПа (0,075 кгс/см2) при температуре деаэрации 40 о С не требуется предварительный подогрев подаваемой в деаэратор химически очищенной воды, конструкция ДСВ обеспечивает подогрев деаэрируемой воды в самом аппарате на 15-25 о С.

При использовании для деаэрации подпиточной воды в небольших вакуумных деаэраторах, работающих под вакуумом – давление ~0,03 МПа (0,3 кгс/см2), создаваемый водоструйными эжекторами или водокольцевыми насосами, процесс деаэрации протекает при температуре 70оС. При этом подаваемую в деаэраторы химически очищенную воду нужно предварительно подогревать только до 50оС.

В паровых промышленно-отопительных котельных при закрытых системах теплоснабжения, где расход подпиточной воды определяется только утечками теплосети, подпитку теплосети разрешается производить водой из деаэраторов питательной воды. Технические характеристики деаэраторов приведены в таблицах 10.1 и 10.2 (см. приложение).

3. Охладители выпара деаэраторов

Удаление из деаэраторной колонки выделившихся кислорода и углекислоты производится через вестовую трубу в крышке деаэраторной колонки. Вместе с кислородом и углекислотой из колонки выходит некоторое количество пара и уносит с собой тепло, которое при сбросе выпара в атмосферу теряется. В целях использования тепла выпара деаэраторы снабжаются специальными поверхностными теплообменниками-охладителями выпара, в которых производится конденсация выпара химочищенной водой, подаваемой в деаэратор.

4. Питательные насосы

Питательные устройства являются ответственными элементами котельной установки, обеспечивающими безопасность ее эксплуатации. Правила Госгортехнадзора предъявляют ряд требований к питательным установкам.

Питательные устройства должны обеспечивать необходимый расход питательной воды, при давлении, соответствующем полному открытию рабочих предохранительных клапанов, установленных на паровом котле. Суммарная производительность основных насосов должна быть не менее 110% для всех рабочих котлов при их номинальной паропроизводительности с учетом расходов на непрерывную продувку, на пароохладители, редукционно-охладительные и охладительные установки. Суммарная производительность питательных резервных насосов должна обеспечивать 50% нормальной производительности всех работающих котлов с учетом продувки, расхода воды на редукционно-охладительные и охладительные установки. При выборе насоса надо стремиться к тому, чтобы в рабочих условиях загрузка насоса была близкой к номинальной. При установке нескольких центробежных насосов для параллельной работы нужно устанавливать насосы с одинаковой характеристикой. Загрузка насосов с разными характеристиками в процессе регулирования производительности изменяется неравномерно, и насосы могут не обеспечить нужную подачу воды в режимах, отличных от номинального (на которую они выбраны), либо будут работать неэкономично.

Расчетный напор питательного насоса Рнас, Па, определяется из следующего выражения:

Рнас = Рк (1 +  Р) + Рэк + Рп.в.д +
,

где Рк – избыточное давление в барабане котла;

р – запас давления на открытие предохранительных клапанов, принимаемый равным 5%;

Рк – сопротивление водяного экономайзера котла;

Рп.в.д – сопротивление регенеративных подогревателей высокого давления;

Рнаг тр – сопротивление питательных трубопроводов от насоса до котла с учетом сопротивления автоматических регуляторов питания котлов;

Рвсос тр – сопротивление всасывающих трубопроводов;

Рс.в – давление, создаваемое столбом воды, равным по высоте расстоянию между осью барабана котла и осью деаэратора;

Рдр – давление в деаэраторе.

При подсчете сопротивлений плотность воды принимается по средней температуре ее в нагнетательном тракте, включая водяной экономайзер.

Определенное расчетом давление в нагнетательном патрубке питательных насосов должно быть увеличено на 5-10% для запаса на непредвиденное увеличение сопротивления питательного тракта. На напорном патрубке питательного центробежного насоса обязательно устанавливается обратный клапан.

Работа питательных насосов с производительностью ниже 10-15% номинального расхода не разрешается, так как это приводит к «запариванию» насосов. Для защиты от снижения расхода питательной воды сверх допустимого насосы снабжаются специальными сбросными клапанами и линиями рециркуляции, соединяющими их с деаэраторами, куда производится сброс воды. Рециркуляционные линии включаются при запуске и остановке насосов. Запорные клапаны на этих линиях имеют ручное управление. Обратные клапаны, устанавливаемые за насосами, имеют патрубки для подключения рециркуляционных линий.

Номенклатура питательных насосов для котлов, используемых в котельных, приведена в таблице 10.5. Как питательные центробежные насосы, так и паровые должны устанавливаться на отметке 0,0 под деаэраторами или при небольшом удалении от них, чтобы сопротивление всасывающих трубопроводов было по возможности малым, согласно нормам технологического проектирования – не более 10000 Па (1000 мм вод. ст.).

Деаэратор - техническое устройство, реализующее процесс деаэрации некоторой жидкости (обычно воды), то есть её очистки от присутствующих в ней нежелательных газовых примесей (кислород и двуокись углерода). Будучи растворенными в воде, эти газы вызывают коррозию питательных трубопроводов и поверхностей нагрева котла, вследствие чего оборудование выходит из строя. На паротурбинных станциях применяют термическую деаэрацию воды.

Принцип действия термических деаэраторов основан на том, что абсолютное давление над жидкостью - это сумма парциальных давлений газов и пара.

Если увеличить парциальное давление пара так, что при одновременном удалении выпара (это смесь выделившихся из воды газов и небольшого количества пара, подлежащая эвакуации из деаэратора), то как следствие получим суммарное парциальное давление газов . Тогда по закону Генри (равновесная массовая концентрация газов в растворе пропорционально парциальному давлению в газовой среде над раствором) т.е растворенные газы отсутствуют. Увеличения парциального давления пара в свою очередь можно добиться увеличением температуры воды до температуры насыщения при данном давлении при .

Классификация термических деаэраторов.

По назначению: деаэраторы питательной воды паровых котлов; добавочной воды и обратного конденсата внешних потребителей; подпиточной воды тепловой сети.

По давлению греющего пара: повышенного давления (0,6-0,8 МПа)(Д ); атмосферные (0,12 МПа)(ДА ); вакуумные (7,5-50 кПа)(ДВ ).

По способу обогрева деаэрированой воды: смесительного типа (со смешением греющего пара с обогреваемой водой); деаэраторы перегретой воды с внешним предварительным подогревом воды отборным паром.

По конструкции (по принципу образования межфазной поверхности): с поврхностью контакта образующейся в турбулентном режиме (стройно-барбатажный, пленочного типа с неупорядоченной насадкой, струйый тарельчатого типа); с фиксированной поверхностью контакта фаз (пленочного типа с упорядоченной насадкой).

Принципиальная схема деаэрационной установки.

Рис. Атмосферный деаэратор смешивающего типа: 1 - бак (аккумулятор), 2 - выпуск питательной воды из бака, 3 - водоуказательное стекло, 4 - манометр, 5, 6 и 12 - тарелки, 7 - спуск воды в дренажный бак, 8 - автоматический регулятор подачи Химически очищенной воды, 9 - охладитель пара, 10 - выпуск пара в атмосферу, 11 и 15 - трубы, 13 - деаэраторная колонка, 14 - парораспределитель, 16 - впуск воды в гидравлический затвор, 17 - гидравлический затвор, 18 - выпуск лишней воды из гидравлического затвора

Деаэратор состоит из бака 1 и колонки 13, внутри которой установлен ряд распределительных тарелок 5, 6 и 12. Питательная вода (конденсат) от насосов поступает в верхнюю часть деаэратора на распределительную тарелку 12; по другому трубопроводу через регулятор 8 на тарелку 12 подводится в качестве добавки химически очищенная вода; с тарелки питательная вода отдельными и равномерными струйками распределяется по всей окружности деаэраторной колонки и стекает вниз последовательно через ряд расположенных одна под другой промежуточных тарелок 5 и 6 с мелкими отверстиями. Пар для подогрева воды вводится в деаэратор по трубе 15 и парораспределитель 14 снизу под водяную завесу, образующуюся при стекании воды с тарелки на тарелку, и, расходясь во все стороны, поднимается вверх, навстречу питательной воде, нагревая ее. При этой температуре воздух выделяется из воды и вместе с остатком несконденсировавшегося пара уходит через вестовую трубу 11, расположенную в верхней части деаэрациопной головки, непосредственно в атмосферу или охладитель пара 9. Освобожденная от кислорода и подогретая вода выливается в сборный бак 1, расположенный под колонкой деаэратора, откуда расходуется для питания котлов. Во избежание значительного повышения давления в деаэраторе на нем устанавливают два гидрозатвора, а также гидравлический затвор 17 на случай образования в нем разрежения. При превышении давления может произойти взрыв деаэратора, а при разрежении атмосферное давление может смять его. Деаэратор снабжают водоуказательным стеклом 3 с тремя кранами - паровым, водяным и продувочным, регулятором уровня воды в баке, регулятором давления и необходимой измерительной аппаратурой. Для надежной работы питательных насосов деаэратор устанавливают на высоте не менее 7 м над насосом.

Н.Н. Громов, главный инженер АП «Теплосеть» Красногорского района

В последнее время большое количество паровых котлов (ДКВр, ДЕ, Е и т.д.) переводится в водогрейный режим, при этом деаэраторы котельных остаются без пара. Эффективный метод, разработанный и апробированный в течение 10 лет в АП «Теплосеть» Красногорского района, позволяет без переделок деаэратора дегазировать воду без подвода пара и без недостатков вакуумной деаэрации.

Термическая деаэрация

В воде всегда содержатся растворенные агрессивные газы, прежде всего кислород и углекислота, которые вызывают коррозию оборудования и трубопроводов. Коррозионно-активные газы попадают в исходную воду в результате контакта с атмосферой и других процессов, например, ионном обмене. Основное коррозионное воздействие на металл оказывает кислород. Углекислота ускоряет действие кислорода, а также обладает самостоятельными коррозионными свойствами.

Для защиты от газовой коррозии применяется деаэрация (дегазация) воды. Наибольшее распространение нашла термическая деаэрация. При нагреве воды при постоянном давлении растворенные в ней газы постепенно выделяются. Когда температура повышается до температуры насыщения (кипения), концентрация газов снижается до нуля. Вода освобождается от газов.

Недогрев воды до температуры насыщения, соответствующей данному давлению, увеличивает остаточное содержание в ней газов. Влияние этого параметра весьма существенно. Недогрев воды даже на 1 °С не позволит достичь требований «Правил...» для питательной воды паровых и водогрейных котлов.

Концентрация растворенных в воде газов очень мала (порядка мг/кг), поэтому недостаточно выделять их из воды, а важно еще удалить их из деаэратора. Для этого приходится подавать в деаэратор избыточный пар или выпар, сверх количества, необходимого для нагрева воды до кипения. При общем расходе пара 15-20 кг/т обрабатываемой воды, выпар составляет 2-3 кг/т. Снижение выпара может существенно ухудшить качество деаэрированной воды. Кроме того, бак деаэратора должен иметь значительный объем, обеспечивающий пребывание в нем воды не менее 20 ... 30 минут. Длительное время необходимо не только для удаления газов, но и для разложения карбонатов.

Деаэраторы атмосферного типа с подводом пара

Для деаэрации воды в котельных с паровыми котлами применяются в основном термические двухступенчатые деаэраторы атмосферного типа (ДСА), работающие при давлении 0,12 МПа и температуре 104 °С. Такой деаэратор состоит из деаэрационной головки, имеющей две или более перфорированные тарелки, или другие специальные устройства, благодаря которым исходная вода, разбиваясь на капли и струи, падает в аккумуляторный бак, встречая на своем пути движущийся противотоком пар. В колонке происходит нагрев воды и первая стадия ее деаэрации. Такие деаэраторы требуют установки паровых котлов, которые усложняют тепловую схему водогрейной котельной и схему химводоподготовки.

Вакуумная деаэрация

В котельных с водогрейными котлами, как правило, применяются вакуумные деаэраторы, которые работают при температурах воды от 40 до 90 °С.

Вакуумные деаэраторы имеют множество существенных недостатков: большая металлоемкость, большое количество дополнительного вспомогательного оборудования (вакуумные насосы или эжекторы, баки, насосы), необходимость расположения на значительной высоте для обеспечения работоспособности подпиточных насосов. Главным же недостатком является наличие существенного количества оборудования и трубопроводов, находящихся под разряжением. В результате через уплотнения валов насосов и арматуры, неплотности во фланцевых соединениях и сварных стыках в воду поступает воздух. При этом эффект деаэрации полностью пропадает и даже возможен рост концентрации кислорода в подпиточной воде по сравнению с исходной.

Атмосферная деаэрация без подвода пара

В последнее время большое количество паровых котлов переводится в водогрейный режим. Эффективный способ деаэрации в котельных с такими котлами разработан и прошел длительную проверку в АП «Теплосеть» Красногорского района.

Вода после натрий-катионитной установки подогревается до 106-110 °С и впрыскивается в головку атмосферного деаэратора, где капли воды за счет снижения давления вскипают. При кипении из воды вместе с паром удаляются и коррозионно-агрессивные газы, причем более активно, чем в деаэраторах с подводом пара. Схема реализована на оборудовании, которое эксплуатировалось в паровой котельной с тремя котлами ДКВр 10/13, при переводе в водогрейный режим с параметрами теплоносителя 115/70 °С. При этом деаэратор типа ДСА не требует доработок. Для нагрева подпиточной воды использованы паровые сетевые подогреватели, доработанные для работы на греющей воде с температурой 110-113 °С, а не на паре. На технические решения, примененные в котельных Красногорского района, получен патент РФ.

Данная схема исключает недостатки вакуумной деаэрации и деаэрации с подводом пара. Достоинством новой схемы деаэрации является ее простота и надежность, позволяющая ей устойчиво работать в любой водогрейной котельной.

Кроме того

При переводе в водогрейный режим котлов ДКВр 10/13 с параметрами теплоносителя 115/70 °С по схеме ЦКТИ мы столкнулись с уменьшением теплопроизводительности котлоагрегата (она не уменьшается при графике 150/70). Такое уменьшение было недопустимо по нагрузке на теплосеть, поэтому нами были разработаны и внедрены изменения в схему ЦКТИ. Конструктивно изменения не значительны, но позволили улучшить циркуляцию в задних экранах и увеличить теплопроизводительность котла до требуемой. Схема движения воды в контуре котла запатентована. Котлы эксплуатируются уже 10 лет без нареканий.