Термическая деаэрация воды для ТЭЦ и систем теплоснабжения | C.O.K. archive | 2006
Исследование и совершенствование технологий деаэрации воды для ТЭЦ и систем теплоснабжения является одним из основных направлений деятельности научно-исследовательской лаборатории «Теплоэнергетические системы и установки» (НИЛ ТЭСУ) Ульяновского государственного технического университета [1–4]. Кратко рассмотрим основные результаты этих работ. О новых конструкциях деаэраторов В установках для подготовки подпиточной воды систем теплоснабжения наиболее распространены и относительно освоены струйно-барботажные вакуумные деаэраторы горизонтального и вертикального типов, разработанные НПО ЦКТИ и серийно выпускаемые Саратовским заводом энергетического машиностроения (СЗЭМ). Наряду с этими аппаратами, на ТЭЦ и в котельных имеются десятки разнообразных конструкций вакуумных деаэраторов, изготовленных по проектам различных организаций местными ремонтными и монтажными службами. В последние годы широко рекламируются как последнее чудо техники струйные аппараты «Кварк» и «АВАКС», не прошедшие сколько-нибудь серьезной экспериментальной проверки. Более того, даже из рекламных материалов видно, что эти деаэраторы по многим характеристикам уступают серийным аппаратам традиционных конструкций, прошедшим длительный эволюционный отбор. Появившиеся в последнее время публикации и отзывы специалистов-практиков показывают, что эти аппараты ненадежны и имеют крайне низкую массообменную и энергетическую эффективность. Анализ массообменной и энергетической эффективности вакуумных деаэраторов показал, что из применяемых в настоящее время конструкций лучшие показатели имеют серийные аппараты горизонтального типа ЦКТИ-СЗЭМ [2]. Многолетняя эксплуатация горизонтальных вакуумных деаэраторов ЦКТИ-СЗЭМ позволила накопить значительный опыт совершенствования технологий водоподготовки и схем теплофикационных установок с их применением. На ТЭЦ и котельных с высоким уровнем культуры эксплуатации эти аппараты работают экономично и обеспечивают нормативное качество деаэрации [1, 5]. В то же время на многих ТЭЦ и котельных в случае проектных недоработок и недостаточной подготовки инженерно-технического персонала эксплуатация вакуумных деаэраторов вызывает большие трудности.
Не разобравшись в большом числе факторов, от которых зависит качество вакуумной деаэрации, специалисты этих предприятий, а также ряда исследовательских и наладочных организаций, как правило, пытаются решить проблемы противокоррозионной обработки изменением конструкции вакуумных деаэраторов. Весьма показателен в этом отношении пример Набережночелнинской ТЭЦ, которая стала своеобразным полигоном для испытания неудачных конструкций вакуумных деаэраторов. На этой станции семь вакуумных деаэраторов ДВ-800 из восьми установленных подверглись дорогостоящей реконструкции по проектам УралВТИ и других организаций. Однако все восемь деаэраторов работали крайне неудовлетворительно, потому что не были созданы условия их эффективной эксплуатации: отсутствовали рациональные схемы подогрева теплоносителей водоподготовительной установки, не выдерживался температурный режим вакуумной деаэрации, не обеспечивались плотность вакуумных систем и работа газоотводящих аппаратов, не выдерживалось качество обработки воды до вакуумных деаэраторов.
При осмотрах выявлены многочисленные повреждения внутренних элементов, показавшие, что надежность реконструированных аппаратов значительно ниже, чем серийных вакуумных деаэраторов. Более того, большинство новых конструкций обладают крайне низкой ремонтопригодностью. Наш опыт показывает, что эффективность работы вакуумных деаэраторов зависит не столько от их конструкции, сколько от условий эксплуатации. Организация эффективной работы вакуумных деаэраторов возможна лишь при высоком качестве проектирования теплофикационных установок и достаточной квалификации наладочного и эксплуатационного персонала. Тепловые схемы ТЭЦ и котельных должны обеспечивать стабильное поддержание технологически необходимых режимов вакуумной деаэрации, которые определяются типом применяемых деаэраторов, качеством исходной воды и методами ее додеаэрационной обработки. При эксплуатации вакуумных деаэрационных установок должен осуществляться комплекс эффективных мер по поддержанию герметичности их вакуумной системы, обеспечению отвода выпара из деаэраторов, режима работы сливных трубопроводов и баков-аккумуляторов, регулированию процесса деаэрации [1, 2, 5].
Оценка возможности работы термических деаэраторов с предельно низким остаточным содержанием растворенного кислорода Государственным стандартом [6] регламентированы максимальные концентрации остаточного содержания растворенного кислорода за деаэраторами повышенного давления (10 мкг/дм3), атмосферными (30 мкг/дм3) и вакуумными (50 мкг/дм3) деаэраторами. Однако нередко на практике эти величины рассматриваются не как предельно допустимые, а как предельно достижимые для перечисленных типов деаэраторов. При испытании деаэраторов, в т.ч. аппаратов новых конструкций, как правило, оценивается лишь соответствие аппарата требованиям стандарта, поэтому в литературе отсутствуют сведения о предельно достижимой глубине десорбции растворенного кислорода из воды при термической деаэрации. В проведенном авторами экспериментальном исследовании струйно-барботажного атмосферного деаэратора ДА-25 [3] в качестве одной из основных была поставлена задача достижения минимального остаточного содержания растворенного кислорода, а также определения режимов деаэрации, в которых оно обеспечивается.
В табл. 1 приведена выборка опытов, характеризующих работу деаэратора. Данные табл. 1 получены при нагрузке деаэратора 60–70% номинальной и начальном содержании растворенного кислорода в химически очищенной воде 12–13 мг/дм3. Измерения остаточного и начального содержания кислорода в воде проводились портативными анализаторами МАРК-301Т, а также дублировались химическими методами для примерной оценки интервалов концентраций кислорода, которые измеряются кислородомерами. Из табл. 1 видно, что деаэратор в достаточно большом диапазоне рабочих режимов работает с весьма низкой остаточной концентрацией кислорода 3–5 мкг/дм3. Полученные результаты подтвердили высказанные нами ранее доводы о целесообразности отказа от гидразинной обработки питательной воды котлов ТЭЦ в связи с возможностью надежного обеспечения остаточного содержания кислорода менее 10 мкг/дм3 в деаэраторах современных конструкций [7]. Эта рекомендация учтена при формулировке условий применения гидразина в 16-м издании ПТЭ электрических станций и сетей [8].
Отметим, что глубокое удаление растворенного кислорода достигается и при рациональной организации работы вакуумных деаэраторов [1]. Оценка возможности работы термических деаэраторов с минимальным удельным расходом выпара Стандарт [6] устанавливает величины удельных расходов выпара для вакуумных деаэраторов, деаэраторов атмосферного и повышенного давления соответственно в 5,0; 2,0 и 1,5 кг на тонну деаэрированной воды. Эти нормативы, установленные много десятилетий назад по практике эксплуатации далеко не самых совершенных конструкций деаэраторов, не имеют достаточного экспериментального и какого-либо теоретического обоснования. О величине потерь с выпаром говорит такой факт: для соблюдения стандарта в режимах работы деаэраторов с минимальными нагрузками с выпаром необходимо удалять из деаэратора до 35–40% греющего пара. Реальный расход выпара на электростанциях, как правило, значительно больше. В работах [2, 4] показано, что теоретически необходимый удельный расход выпара термических деаэраторов, соответствующий минимальным энергетическим затратам на деаэрацию, в десятки раз меньше регламентированных стандартом [6] значений.
Результаты эксперимента (табл. 1) показывают, что в оптимальных температурных режимах высокоэффективная деаэрация с остаточным содержанием кислорода 10 мкг/дм3 и менее обеспечивается при удельном расходе выпара 0,06–0,20 кг/т д.в., т.е. при весьма существенном приближении к теоретически необходимой величине выпара. Анализ результатов исследования позволяет сделать вывод, что для деаэраторов современныхконструкций нормативные удельные расходы выпара даже при достаточно большом коэффициенте запаса должны быть установлены как минимум в два-три раза ниже величин, указанных в стандарте [6]. Разработка энергетически эффективных технологий эксплуатации термических деаэраторов в теплоэнергетических установках Повышение энергетической эффективности термической деаэрации может быть достигнуто за счет совершенствования конструкции деаэратора (отметим, что упомянутый выше деаэратор ДА-25 НПО ЦКТИ имеет одну из наиболее удачных конструкций), за счет выбора оптимальных температурных режимов эксплуатации (прежде всего это относится к вакуумным деаэраторам), за счет снижения расхода выпара, утилизации его теплоты и массы (в вакуумных деаэрационных установках— за счет снижения затрат на транспорт выпара), а также за счет совершенствования схем включения деаэраторов на тепловых электростанциях и в котельных.
Определяющее значение для энергетической эффективности деаэрации воды, особенно на тепловых электростанциях, имеют схемы включения термических деаэраторов. Наш анализ показывает, что наиболее значительные резервы повышения энергетической эффективности можно реализовать при совершенствовании схем дегазации потоков питательной воды котлов и подпиточной воды теплосети. В НИЛ ТЭСУ создана серия высокоэкономичных схем деаэрации этих потоков воды на ТЭЦ и разработана методика оценки энергетической эффективности технологий подготовки воды [1, 3, 9]. Общей особенностью новых схем является использование для подогрева потоков воды на различных стадиях ее подготовки низкопотенциальных теплоносителей. Отметим, что большинство разработанных схем не требует для своей реализации установки дополнительного теплообменного оборудования и больших капитальных затрат. Применение новых схем, например, в крупных установках для подпитки открытых систем теплоснабжения дает годовую экономию до 30 тыс. тонн условного топлива на каждые 1000 т/ч производительности подпиточной установки.
Предложена серия решений по повышению надежности и полноты утилизации теплоты и массы выпара деаэраторов [2, 3]. В частности, доказана целесообразность более широкого применения смешивающих охладителей выпара и разработаны способы их установки. Поддержание оптимальных температурных режимов деаэрации, снижение до технологического минимума расхода выпара наиболее эффективно достигаются путем совершенствования технологий управления деаэраторами. Разработка технологий управления процессом термической деаэрации При проектировании и эксплуатации деаэрационных установок в качестве основного регулируемого параметра технологического процесса обычно принимается величина давления (разрежения) в деаэраторе или соответствующей ему температуры деаэрированной воды. Подразумевается, что принятый за оптимальный фиксированный уровень регулируемого параметра обеспечивает требуемое качество деаэрации воды. Поддержание рабочего давления или температуры деаэрированной воды в заданных пределах осуществляется путем изменения регулирующего параметра — расхода греющего агента, подаваемого в деаэратор.
Традиционная технология регулирования термических деаэраторов в значительной степени была обусловлена простотой измерения давления и температуры, принятых в качестве регулируемых параметров. Однако анализ эксплуатации деаэраторов показывает, что при традиционной технологии управления процессом термической деаэрации, с одной стороны, во многих случаях не гарантируется достижение требуемого качества обработки воды, а с другой, — нередко деаэрация проводится с повышенными энергетическими затратами [2]. Появление достаточно надежных и точных приборов для оценки качества деаэрированной воды, прежде всего, кислородомеров, позволило реализовать новый подход к управлению деаэраторами, по которому регулируемыми параметрами служат заданные конечные показатели эффективности деаэрации: остаточные концентрации растворенных кислорода и диоксида углерода [2, 10]. На рис. 1 показана одна из схем [10], в которой реализуется новый подход к управлениютермическими деаэраторами. В соответствии с этой схемой регулирование расхода греющего агента производят по величине заданного остаточного содержания растворенного кислорода в деаэрированной подпиточной воде с помощью регулятора 5, регулирующего органа 6 и датчиков 7.
Это позволяет гарантированно обеспечить заданное качество воды при минимально необходимых и достаточных энергетических затратах на деаэрацию. В рамках нового подхода создана серия технологий управления процессами деаэрации, отмеченных медалью Российской академии наук и золотой медалью Всемирного салона изобретений в Брюсселе. Экспериментальное построение динамических характеристик деаэраторов Для практической реализации новых технологий управления необходимо знание динамических характеристик термических деаэраторов как объектов регулирования. Динамическая характеристика отражает реакцию объекта управления во времени на регулирующее воздействие. Для деаэратора такие характеристики могут быть представлены динамикой изменения во времени регулируемого параметра (остаточной концентрации кислорода) при изменении какого-либо регулирующего параметра (расхода выпара или греющего агента, температуры воды, подаваемой на деаэрацию). Эмпирические зависимости (линии 2), описывающие приведенную на рис.
2 динамическую характеристику (линия 1), аппроксимированы в виде формул [11]: (1) CO2 = 0,0123 t3 – 0,6148 t2 + 7,7523t + + 3,5625. (2) Разработка технологий предoтвращения вторичного насыщения деаэрированной воды газами при ее хранении и транспорте Обследование теплоэнергетических предприятий ряда городов показало, что основной причиной увеличения кислорода в подпиточной воде теплосети является не столько недостаточное качество деаэрации, сколько вторичное насыщение сетевой воды коррозионно-активными газами. В системах теплоснабжения Саратова, Ростова, Ульяновска и других городов до 90% повреждений от внутренней коррозии обусловлено вторичным насыщением подпиточной и сетевой воды кислородом и диоксидом углерода. Аэрация деаэрированной воды происходит в период хранения ее в баках-аккумуляторах, через сальниковые уплотнения подпиточных и сетевых насосов, неплотности подогревателей горячего водоснабжения (ГВС) в закрытых системах теплоснабжения, а также в местных системах отопления и ГВС при их завоздушивании.
В НИЛ ТЭСУ разработаны высокоэффективные решения по защите систем теплоснабжения от вторичного насыщения воды коррозионно-агрессивными газами [12]. Так, разработано устройство для защиты баков-аккумуляторов от аэрации [12]. Сообщение с атмосферой осуществляется через трубу, вваренную в крышу бака-аккумулятора, причем нижний конец трубы размещен ниже уровня трубопровода отвода воды, а верхний конец трубы выступает над крышей бака. При заполнении бака-аккумулятора вода при подъеме сжимает воздух, находящийся над поверхностью воды. Масса воздуха давит на поверхность воды и выжимает некоторое количество воды в трубу. Насыщение воды коррозионноагрессивными газами уменьшается во много раз, так как аэрация происходит только на поверхности воды в пределах зеркала воды трубы, которая значительно меньше общей площади бака-аккумулятора. Практика реализации рассмотренных в статье решений позывает, что они позволяют существенно повысить качество, надежность и экономичность термической деаэрации воды, эффективность защиты от внутренней коррозии оборудования и трубопроводов тепловых электростанций и систем теплоснабжения.
1. Шарапов В.И. Подготовка подпиточной воды систем теплоснабжения с применением вакуумных деаэраторов. М.: «Энергоатомиздат», 1996. 2. Шарапов В.И., Цюра Д.В. Термические деаэраторы. Ульяновск: УлГТУ. 2003. 3. Шарапов В.И., Макарова Е.В. Защита от коррозии тракта питательной воды ТЭЦ. Ульяновск: УлГТУ. 2004. 4. Шарапов В.И., Малинина О.В., Цюра Д.В. О предельной массообменной и энергетической эффективности термических деаэраторов. — «Энергосбережение и водоподготовка», №2/2003. 5. Шарапов В.И. О реконструкции вакуумных деаэраторов. — «Промышленная энергетика», №5/1999. 6. ГОСТ 16860–88. Термические деаэраторы. М.: Изд-во стандартов, 1989. 7. Шарапов В.И., Макарова Е.В. О гидразинной обработке питательной воды ТЭЦ. «Электрические станции», №6/2002. 8. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. 16-е изд. М.: СПО ОРГРЭС, 2003. 9. Шарапов В.И., Пазушкин П.Б., Цюра Д.В., Макарова Е.В. Методика расчета энергетической эффективности технологий подготовки воды на тепловых электростанциях.
— Проблемы энергетики. Известия ВУЗов, №7–8/2002. 10.Патент №2144508(RU). МПК6 С 02 F 1/20. Способ термической деаэрации воды. В.И. Шарапов, Д.В. Цюра.— Бюллетень изобретений, № 2/2000. 11.Шарапов В.И., Феткуллов М.Р., Цюра Д.В. Технологии управления термическими деаэраторами. Ульяновск: УлГТУ, 2004. 12.Шарапов В.И., Ямлеева Э.У. Защита воды в системах теплоснабжения от вторичного насыщения коррозионно-агрессивными газами. Ульяновск.: УлГТУ, 2004. РИСУНКИ:1~1~;2~2~; ТАБЛИЦЫ:1~3~;
Термическая деаэрация воды – Журнал АКВА-ТЕРМ
Опубликовано: 11 июня 2010 г.
785
М. Иванов, к. х. н.
В любой жидкости, находящейся в открытом резервуаре, растворено определенное количество газов. Не является исключением и вода. Состав растворенных в ней газов может быть разным, но в основном это азот, кислород и углекислый газ. В наибольшем количестве – от 15 до 40 мг/л – в воде содержится азот. Однако этот газ инертный, и его присутствие особого вреда не приносит, чего нельзя сказать о кислороде и углекислом газе, которые становятся причиной коррозии, особенно при повышенных температурах.
Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.
Газы попадают в воду различными путями: при прямом контакте с воздухом атмосферы, после проникновения в системы через некоторые материалы, особенно пластик, и в процессе реализации различных стадий водоподготовки – охлаждения в градирнях, фильтрации и др. Поэтому в течение всего времени использования воды в качестве теплоносителя ее нужно постоянно подвергать дегазации. Когда речь идет об удалении из воды газов, входящих в состав воздуха, применяется термин «деаэрация».
Деаэрация воды может осуществляться термическим, химическим, мембранным и другими методами. Наиболее старая и одновременно распространенная в наши технология – термическая деаэрация воды.
Еще в XVIII в. британский физик Вильям Генри доказал, что количество растворенных газов определяется температурой и давлением жидкости. Растворимость газа в воде уменьшается с ростом температуры и понижением внешнего давления.
Однако переусердствовать с нагревом и созданием разряжения также нельзя, поскольку это вызовет интенсивное парообразование, смешивание которого с воздухом сводит на нет все попытки деаэрации воды. Деаэрацию проводят в условиях, когда обеспечивается достаточная скорость процесса, а интенсивное парообразование еще не началось. Это достигается варьированием температуры и давления. Термическая деаэрация может быть осуществлена при повышенной температуре и повышенном, атмосферном и пониженном давлении.
Нагрев деаэрируемой воды до состояния насыщения при деаэрации с повышенным или атмосферным давлением производится с помощью водяного пара, а при осуществлении вакуумной деаэрации обычно используется перегретая вода.
Деаэрация – гетерофазный массообменный процесс, в котором растворенные газы воды переходят в газовую фазу водяного пара. Этот процесс может проходить в тонких слоях воды, но более эффективное его протекание наблюдается в мелкокапельном состоянии. Часто для перевода воды в требуемое состояние используется барботаж водяного пара через тонкий слой обрабатываемой воды.
Технология деаэрации реализуется в аппаратах, основной элемент которых – деаэрационные колонки, где, собственно, и происходит удаление из воды газов. Эти колонки бывают вертикальными и горизонтальными. Наиболее распространенны вертикальные. В них обрабатываемая вода поступает сверху, разбрызгивается с помощью распылительных приспособлений, а водяной пар подается снизу.
В деаэрационных колонках имеются дырчатые переливные тарелки, которые не только увеличивают время контакта деаэрированной воды с паром, но и переводят деаэрируемую воду в капельное состояние. Колонки такой конструкции применяются в аппаратах всех видов. Но при работе под вакуумом или с повышенным давлением к прочности оборудования предъявляются более высокие требования, чем в случае с аппаратами атмосферного типа.
Удаляемые газы переходят в водяной пар и выносятся из аппарата. Отработанный пар (его называют выпаром) удаляется из деаэратора. В некоторых моделях, сконструированных с учетом проблем энергосбережения, производится утилизация тепла выпара.
В аппаратах повышенного давления деаэрация протекает при рабочем давлении выше 1,7 атм. Это позволяет ограничить процесс парообразования при относительно высокой температуре нагрева. Деаэраторы повышенного давления применяются для удаления газов из питательной воды парогенераторов на тепловых и атомных электростанциях, в схемах мощных (до 1200 МВт) энергетических турбоустановок. Такие аппараты обычно состоят из бака, обеспечивающего запас воды для работы питательных насосов, и одной или двух колонок деаэрации. Процесс реализуется за счет отбора части водяного пара от энергетических установок.
Деаэраторы атмосферного давления применяются на тепловых электростанциях и в котельных – для подготовки питательной воды для паровых котлов и подпиточной воды систем теплоснабжения.
Как правило, в комплект такого деаэратора входит колонка, бак для воды, гидрозатвор (предохранительное устройство) и охладитель выпара. Нагрев обрабатываемой воды также производится с помощью пара, отобранного из системы.
Несколько иная картина наблюдается при деаэрации с пониженным давлением. В этом случае нагрев производится подачей горячей воды, которая при разряжении, созданном вакуумными насосами, вскипает, образуя пар. Этот пар контактирует с обрабатываемой водой и производит удаление растворенных газов. В ряде конструкций вакуумных деаэраторов используются деаэрационные колонки, а иногда достичь необходимого для удаления газов парообразования позволяет интенсивная циркуляция деаэрированной воды.
В вакуумных деаэраторах процесс удаления газов из воды осуществляется при давлении, обычно равном 0,2–0,3 атм. Чаще всего такие агрегаты применяются в котельных с водогрейными котлами для систем теплоснабжения и ГВС, во всех случаях при отсутствии пара. Деаэраторы данного типа имеют небольшие габаритные размеры.
Обычно вакуумные деаэраторы состоят из бака и установленной на нем деаэрационной колонки. За счет того, что кипение воды при разряжении достигается при более низкой температуре, чем в обычных условиях, оптимальная температура вакуумной деаэрации составляет 60 °С, а максимальная температура – 90 °С.
Последнее связано с тем, что при повышении температуры одновременно с дегазацией будет происходить и испарение воды. Вероятно, этим и обусловлен основной недостаток вакуумных деаэраторов: остаточная концентрация кислорода в воде, прошедшей в них обработку, выше, чем в альтернативных вариантах.
Работа деаэраторов всех перечисленных видов производится в периодическом режиме. Сначала, например, из системы отопления закачивается в бак деаэратора определенное количество воды для обработки. Затем эту воду подвергают деаэрации путем многократного пропускания через колонку деаэратора. Циркуляция обрабатываемой воды в замкнутой системе деаэратора производится до определенного времени, или тех пор, пока не будет достигнуто требуемое остаточное содержание газов. Обработанную воду возвращают в систему, а оттуда отбирают новую порцию теплоносителя. Если деаэрации подвергается подпиточная вода, то в бак деаэратора закачивают воду после водоподготовки, а затем производят ее дегазацию и направляют в систему.
В связи с особенностями описанного режима работы деаэратора, такое распространенное понятие, как производительность, то есть количество воды, обрабатываемой в единицу времени, приобретает несколько иной смысл. В данном случае под производительностью следует понимать способность оборудования пропускать через деаэрационную колонку в процессе дегазации определенное количество воды в единицу времени.
На российском рынке присутствую термические деаэраторы, выпускаемые главным образом отечественными производителями. Они в основном различаются по величине рабочего давления, производительности и габаритным размерам. Среди крупнейших и старейших отечественных производителей следует отметить НПО ЦКТИ (Санкт-Петербург), предлагающее аппараты для небольших котельных и оборудование для тепловых и атомных электростанций (производительность – от 1,0 до 6 000 м3/ч; объем бака – от 0,75 до 400 м3).
В качестве примера отечественных деаэраторов атмосферного давления можно рассмотреть аппараты ООО «Сибпромэнерго» (Бийск, Алтайский край).
В их состав входит деаэраторный бак – горизонтальный цилиндрический сосуд с эллиптическими днищами, патрубками подключений и арматурой. Он устанавливается на опорах. Сверху на баке монтируется деаэрационная колонка, которая представляет собой цилиндрическую обечайку с эллиптическим днищем, патрубками для подвода и отвода рабочей среды. Для обеспечения безопасной эксплуатации деаэратора в нем предусмотрено предохранительное устройство в виде гидрозатвора, предотвращающего повышение давления выше допустимого и возрастания уровня воды выше заданного. Производительность аппаратов – от 5 до 50 м
Достаточно широкое распространение получили также конструкции деаэраторов, в которых вместо деаэрационной колонки с переливными тарелками используется эжектор или сопло. Один из производителей такого оборудования – НПО «Новые Технологии» (Санкт-Петербург), выпускающее струйные вихревые деаэраторы.
Статья опубликована в журнале «Аква-Терм» # 1(41) 2008
Статьи
Поделиться:
вернуться назад
Котлы для автономного теплоснабжения
Норвегия: лидер «чистой» энергетики
Ионообменные смолы
Новинки рынка на выставке «Мир Климата-2010»
Термическая деаэрация – Babcock Wanson
Запрос цитаты
Стандарт: Расход очищенной воды от 2 до 30 м3/ч
Специально: Индивидуально для ваших требований
Термическая деаэрация – это технология очистки воды, основанная на законе Генри.
Закон Генри гласит, что количество растворенного газа в жидкости пропорционально парциальному давлению газа в газовой фазе. Растворенный кислород и другие растворенные газы могут быть удалены из воды путем повышения температуры воды и давления, что достигается в нашем термическом деаэраторе путем впрыска пара.
Babcock Wanson разрабатывает и производит оборудование для термической деаэрации на заказ, которое идеально дополнит вашу установку. Термическая дегазация путем удаления из воды всех видов растворенных газов снижает потребность в химической обработке и тем самым обеспечивает долговечность оборудования, поддерживает качество пара и снижает эксплуатационные расходы.
Категория: Промышленная очистка воды
- Описание
Термический деаэратор под давлением
Термический деаэратор под давлением, работающий под давлением около 0,3 бар изб., позволяет поднять температуру воды примерно до 105 °C, что позволяет получать воду отличного качества с очень низким содержанием кислорода (ниже 0,01 мг/л) и используется для установок, которые работают при высокой производительности и давлении.
Конструкция Babcock Wanson оптимизирует удаление растворенных газов. Деаэрационная колонна установлена над резервуаром для хранения. Пар впрыскивается в емкость для хранения, поддерживая давление и температуру воды, и поднимается вверх через деаэрационную колонну, где большая площадь поверхности обеспечивает необходимый контакт между поступающей водой и паром для вытеснения растворенных газов из воды. Образующиеся газы вместе с небольшим количеством пара-носителя выпускаются из верхней части колонны. Полученная питательная вода имеет очень высокое качество и подходит для большинства применений.
Это изделие изготавливается на заказ в соответствии с вашими технологическими требованиями. Свяжитесь с нами для получения более подробной информации.
Атмосферный деаэратор
Эта альтернативная конструкция, обеспечивающая производительность, близкую к тепловому деаэратору (0,1 мг/л), но без технических требований, предъявляемых к сосуду под давлением, хорошо подходит для котлов средней производительности и среднего давления и представляет собой очень экономичную альтернативу.
просто использовать химическую обработку для удаления кислорода.
Условия эксплуатации аналогичны тепловому деаэратору, но деаэрационная колонна и ее арматура заменены более простым куполом, установленным в верхней части бака питательной воды со специально сконструированной погружной трубой внутри бака.
Применение термической деаэрации в промышленности
Качество воды является важным фактором, обеспечивающим долговечность технологического оборудования, особенно паровых котлов. Без обработки вода будет содержать растворенный кислород и углекислый газ, которые являются активными коррозионными агентами, способными повредить углеродистую сталь. Поэтому важно ограничить количество этих компонентов, чтобы избежать деградации.
Оборудование для термической дегазации от Babcock Wanson удаляет растворенный кислород и другие газы из воды и, таким образом, помогает устранить риск коррозии. Babcock Wanson предлагает экспертные знания в области очистки котловой воды и предоставляет свои знания для точного расчета ROI (возврата инвестиций).
Простая установка
Система термической дегазации может быть установлена на месте или поставлена в виде интегрированного устройства, смонтированного на салазках, что обеспечивает простую и быструю установку.
Экологичность
Термическая дегазация является физической альтернативой простой химической обработке для удаления растворенных газов. Это может значительно снизить потребность в химикатах в процессе и помогает снизить требования к обращению с химикатами на объекте и потребности в утилизации отходов.
Надежность и безопасность
- Термическая дегазация помогает снизить общие эксплуатационные расходы и любое воздействие на окружающую среду при химической обработке питательной воды.
- Очень низкое содержание кислорода: менее 0,05 мг/л или 0,01 мг/л в зависимости от используемой технологии. Термическая деаэрация
- снижает риск кислородной коррозии и в то же время минимизирует эксплуатационные расходы.
- Поддержание максимально возможной температуры питательной воды повышает производительность котельной за счет снижения энергопотребления котла.
ТЕРМИЧЕСКАЯ ДЕЭАРАЦИЯ по сравнению с ХИМИЧЕСКОЙ
Необходимость удаления кислорода и двуокиси углерода из питательной воды для котлов, используемой в котлах, направлена на предотвращение коррозионного повреждения водной стороны этого оборудования. Присутствие кислорода, растворенного в воде, вызывает локальные коррозионные повреждения, также известные как точечная коррозия. В случае диоксида углерода его растворение в воде приведет к снижению уровня pH и образованию агрессивной углекислоты
A. Термическая деаэрация
Деаэрация основана на следующих двух научных принципах:
а) Первый принцип можно описать законом Генри, который гласит, что растворимость газа в растворе уменьшается, когда парциальное давление раствора уменьшается.
б) Вторым научным принципом, регулирующим деаэрацию, является взаимосвязь между температурой и растворимостью. Проще говоря, растворимость газа в растворе уменьшается по мере того, как температура раствора увеличивается и достигает температуры насыщения.
В термическом деаэраторе используются оба принципа для удаления O2, CO2 и других неконденсируемых газов из питательной воды котла.
Питательная вода нагревается до точки насыщения за счет впрыска пара и увеличения поверхности жидкости для облегчения выхода растворенных газов и их последующего удаления через вентиляцию.
Применение этих принципов позволяет снизить уровень растворенного O2 ниже 0,05 см3/л или 5 частей на миллиард.
В основном существует два типа тепловых деаэраторов, использующих эти принципы: тарельчатые, распылительные и колонные с насадкой.
а) Деаэратор тарельчатого типа
Данный тип деаэратора устраняет газы, растворенные в воде, когда она падает через разные уровни тарелок для увеличения ее поверхности, при этом она нагревается до точки насыщения паром, подаваемым противотоком. См. рис. 1. Затем деаэрированная вода попадает в резервуар для хранения, где восходящий поток пара предотвращает ее повторное загрязнение.
Этот тип деаэратора позволяет снизить содержание О2 в питательной воде котла до 7 частей на миллиард.
Они могут быть довольно большими не только по емкости, но и по физическим размерам. Этот тип деаэратора обычно поддерживает большие промышленные водотрубные котлы и похож на колонный тип тем, что он имеет отдельную колонну или резервуар, в котором происходит деаэрация. Однако, в отличие от колонны, которая имеет кольца из нержавеющей стали для уменьшения поверхностного натяжения и обеспечения контакта для (нагревающего) пара, тарелка имеет сепараторы из нержавеющей стали, которые служат той же цели.
Рисунок 1. Тарельчатый термодеаэратор.
b) Деаэратор распылительного типа
Общая философия работы деаэратора распылительного типа такая же, как у тарельчатого деаэратора, но принцип работы немного отличается. Подпружиненные форсунки, расположенные в верхней части колонны, распыляют воду в насыщенной паром атмосфере, чтобы обеспечить ее нагрев до точки насыщения, при которой растворимость O2 и CO2 минимальна.
См. рис. 2. Эти газы удаляются из деаэратора через вентиляционное отверстие, расположенное в верхней части устройства. Этот тип деаэратора снижает содержание О2 в питательной воде котла до 20 – 50 частей на миллиард
Нормальная производительность составляет от 7 000 до 280 000 фунтов пара в час. Этот тип требует гораздо меньше места над головой по сравнению с другими. Его узел состоит из нескольких движущихся частей, которые могут потребовать большего механического обслуживания в полевых условиях в течение срока службы оборудования, что влияет на текущие эксплуатационные расходы и надежность.
Рисунок 2. Распылитель термического деаэраторного типа
c) Деаэратор колонного типа с насадкой
Типичная производительность этого типа составляет от 1 500 до 135 000 фунтов пара в час. В отличие от распылительного деаэратора, деаэратор с насадочной колонной (рис. 3) имеет два отдельных сосуда: один для деаэрации (колонна) и один для хранения деаэрированной питательной воды (резервуар для хранения).
Подобно типу Spray, он также укомплектован штативом, насосами и элементами управления.
В насадочной колонне вода распыляется в атмосферу пара под давлением (деаэрация первой ступени) для предварительного нагрева и частичной деаэрации поступающей воды. Затем вода стекает вниз через вертикальную колонну из нержавеющей стали, заполненную набивочным материалом из нержавеющей стали, в то время как противоточный поток пара вымывает из воды оставшиеся следы кислорода. Пар действует как газ-носитель, вытесняя удаленный кислород из вентиляционного отверстия. Затем деаэрированная вода попадает в горизонтальную секцию хранения и готова к использованию в котле при температуре насыщения и уровне кислорода 0,005 см3/л.
для рассмотрения:
· Вода на входе распыляется в атмосферу пара через регулируемое отверстие и подпружиненное распылительное сопло.
· нагрев воды выделяет растворенные газы, и нагретая вода стекает на распределительную тарелку, которая равномерно распределяет воду по всей площади поперечного сечения набивки градирни.
· По мере того, как вода течет вниз через распределительную пластину, она попадает в зону паровой камеры, где она дополнительно нагревается восходящим потоком пара и высвобождается большее количество растворенных газов.
· Оставшиеся растворенные газы удаляются, когда вода стекает из паровой камеры вниз, а затем вниз через насадочную башню.
· Грузоупорная колонна имеет большую площадь поверхности воды; в то время как восходящий поток пара завершает процесс деаэрации. Вода, выходящая из нижней части насадочной колонны, проходит окончательную очистку от пара.
· Пар, поступающий в деаэратор снизу насадочной колонны, подается через парораспределитель с фиксированным отверстием. Этот парораспределитель направляет высокоскоростной пар через стекающую вниз воду, выходящую из нижней части насадочной колонны.
Рисунок 3. Деаэратор с насадочной колонной
Каждый из этих деаэраторов удаляет кислород до (7 частей на миллиард), поэтому выбор следует делать на основе свободного пространства, пределов нагрузки на пол, производительности и системных требований, а также бюджета.
Деаэрация рекомендуется для достижения высокоэффективной и долговечной котельной системы.
Рисунок 4. Тарелка и насадка Деаэратор
Общие положения
Емкость резервуаров питательной воды, как правило, рассчитана на автономную работу в течение 10 минут при работе котла на полной нагрузке. Для обеспечения оптимальной деаэрации воды рекомендуется поддерживать температуру в пруду-накопителе на 3 °С ниже температуры насыщения. Время удержания воды внутри деаэраторной башни обычно не превышает 10 секунд. Вентиляционный клапан, через который удаляются водяные отходящие газы, необходимо держать открытым, обеспечивая шлейф пара около 50 см.
Затем деаэратор позволит:
• Уменьшить уровни O2 и CO2, растворенных в воде котлов
• Повысить температуру подачи воды, что позволит уменьшить тепловой удар и увеличить эффективное производство пара.
• Используйте пар низкого давления и пар мгновенного испарения для нагрева.
• Получение конденсата высокого и низкого давления
• Снижение расхода поглотителей кислорода
Б . Химическая деаэрация
Поглотители кислорода встраиваются в систему питательной воды котла в бассейне конденсата или в баке-накопителе деаэратора (если есть), чтобы обеспечить максимально возможное время реакции.
Наиболее часто используемым секвестрантом кислорода является сульфит натрия, учитывая его низкую стоимость, высокую эффективность, быструю реакцию с O2 и простоту измерения содержания воды.
В случае высокого давления (около 900 фунтов на квадратный дюйм) являются предпочтительными поглотителями O2 на органическом основании, поскольку часть сульфита натрия разлагается, вызывая проблемы в паровых турбинах и системе конденсата.
Для обеспечения удаления O2 из воды проверяется, что вода в котле имеет концентрацию сульфита натрия от 30 до 60 частей на миллион.
Единственным отрицательным эффектом применения сульфитов натрия является увеличение общего содержания растворенных твердых веществ в воде в результате образования сульфатов натрия (при взаимодействии сульфита натрия с О2).