НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ – Главная
О том, как продлить срок службы систем теплоснабжения и сократить расходы на внеплановый ремонт, задумывается практически каждый предприниматель. НПО «НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» знает ответ на этот злободневный вопрос. Вакуумные, атмосферные деаэраторы воды, изготовляемые нами, помогут Вам увеличить срок эксплуатации трубопроводов, систем отопления и горячего водоснабжения.
Предлагая Вам купить деаэратор вакуумный или атмосферный, мы одновременно предлагаем возможность очистить жидкость, применяемую в системе отопления, горячего водоснабжения или питания котлов, от коррозийно-агрессивных веществ, в частности, от углекислого газа и кислорода.
На протяжении 15 лет мы осуществляем производство деаэраторов и своим клиентам предлагаем только лучшее. На текущий день мы занимаем лидирующие позиции в сфере струйных теплообменных технологий. Помимо деаэраторов воды, мы изготавливаем теплообменники, а также разнообразную струйную технику.
История компании
Прошло больше пятнадцати лет с того самого дня, когда НПО «НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» разработало и запатентовало пароводяные струйные аппараты (ПСА) или, иначе говоря, струйные теплообменники, которые были предназначены для нагревания и перекачивания воды с помощью водяного пара.
Чуть позже нами была представлена и запатентована конструкция регулируемого пароводяного струйного аппарата ПСА-Р, которая – впервые – позволяла плавно изменять производительность (мощность) струйного теплообменника в широком диапазоне. Еще немного позднее появился наш ПСА-II, имеющий двойной подвод пара и предназначенный для систем с низкими параметрами по пару.
Именно в этом году Д.В. Васильев, являющийся на текущий день главным конструктором НПО «НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ», разработал и запатентовал компактный деаэратор, уже на то время не уступавший аналогичным изделиям и позднее ставший прототипом деаэратора воды, купить который можно у нас сегодня.
- В дальнейшем конструкция деаэратора была усовершенствована.
В течение последующих нескольких лет мы внесли свыше 300 коррективов, в первую очередь касавшихся центробежных форсунок и геометрии проточной части. Помимо этого, мы создали совершенно уникальную конструкцию двухступенчатого деаэратора.
- В 2008 году были запущены в продажу улучшенные деаэраторы воды.
Непосредственно после этого, в наш адрес поступили десятки благодарственных отзывов, свидетельствующих о том, что качество деаэрации, осуществленной с помощью наших деаэраторов, превзошло качество деаэрации после применения сложных и дорогостоящих крупногабаритных деаэрационных систем!
Нововведения и усовершенствования
Усовершенствование в течение последних лет коснулось не только деаэраторов воды, но и сильфонных теплообменников ТОС. Это обеспечило их преимущество над кожухотрубными и пластинчатыми теплообменниками. Оснащение таких теплообменников нержавеющими трубками специального профиля привело к увеличению коэффициента теплопередачи в 3 – 3,5 раза, возникновению эффекта самоочистки и уменьшению образования накипи минимум в два раза.
- Также нами был разработан уникальный метод крепления трубок в трубном пучке, позволяющий осуществлять смену трубки прямо на месте и в течение 15 минут!
Перечисленные нововведения привели к тому, что сейчас теплообменники ТОС – это эффективная и выгодная альтернатива таким зарекомендовавшим себя устройствами, как пластинчатые теплообменники и подогреватели сетевой воды ПСВ.
Расширение ассортимента
Производство компактных вакуумных и атмосферных деаэраторов и теплообменников – далеко не единственное направление нашей деятельности. Помимо этого, в течение последних нескольких лет мы освоили и наладили изготовление эжекторов. При необходимости мы готовы разработать и изготовить тот или иной вид оборудования по индивидуальным параметрам.
Расширение сферы деятельности
Сфера деятельности НПО «Новые Технологии» не ограничивается производством деаэраторов, теплообменного и специального технологического оборудования. Также мы осуществляем полный спектр работ, связанных с проектированием, возведением и реконструкцией теплоэнергетических комплексов, начиная с обследования объектов и заканчивая их введением в эксплуатацию и подготовкой сотрудников.
Естественно, чтобы выполнять все вышеназванное настолько же качественно, насколько мы осуществляем производство деаэраторов, нам необходимы соответствующие допуски и лицензии, а также должная квалификация. Однако всем этим мы на сегодняшний день обладаем, а потому в состоянии на высоком уровне удовлетворить потребности заказчиков.
Сорокин Сергей Анатольевич
Генеральный директор НПО «НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»
newt.spb.ru
щелевые, химические, вихревые, ультразвуковые, струйные
С помощью деаэратора удаляются из воды такие газы как кислород, углекислый газ, аммиак и другие опасные и агрессивные для отопительной системы субстанции. Это необходимо, в первую очередь, для нормального функционирования отопительных и водогреющих систем электростанций, теплоэлектростанций и котельных.
Содержание
Принцип работы. Виды
Газ в жидкости присутствует в нескольких видах – в молекулярном, микроскопических пузырьках и в соединениях. Вследствие нагрева они разрушаются и образовывается пар, который уходит в парообменник или в атмосферу.
Принцип работы деаэратора заключается в следующем: вода поступает с верхнего клапана и опускается вниз. А снизу подается поток горячего пара, который разогревает воду и позволяет различным газам переходить из воды в пар и улетучиваться в атмосферу или в охладитель.
Жидкотопливные котлы – это вид отопительных устройств, характеризующийся высокой эффективностью и производительностью.
О правильной эксплуатации водогрейных котлов читайте здесь.
Деаэраторы также предназначены для защиты металлических частей трубопроводов от коррозии; насосов от кавитации; различных систем от попадания воздушных капелек, которые нарушают гидравлику форсунок и механизмов. Они делятся на такие типы:
- вихревые;
- барботажные;
- щелевые;
- термические;
- струйные;
- химические;
- центробежно вихревые.
Системы с высоким КПД
Деаэраторы термические – основной вид применяемых для очистки устройств. Они предназначены для удаления из воды газов в паровых установках систем газоснабжения и теплоснабжения электростанций и котельных всех видов.
Устройство используется также в качестве накопителя обработанной воды. Конструкция – бак для воды, несколько колонок для деаэрации. Для очищения воды и жидкостей используется пар или хорошо нагретая вода.
Термические системы бывают трех типов – вакуумные, атмосферные и повышенного давления. Такие механизмы работают по принципу диффузионной десорбции, то есть при нагревании воды до кипения вместе с паром улетучиваются вредные газы.
Деаэратор барботажный – очистка воды в нем происходит благодаря пленочному и струйному стеканию жидкости по тарелкам и обработки жидкости путем барботирования. Бывают двух видов: вакуумные и атмосферные. В атмосферных вода нагревается свыше 100 градусов, а в вакуумном достаточно 50-80 градусов.
Водогрейные котлы-утилизаторы предназначены для приготовления горячей воды промышленного и хозяйственного назначения с максимальной расчетной температурой до 115°С.
О том, какие бывают электрические водогрейные котлы читайте здесь.
Водогрейные котлы-утилизаторы предназначены для приготовления горячей воды промышленного и хозяйственного назначения с максимальной расчетной температурой до 115°С.Недостатки таких механизмов – сложное внутреннее устройство и, как следствие, сложность регулировки механизма, при небольших перегрузках резко снижается эффективность очистки воды, высокая подверженность коррозии, низкая защита от гидравлических ударов и нерациональность, из-за больших размеров требуется много времени для изменения режима работы. В данный момент такие деаэраторы неактуальны, на смену им пришли центробежно-вихревые.
Щелевые и струйные деаэраторы
В конструкции данных устройств использованы самые современные достижения научно-технического прогресса. Они предназначаются для извлечения и удаления из воды коррозийных и агрессивных газов, таких как кислород (О2) и диоксид углерода (СО2). Бывают двух типов: атмосферный и вакуумный.
В атмосферном типе устройства вода нагревается до температуры 103 – 105 градусов и происходит ее дробление при одновременном увеличении скорости воды. Эта вода, попадая на цилиндрическую поверхность, разделяется на пар и воду. Затем, очищенная вода поступает в подпиточный насос, или в бак, а пар удаляется в атмосферу или в охладитель выпара. Вакуумный деаэратор щелевой работает по такому же принципу, с той разницей, что воду нагревать достаточно до температуры 80 градусов.
Схему водогрейной котельной смотрите тут.
Целью испытаний водогрейных котлов является определение фактических эксплуатационных, теплотехнических и экологических показателей.Деаэратор струйный: вода подается в колонку через камеру смещения на кольцеобразную тарелку. Мелкая решетка этой тарелки позволяет просачиваться жидкости на следующую тарелку, которая имеет такие же отверстия. Каждая система имеет до пяти слоев тарелок, находящихся на расстоянии до 12 сантиметров. Горячий пар подается снизу вверх, и проходя через тарелки, нагревает воду до требуемой температуры. Таким образом, агрессивные газы выходят вместе с паром через штуцер в верхней части устройства.
Процесс работы вихревых устройств
Принцип работы данной системы несколько отличается от других видов. Работа происходит по двухступенчатой системе. Первая ступень – предварительно нагретая вода проходит через узконосые форсунки.
В баке формируется двойной капельный поток. Этот поток переходит в другую ступень, где формируется пенный поток. Такой способ деаэрации воды позволяет увеличить коэффициент массопередачи.
В таких механизмах происходит реакция принудительной десорбции и плотность воздушных пузырьков уменьшается, вследствие чего газы выталкиваются наверх.
Деаэратор центробежно вихревой имеет несколько преимуществ перед другими типами.
Он работают в вакуумном, атмосферном и вакуумно-атмосферном режиме. Для очистки воду достаточно подавать при температуре 30 градусов без дополнительного подогрева. Очень высокая производительность – до 1200 тонн в час. Имеет две ступени очистки воды – деаэрационная колонка центробежно-вихревая и капельная.Химические системы очистки
Деаэратор химический используется для постоянного режима очистки воды и жидкостей от газов и для периодического режима. Схема очистки жидкости: при поступлении воды в систему, встроенный импульсивный водосчетчик подает сигнал насосу с химическим реагентом, который производит его впрыскивание в воду.
Количество и частота реагента зависит от количества поступившей воды и ее характеристик. Недостаток – достаточно высокая стоимость. Достоинства – можно изменить варианты установки, реагент подается по импульсу, не бывает перерасхода реагента, не требует специфического ухода, универсальность и надежность механизма.
Ультразвуковой деаэратор
Ультразвуковой деаэратор работает по принципу дегазации любой жидкости под воздействием ультразвуковых колебаний. Такая система оснащена блоком с ультразвуковым реактором, генератором и контроллером управления.
Перед подачей жидкость нагревают до температуры 80 градусов, далее она дегазуется внутри и газы выходят в атмосферу.
Все выше перечисленные виды и типы деаэраторов служат для одной цели – очистка любой жидкости от вредных примесей, которые выводятся в виде пара.
Это довольно сложные механизмы, которые проектируются и конструируются согласно соответствующим нормам ГОСТа, имеют высокий коэффициент полезного действия и надежны в эксплуатации.kotlotech.ru
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ – Деаэраторы атмосферные и вакуумные (СВД)
Струйные Вихревые Деаэраторы СВД разработанные и выпускаемые ООО «НПО «НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» -универсальные прямоточные термические деаэраторы компактного типа.
Струйные Вихревые Деаэраторы СВД относятся к классу десорберов (ДУ) и служат для удаления из воды растворенных в ней коррозионно-агрессивных газов (кислорода и углекислого газа). Деаэраторы СВД изготавливаются в универсальном исполнении и могут работать как в атмосферном, так и в вакуумном режиме.
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СВД:
Струйные Вихревые Деаэраторы СВД применяются в паровых и водогрейных котельных, в системах отопления, горячего водоснабжения и прочих технологических системах, где требуется удаление кислорода или диоксида углерода из воды, а так же в схемах приготовления питательной воды для паровых котлов.
СВД построены по эффективной двухступенчатой схеме деаэрации, имеют малые массогабаритные характеристики и используют все основные принципы интенсификации массообменных процессов, применяемые в деаэрационной технике.
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В СВД:
- Максимальная площадь контакта фаз в деаэраторе СВД достигается за счет распыления потока деаэрируемой воды при помощи блока узкоконусных центробежных вихревых форсунок на первой ступени деаэратора.
- Максимальная движущая сила процесса достигается за счет значительного снижения парциального давления кислорода при интенсивном выделении выпара после первой ступени деаэратора.
- Максимальный коэффициент массопередачи обеспечивается за счет высокой скорости обновления поверхности фаз в пенном режиме на второй ступени деаэратора.
ПРЕИМУЩЕСТВА СТРУЙНЫХ ВИХРЕВЫХ ДЕАЭРАТОРОВ СВД:
- Сверхмалые габариты и вес (за счет интенсивного массообмена при большой поверхности контакта фаз).
- Низкая цена ( из-за малой металлоемкости).
- Простота и надежность конструкции; простое и недорогое техобслуживание.
- Энергоэффективность в работе (за счет полной утилизации теплоты выпара).
- Устойчивая гидравлика (за счет рециркуляции деаэрированной воды).
- Универсальность в работе (одинаково эффективно работают как в вакуумном режиме, так и в атмосферном).
- Простая автоматизация и управление в работе.
ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СТРУЙНЫХ ВИХРЕВЫХ ДЕАЭРАТОРОВ СВД:
Принцип работы струйного вихревого деаэратора СВД следующий: вода, предварительно нагретая до необходимой температуры, при которой должен происходить процесс деаэрации, подается в рабочую полость первой ступени деаэратора, проходя через устройство эффективного распыла жидкости (узкоконусные центробежные вихревые форсунки). В полости деаэратора формируется двухфазный поток капельной структуры с большой площадью контакта фаз в малом объеме пространства. При этом работа создания поверхности контакта фаз обеспечивается за счет потенциальной энергии давления жидкости перед форсунками (чем больше давление, тем больше площадь контакта фаз). Давление в полости деаэратора поддерживается ниже давления насыщения нагретой воды, поэтому при распылении из воды будет выделяться большое количество выпара. Это приводит к значительному снижению парциального давления кислорода в парогазовой смеси и существенному увеличению движущей силы. Необходимо отметить, что кинетическая энергия образующейся парогазовой смеси на выходе первой ступени деаэратора имеет достаточно большую величину, поэтому она повторно используется для обеспечения массообменного процесса во второй ступени.
Далее двухфазная смесь поступает во вторую ступень деаэратора, где происходит повторное формирование большой площади контакта фаз, но уже не в капельном, а в пенном режиме. При этом работа создания поверхности контакта фаз обеспечивается за счет кинетической энергии движения парогазовой смеси, выделившейся в первой ступени деаэратора. В пенном режиме за счет высокой скорости обновления поверхности существенно возрастает коэффициент массопередачи – в десятки раз больше, чем в струйно-барботажных и в сотни раз больше, чем в пленочных и насадочных деаэраторах.
Поскольку в деаэратор не подается греющий пар, следовательно, на поверхности раздела фаз не происходит процесса конденсации. Происходит только процесс испарения, то есть осуществляется направленное движение молекул пара не к поверхности раздела фаз, а от поверхности раздела фаз. Это не создает дополнительного сопротивления для оттока молекул кислорода из пограничного слоя и тем самым позволяет обеспечить очень высокий коэффициент массопередачи. Поэтому, несмотря на то, что удаление выпара из рабочей полости деаэратора происходит по прямоточной схеме, движущая сила процесса десорбции получается больше, чем при противоточной схеме движения выпара.
Таким образом, одновременное применение всех основных вышеуказанных принципов интенсификации массообменных процессов в СВД, позволяет универсальному прямоточному термическому деаэратору СВД эффективно работать и при этом одинаково успешно осуществлять как процесс вакуумной, так и процесс атмосферной деаэрации.
ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СВД
|
Температура воды на входе СВД, ºС |
70 |
80 |
90 |
95 |
104 |
|
Давление (разрежение) в СВД, кгс/см² |
-0,73 |
-0,52 |
-0,34 |
-0,26 |
0,1 |
|
Давление воды на входе СВД, кгс/см², не менее |
3,0 |
2,5 |
2,0 |
1,5 |
1,1 |
|
Остаточное содержание кислорода мкг/л, не более |
50 |
40 |
30 |
25 |
20 |
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВД
|
ТИПОРАЗМЕР |
Характеристики |
Масса, кг, не более |
||||
|
Производительность, т/ч |
Диаметр входного патрубка, мм |
Диаметр выходного патрубка, мм |
Высота корпуса, мм, не более |
Диаметр корпуса, мм, не более |
||
|
СВД- 01 |
1-2 |
25 |
50 |
350 |
210 |
44 |
|
СВД- 02 |
2-4 |
32 |
65 |
400 |
260 |
68 |
|
СВД- 03 |
4-8 |
40 |
80 |
500 |
320 |
102 |
|
СВД- 04 |
8-15 |
50 |
100 |
600 |
390 |
154 |
|
СВД- 05 |
15-30 |
65 |
125 |
700 |
480 |
230 |
|
СВД- 06 |
25-50 |
80 |
150 |
800 |
630 |
340 |
|
СВД- 07 |
50-100 |
100 |
200 |
900 |
820 |
520 |
|
СВД- 08 |
90-180 |
125 |
250 |
1100 |
1020 |
780 |
|
СВД- 09 |
150-300 |
150 |
300 |
1300 |
1280 |
890 |
|
СВД-10 |
250-500 |
200 |
350 |
1500 |
1600 |
1320 |
При наличии в котельной паровых котлов, мы рекомендуем использовать в деаэрационной системе пароводяной струйный аппарат ПСА для подогрева воды перед подачей на СВД, что будет способствовать ещё более глубокому удалению газов из воды.
По режиму работы все известные деаэраторы разделяются на две основные группы – атмосферные и вакуумные.
Атмосферная деаэрация происходит при температуре более 100ºС. При данной температуре для кипения воды не требуется дополнительных устройств обеспечения вакуума, хотя необходим источника пара для нагрева воды до температуры 102º – 104ºС или более мощный подогреватель. Поэтому при наличии пара система атмосферной деаэрации получается более простой, чем система вакуумной деаэрации. Однако, если источника пара нет, то вакуумная деаэрация остается единственно возможным вариантом.
Вакуумная деаэрация происходит при температурах менее 100ºС. При данной температуре вода кипит под давлением меньше атмосферного, поэтому вакуумные деаэраторы обязательно должны комплектоваться средствами обеспечения вакуума, например вакуумными эжекторами. Причем, чем ниже температура деаэрируемой воды, тем более глубокий вакуум должен создавать эжектор. Обычно вакуумные деаэраторы работают при температуре 75-80ºС, которая является наиболее оптимальной с точки зрения соотношения качества деаэрации и затрат на поддержание вакуума и нагрев воды.
Необходимо отметить, что при работе систем атмосферной или вакуумной деаэрации возможны два варианта построения схем – с рециркуляцией деаэрированной воды и без рециркуляции. При работе деаэратора в широком диапазоне изменения во времени расхода потребляемой деаэрированной воды (от 0 до 100% номинального значения) предпочтительны схемы с рециркуляцией деаэрированной воды через деаэратор. В системах с практически постоянным потреблением деаэрированной воды или с незначительным изменением во времени расхода потребляемой воды (не более 20-30% от номинального значения) можно применять схемы без рециркуляции деаэрированной воды, которые более просты и менее затратные в эксплуатации. Основным требованием, предъявляемым к таким системам деаэрации, является необходимость поддержания требуемой температуры воды на входе деаэратора.
ПРИМЕРЫ СХЕМ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ АТМОСФЕРНОЙ И ВАКУУМНОЙ ДЕАЭРАЦИИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТРУЙНЫХ ВИХРЕВЫХ ДЕАЭРАТОРОВ СВД.
НПО «Новые Технологии» предлагают не просто оборудование, а решение проблемы. В последнее время у ряда производителей наметилась тенденция производить деаэраторы только серийно, а их внедрение по типовым схемам перекладывать на плечи самих заказчиков. Между тем, каждый энергетический объект имеет индивидуальные параметры и характеристики, поэтому типовое решение далеко не всем подходит. Кроме того, подбор деаэратора – технически сложный процесс. Необходимо учитывать большое количество факторов, влияющих на его работу. На какой высоте установить деаэратор и эжектор? Как выбрать оптимальную производительность деаэратора и объем аккумуляторного бака. Как автоматизировать работу установки? Как предотвратить вторичное насыщение кислородом деаэрированной воды в аккумуляторном баке? Ведь если деаэратор увязан с неправильным схемным решением, система работать не будет. Поэтому, на наш взгляд, оборудование должно продаваться не само по себе, а вместе с техническим решением, обеспечивающим его запуск и нормальную работу в схеме заказчика. Иной путь может привести к ситуации, когда оборудование закуплено, смонтировано, но не работает. И производитель оказывается как бы не причем, так как он продал только изделие, а не техническое решение. А изделие не может работать в технологической схеме заказчика по причине неверного технического решения по компоновке оборудования. Заказчик об этом не знал, а производитель не счел нужным предупредить. В результате – оборудование не работает, деньги потрачены впустую. Неработающее оборудование – это пятно на репутации фирмы. Чтобы такого не происходило, НПО «Новые Технологии» индивидуально для каждого объекта подготавливают техническое решение по внедрению деаэратора. На основании заполненного клиентом технического задания, бесплатно составляется технико-экономическое обоснование, которое включает в себя режимную карту, технологическую и монтажную схемы, список арматуры и автоматики, технические и экономические расчеты. Благодаря этому у наших заказчиков появляется гарантия, что впоследствии оборудование будет работать нормально, и они останутся довольны.
newt.spb.ru
Струйный вихревой деаэратор
Изобретение относится к устройствам термической деаэрации воды и может быть использовано в малогабаритных отопительных и блочно-модульных котельных для удаления коррозионно-активных газов из питательной и подпиточной воды. Деаэратор содержит вертикально размещенный корпус с боковым патрубком подвода нагретой воды, завихритель со спиральными каналами, укрепленный соосно в верхней части корпуса, и обтекатель, укрепленный соосно в нижней его части. Спиральные каналы на наружной поверхности завихрителя имеют переменное сечение, сужающееся от входа к выходу. Завихритель выполнен полым с осевым каналом для удаления выпара, вход в который имеет форму раструба и смещен вниз относительно выходных кромок спиральных каналов так, что наружная поверхность раструба вместе с внутренней поверхностью стенки корпуса образуют кольцевую камеру внезапного расширения, сужающуюся в сторону обтекателя. Обтекатель закреплен в корпусе при помощи опоры с отверстиями для выпуска воды так, что между наружной поверхностью обтекателя и внутренней поверхностью корпуса образован кольцевой диффузор. Между нижним краем завихрителя и верхним краем обтекателя образована цилиндрическая камера вращения с профилированной внутренней поверхностью. Технический результат – повышение эффективности сепарации капель жидкости из потока выпара, снижение остаточного содержания кислорода в деаэрированной воде, уменьшение величины брызгоуноса. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к устройствам термической деаэрации воды и может быть использовано в малогабаритных отопительных и блочно-модульных котельных для удаления коррозионно-активных газов из питательной воды для паровых и водогрейных котлов, а также из подпиточной воды для тепловых сетей.
Известен циклонный деаэратор (патент №2102329), который содержит корпус, размещенный вертикально. Патрубок подвода нагретой деаэрируемой воды расположен в его верхней части тангенциально. Воронка с патрубком деаэрированной воды размещена в нижней части корпуса. Труба выпара установлена соосно внутри корпуса. В патрубок подвода нагретой деаэрируемой воды врезан дробящий узел, содержащий дробящую решетку. Известен также циклонный деаэратор (патент № 12407), содержащий вертикально размещенный корпус с патрубками подвода нагретой деаэрируемой воды в верхней его части, трубой выпара, установленной соосно внутри корпуса, и патрубком слива деаэрированной воды в нижней части, отличающийся тем, что дополнительно он снабжен не менее чем одной трубчатой вставкой, при этом трубчатые вставки установлены внутри корпуса соосно с разделением полости корпуса вокруг трубы выпара на кольцевые секции, кроме того, каждый патрубок подвода нагретой деаэрируемой воды выполнен с форкамерой, и форкамера со стороны трубы выпара ограничена верхней частью одной из имеющихся вставок или боковой стенки корпуса, частью, в которую вмонтированы сопловые аппараты с тангенциально ориентированной щелью.
Основным недостатком известных устройств является невозможность реализации с их использованием (при работе в вакуумном режиме) компактных компоновочных решений. При работе под вакуумом данные деаэраторы должны быть расположены на отметке 9-10 м над аккумуляторной емкостью, в которую производится слив воды, чтобы обеспечить свободный слив и исключить возможность всасывания деаэрированной воды эжектором через выпарную трубу. Однако это невозможно в условиях ограниченного конструкционного пространства блочно-модульной котельной.
Вторым недостатком известных устройств является унос деаэрируемой воды через трубу выпара. В деаэраторах (№ 2102329) и (№ 12407) труба выпара размещена вертикально, в связи с чем вода попадает на нее с внешней стороны, свободно стекает вниз и сносится с нижней кромки трубы восходящим потоком выпара. Для уменьшения брызгоуноса приходится снижать скорость движения выпара путем увеличения внутреннего объема устройства, что негативно сказывается на массогабаритных характеристиках деаэратора. Таким образом, данные устройства не позволяют добиться минимальных массогабаритных характеристик при условии отсутствия брызгоуноса, так как данные условия получаются взаимоисключающими.
В качестве наиболее близкого аналога может быть принят центробежный деаэратор (патент №2246446), содержащий цилиндрический корпус, завихритель, укрепленный на входе в деаэратор, трубу выпара, началом которой внутри корпуса является полое тело вращения, наружная поверхность которого вместе с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса образует сопло с сужающейся до минимального сечения и далее расширяющейся частью. Спрямляющие лопатки укреплены продольно на трубе выпара.
Основным недостатком данного устройства является зависимость качества деаэрации от высоты расположения деаэратора над аккумуляторной емкостью. Чем ниже над аккумуляторной емкостью расположен деаэратор, тем выше получается рабочее противодавление. При этом давление в газовой полости деаэратора остается постоянным и равным давлению насыщения при температуре деаэрируемой воды. Чем больше получается разница между давлением в полости деаэратора и противодавлением, тем больше возрастает толщина вращающегося слоя воды внутри деаэратора. Учитывая, что за счет действия центробежных сил давление в ядре вращающегося потока воды (то есть между стенкой деаэратора и поверхностью раздела жидкой и газообразной фаз) всегда больше, чем давление насыщенных паров в газовой полости, то происходит только поверхностное вскипание воды на границе раздела фаз. При вскипании газовая полость заполняется парами воды, в связи с чем снижается парциальное давление кислорода над поверхностью воды пропорционально его мольной доле в парогазовой смеси. Это приводит к нарушению равновесной концентрации кислорода в воде и к диффузии кислорода через свободную поверхность жидкости в газовую среду. То есть происходит десорбция кислорода. При этом эффективно деаэрируется только поверхностный слой потока жидкости. Деаэрация ядра потока жидкости происходит менее эффективно по мере того, как частицы жидкости, составляющие ядро потока, попадают в поверхностный слой вследствие конвективного перемешивания в процессе движения. Однако при увеличении толщины вращающегося слоя воды ухудшаются условия конвективного массопереноса в ядре потока воды и одновременно снижается скорость молекулярной диффузии кислорода через поверхностный пограничный слой. В результате коэффициент массопередачи между фазами жидкость-газ уменьшается, десорбция кислорода ухудшается, остаточное содержание кислорода в ядре потока растет. Кроме того, часть потока жидкости, непосредственно примыкающая к внутренней поверхности стенки корпуса и образующая пристеночный ламинарный пограничный слой, вовсе не перемешивается с турбулентным ядром потока, поэтому концентрация кислорода в данном слое остается равной начальной концентрации. Практически это приводит к тому, что при компактном расположении данного деаэратора на одном уровне с емкостью в диапазоне температур деаэрируемой воды до 75°С добиться снижения содержания кислорода до заявленного значения 50 мкг/л невозможно.
Вторым недостатком данного устройства является неполное исключение брызгоуноса через трубу выпара, обусловленное выбранным расположением входа парогазовой смеси в выпарную трубу в конце камеры вращения (со стороны выхода воды из деаэратора). Поскольку на выходе из спиральных каналов в камеру вращения происходит взрывообразное выделение основного количества выпара, то образуется большое количество мелкодисперсных капель, причем значительная часть капель имеет осевую составляющую скорости, направленную непосредственно в сторону входа в канал для удаления выпара, что и является причиной повышенного брызгоуноса.
Третьим недостатком является периодическое затягивание воды в трубу выпара, обусловленное формой спиральных каналов. Поскольку завихритель данного устройства имеет каналы, образованные спирально навитыми ребрами на цилиндрическом теле вращения, то сечение каждого канала получается постоянным по всей длине. Известно, что при течении воды в протяженном узком канале постоянного сечения на входе в канал происходит местное сужение потока. В соответствии с законом Бернулли сужение потока сопровождается местным увеличением скорости потока и снижением статического давления в потоке. А поскольку для обеспечения вскипания давление на выходе из канала завихрителя (в камере вращения) должно получаться равным давлению насыщенных паров жидкости, то в зоне местного сужения давление в канале снижается ниже давления насыщенных паров. Особенно это проявляется при работе в области температур более 85°С. Это приводит к локальному вскипанию жидкости внутри канала и к возникновению снарядного течения двухфазной среды в канале, что в свою очередь является причиной неравномерного истечения жидкости в камеру вращения и появления механических пульсаций во вращающемся потоке жидкости. Кроме того, за счет действия сил вязкого трения между слоем быстро вращающейся воды и неподвижной внутренней поверхностью корпуса происходит интенсивное торможение потока воды, поэтому ближе к выходу из деаэратора окружная скорость движения воды получается значительно ниже, чем в начале камеры вращения. Известно, что центробежная сила прямо пропорциональна квадрату окружной скорости и обратно пропорциональна радиусу окружности. Снижение окружной скорости приводит к уменьшению радиуса вихря и увеличению толщины вращающегося слоя воды ближе к выходу из деаэратора. Поэтому толщина вращающегося слоя воды со стороны выхода всегда получается больше, чем со стороны входа. При этом внутренняя граница слоя воды подходит слишком близко к краю входа в канал для удаления выпара, который расположен в конце камеры вращения. А поскольку внутренняя граница слоя воды при работе деаэратора претерпевает механические пульсации, вызванные неравномерностью истечения воды через каналы завихрителя, то данное обстоятельство способствует периодическому затягиванию воды в трубу для отвода выпара.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является улучшение условий конвективного массопереноса в ядре потока воды, увеличение коэффициента массопередачи между жидкой и газообразной фазами, повышение эффективности сепарации капель жидкости из потока выпара, устранение механических пульсаций внутренней границы вихря.
Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемой конструкции струйного вихревого деаэратора, является снижение остаточного содержания кислорода в деаэрированной воде, уменьшение величины брызгоуноса, исключение втягивания воды в трубу выпара. Данный технический результат достигается за счет следующих технических решений.
1. Внутренняя поверхность камеры вращения выполнена профилированной при помощи пластин, вваренных в стенку камеры. Это позволяет разрушить пристеночный ламинарный пограничный слой, примыкающий к поверхности, повысить конвективный массоперенос в ядре потока, в связи с чем обновление поверхностного пограничного слоя происходит более интенсивно, следовательно, скорость диффузии кислорода через поверхностный пограничный слой возрастает, остаточное содержание кислорода снижается.
2. Выпар из деаэратора удаляют со стороны входа воды. Для этого завихритель выполнен полым с осевым каналом для удаления выпара. Диаметр осевого канала выбирается таким, чтобы обеспечить скорость движения выпара в самом узком сечении канала 30-50 м/с.
3. На входе в каналы выполнена приемная камера для равномерного распределения потока по каналам. Спиральные каналы на внешней поверхности завихрителя, примыкающей к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, нарезаны так, чтобы обеспечивалось непрерывное сужение сечения канала от входа к выходу.
4. На выходе из спиральных каналов выполнена камера внезапного расширения. Для этого вход в канал выпара выполнен в виде раструба и смещен в глубину камеры вращения относительно выходных кромок спиральных каналов на величину не менее 1 диаметра осевого канала. При этом между внешней поверхностью раструба и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса образуется полость кольцевого сечения, сужающаяся к выходу. Сечение выхода камеры внезапного расширения выбирают таким, чтобы обеспечить скорость движения выпара на выходе камеры 100-150 м/с.
Конструкция струйного вихревого деаэратора раскрыта более подробно на приведенных чертежах, где показаны:
фиг.1 – деаэратор на виде сверху;
фиг.2 – деаэратор на виде сбоку в разрезе по линии А-А по фиг.1;
фиг.3 – камера вращения в разрезе по линии Б-Б по фиг.2.
На фиг.2 видно, что струйный вихревой деаэратор состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с боковым патрубком 2 и фланцем 3 для присоединения трубы, подводящей нагретую воду. В верхней части корпуса соосно установлен завихритель 4. На внешней поверхности завихрителя, примыкающей к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, нарезаны спиральные каналы 5 с непрерывно сужающимся сечением по всей длине каналов. В зоне расположения бокового патрубка между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью завихрителя образована форкамера 6 кольцевого сечения, необходимая для равномерного распределения воды по входам в спиральные каналы. Для отвода выпара завихритель имеет осевой канал 7. Вход в канал выпара выполнен в виде раструба 8, который смещен в глубину камеры вращения относительно выходных кромок спиральных каналов на величину не менее одного диаметра осевого канала. При этом между внешней поверхностью раструба 8 и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 1 образуется камера внезапного расширения 9, имеющая кольцевое сечение и сужающаяся в направлении осевого движения потока. В нижней части корпуса соосно установлен обтекатель 10, имеющий опору, наружная поверхность которого вместе с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса образует кольцевой диффузор 11. Между нижним краем завихрителя 4 и верхним краем обтекателя 10 в корпусе образована цилиндрическая камера вращения 12. Как показано на фиг.3, внутренняя поверхность камеры вращения выполнена профилированной при помощи пластин 13, вваренных в стенку камеры. Опора обтекателя снабжена отверстиями 14 для выпуска воды. Корпус имеет нижний фланец 15 и верхний фланец 16, к которым присоединяются трубы для слива деаэрированной воды и отвода выпара.
Устройство работает следующим образом.
Вода, нагретая до температуры 70-90°С, через патрубок 2 поступает в форкамеру 6 и равномерно распределяется по входам в спиральные каналы 5. Проходя через непрерывно сужающиеся спиральные каналы, вода постепенно разгоняется и закручивается вокруг оси деаэратора. По мере увеличения скорости статическое давление в каналах снижается. В выходном сечении каналов вода приобретает максимальную скорость и минимальное давление. При выходе из каналов вода попадает в камеру внезапного расширения 9, где происходит мгновенное вскипание потока. В этой зоне из ядра потока воды выделяется основное количество выпара, что приводит к существенному снижению парциального давления кислорода в газовой фазе и обеспечивает десорбцию кислорода из потока воды в выпар. Образовавшийся выпар, как более легкая фаза, под действием центробежных сил вытесняется ближе к оси, а вода прижимается к стенке корпуса 1. Однако часть потока жидкости, непосредственно примыкающая к внутренней поверхности стенки корпуса и образующая пристеночный ламинарный пограничный слой, вскипеть не может, так как за счет действия центробежных сил находится под давлением более высоким, чем давление насыщенных паров. Кроме того, жидкость, составляющая пристеночный пограничный слой, движется ламинарно, то есть не перемешивается с ядром потока, следовательно, концентрация кислорода в данном слое остается равной начальной концентрации. В камере вращения 12 за счет профилированной поверхности происходит разрушение пристеночного ламинарного пограничного слоя и обеспечивается интенсивное перемешивание потока. При этом усиливается конвективный массоперенос в ядре потока и возрастает скорость молекулярной диффузии кислорода через поверхностный пограничный слой в поток выпара. Выпар, выделившийся в камере внезапного расширения 9, содержит большое количество воды в мелкодисперсном капельном состоянии. Благодаря сужению, образованному между наружной поверхностью раструба 8 и внутренней поверхностью корпуса 1, на выходе из камеры внезапного расширения 9 происходит разгон газовой фазы в осевом направлении. При этом на входе в камеру вращения 12 осевая скорость движения потока выпара достигает 150 м/с и направлена вдоль поверхности потока вращающейся воды от завихрителя к обтекателю. Ближе к обтекателю поток выпара меняет свое направление и движется в приосевой зоне от обтекателя к завихрителю в направлении входа в трубу выпара. Поскольку плотность жидкой фазы более чем в 1000 раз превышает плотность газовой фазы, то при изменении направления движения потока выпара на противоположное под действием сил инерции происходит сепарация капель жидкости из потока выпара. Поэтому приосевой поток выпара получается осушенным и содержит значительно меньше капель жидкости. Таким образом, в камере вращения формируется газожидкостный вихрь со сложной структурой. Периферийная пристеночная область вихря занята потоком воды, движущимся вдоль стенки по спирали в направлении от завихрителя к обтекателю. Центральная приосевая область занята осушенным потоком выпара, движущимся в осевом направлении от обтекателя 10 к завихрителю 4. Пограничная область между потоком жидкости и осушенным потоком выпара занята двухфазным капельным потоком, движущимся с высокой скоростью вдоль границы раздела фаз от завихрителя 4 к обтекателю 10. Из камеры вращения 12 деаэрированная вода попадает в горловину кольцевого диффузора 11, который обеспечивает плавное расширение потока воды, приводящее к снижению скорости и восстановлению статического давления. Из корпуса деаэратора деаэрированная вода выходит через отверстия в опоре 14 и отводится по трубопроводу, присоединенному к нижнему фланцу 15. Выпар отводится по трубопроводу, присоединенному к верхнему фланцу 16.
Предлагаемая конструкция струйного вихревого деаэратора обеспечивает скоростную деаэрацию нагретой воды от начального содержания коррозионно-активных газов порядка 3000-5000 мкг/л до остаточного содержания 15-50 мкг/л.
1. Струйный вихревой деаэратор, содержащий вертикально размещенный корпус с боковым патрубком подвода нагретой воды, завихритель со спиральными каналами, укрепленный соосно в верхней части корпуса, и обтекатель, укрепленный соосно в нижней его части, отличающийся тем, что спиральные каналы на наружной поверхности завихрителя имеют переменное сечение, сужающееся от входа к выходу, а на входе в корпус между наружной поверхностью завихрителя и внутренней поверхностью стенки корпуса образована кольцевая приемная камера, при этом завихритель выполнен полым с осевым каналом для удаления выпара, вход в который имеет форму раструба и смещен вниз относительно выходных кромок спиральных каналов так, что наружная поверхность раструба вместе с внутренней поверхностью стенки корпуса образуют кольцевую камеру внезапного расширения, сужающуюся в сторону обтекателя, а обтекатель закреплен в корпусе при помощи опоры с отверстиями для выпуска воды так, что между наружной поверхностью обтекателя и внутренней поверхностью корпуса образован кольцевой диффузор, при этом между нижним краем завихрителя и верхним краем обтекателя образована цилиндрическая камера вращения с профилированной внутренней поверхностью.
2. Струйный вихревой деаэратор по п.1, отличающийся тем, что профилирование внутренней поверхности цилиндрической камеры вращения выполнено при помощи пластин, вваренных в стенку камеры.
findpatent.ru
Сравнение деаэраторов | АэроГидроТех
Деаэрация – это процесс удаления кислорода из воды. Кислород является основной причиной коррозии трубопроводов, причем его агрессивность увеличивается с повышением температуры. Поэтому деаэрация подпиточной воды тепловых сетей необходима для продления срока службы трубопроводов и котельного оборудования. Затраты на деаэрацию намного меньше затрат на замену трубопроводов тепловых сетей. Известно, что при использовании недеаэрированной воды, срок службы трубопроводов составляет всего 5-7 лет. Это в 3 раза меньше, чем при использовании воды, не содержащей растворенного кислорода. В настоящее время в теплоэнергетике применяется в основном термическая деаэрация, когда вода нагревается до температуры кипения, при которой пузырьки растворенного кислорода уносятся вскипевшим паром. Для термической деаэрации, независимо от типа деаэратора, необходимо выполнение следующих условий: — Обеспечение температуры и давления, при которых вода будет вскипать (при температурах меньше 100градусов Цельсия, деаэрация происходит в вакууме). — Удаление выделяющегося кислорода — производится за счет увеличения поверхности соприкосновения фаз, а также интенсификацией процессов массообмена. Первый принцип в основном используется пленочными и барботажными деаэраторами, второй вихревыми. Барботажные и пленочно-струйные деаэраторы вакуумного (ДВ) и атмосферного (ДА) типа, получили широкое распространение в предыдущие годы. В деаэраторах ДВ и ДАтепломассообмен происходит при пленочном и струйном стекании жидкости по тарелкам и барботировании жидкости паром, то есть за счет развитых контактных поверхностей. Сегодня на смену барботажным и пленочно-струйным деаэраторам приходят новые вихревые деаэраторы типа Авакс, ДЩ фирмы Кварк, Струйные Вихревые Деаэраторы СВД, и центробежно-вихревые деаэраторы ЦВД производства ООО«АэроГидроТех», в которых используется принцип вихревой центробежной интенсификации массообмена. Вода подается в деаэратор, приобретая сильное вращательное движение. При этом действие центробежных сил на периферии выше, чем в середине вихря, из-за чего в центре образуется область пониженного давления, куда Архимедова сила выталкивает из жидкости пузырьки выделяющегося газа. Все вышеперечисленные деаэраторы являются термическими, поэтому для их нормальной работы требуется нагрев воды до температуры кипения. Для атмосферных деаэраторов это 102 градуса Цельсия, для вакуумных — от 40 до 95 градусов Цельсия. Чем глубже вакуум, тем ниже температура кипения. Обычно вакуумные деаэраторы работают при температуре 60-80 градусов Цельсия, оптимальной с точки зрения затрат на поддержания вакуума и температурного режима водогрейных котлов. Атмосферные деаэраторы применяются в системах с паровыми котлами, так как для работы нуждаются в паре для барботирования и нагрева воды. Недостатки конструкций барботажных и пленочных деаэраторов: Сложность внутриколонковых устройств, внутренний объем колонки целиком занят сварными конструкциями дырчатых тарелок, перегородок, перетоков. Резкое снижение эффективности при небольших (10-15%) перегрузках сверх номинальной производительности и нагрузках ниже 50%. Происходит значительное перераспределение площади контактной поверхности, что отрицательно сказывается на качестве деаэрации. Низкая эффективность в вакуумном режиме: при отсутствии барботажного пара используется только пленочная деаэрация, что приводит к 3-х кратному снижению площади поверхности массообмена. Качество деаэрированной воды и производительность деаэратора при этом пропорционально падают. Коррозия: из-за значительной массы корпуса колонок изготавливаются из обычной стали, что в условиях агрессивной среды приводит к быстрой коррозии корпусов. Охладители выпара сгнивают после 2-3 лет эксплуатации, после чего выпар просто улетает в атмосферу. Потери тепла для атмосферных деаэраторов составляют до 5%. Неустойчивая гидравлика: массивные гидрозатворы устаревшей конструкции не справляются с защитой от гидравлических ударов. Сложность регулирования: большое количество трубопроводов и вспомогательных устройств требует соответствующее количество датчиков и регулирующих клапанов. Поэтому системы автоматики получаются сложными и дорогостоящими, превышая стоимость самого деаэратора. Именно из-за громоздкости и сложности управления на многих котельных не применяют деаэраторы, подавая в тепловую сеть недеаэрируемую воду, что сказывается на долговечности трубопроводов. Даже современные автономные котельные не комплектуются деаэраторами. Изготовители котельных уповают на минимальную подпитку теплосети, что не всегда соответствует действительности. Инерционность: Деаэраторы имеют большой объем и требуют значительного времени для изменения режима работы. Сравнение технических решений вихревых деаэраторов Деаэраторы Кварк типа ДЩ В деаэраторе ДЩ нагретая вода подается через тонкую щель на закручивающуюся пластину, попадая в область пониженного давления, вода вскипает, газ удаляется из воды за счет малой толщины пленки и центробежного эффекта. При этом вихрь воды не делает полный оборот, теряя скорость, вода просто стекает вниз. Поскольку деаэрация воды происходит очень короткое время, даже при незначительном изменении параметров процесса, возможны сбои деаэрации. Уменьшение напора воды ведет к снижению скорости струи протекающей через щель. Поэтому при слабом напоре вода просто стекает вниз, не образует пленку по всей пластине, центробежный эффект также уменьшается, струи воды не образуют брызг при течении вдоль закругленного края пластины, и деаэрация вообще не происходит. Регулировать производительность деаэратора ДЩ можно, главным образом, увеличением количества щелевых устройств (читай — количества деаэраторов), так как регулирование давлением незначительно. Это усложняет конструкцию и удорожает автоматизацию, так как на каждый щелевой аппарат, установленный в корпусе деаэратора, необходимо ставить арматуру и свой блок автоматики с управляющими клапанами. Деаэраторы Авакс Деаэратор Авакс использует центробежный эффект закрученного потока воды в горизонтальной трубе. В центре трубы образуется газовая полость, куда вытесняются газы, в последствии удаляемые в атмосферу через специальный патрубок. Аваксы по сравнению с Кварками создают полноценный вихрь в деаэрационной головке, что положительно сказывается на качестве деаэрации, но, тем не менее, и они обладают целым рядом конструктивных недостатков: Г -образная горизонтальная деаэрационная труба: При слабом напоре (например, при снижении давления в трубопроводе) центробежных сил не хватает для образования вихря, недеаэрированная вода просто стекает в бак и засасывается в патрубок отсоса выпара, в результате чего аппарат захлебывается. Массивный эжектор: Интересной особенностью деаэраторов Авакс является применение вакуумных эжекторов только одного типоразмера. Такой эжектор несоразмерно велик для малых деаэраторов и в тоже время не справляется с нагрузкой на больших. Так, для деаэратора с расходом 5 м3/час эжектор больше его самого по размерам и имеет циркуляцию рабочей воды 18 м3 / час, что явно чрезмерно. С другой стороны, для деаэратора с расходом 50 м3/час такой эжектор не обеспечивает необходимого вакуума, так как его газопроизводительность составляет всего 3 кг/ч, вместо требуемых 10 кг/час (в 3 раза меньше). Легко сделать вывод, что на моделях производительностью более 30 м3/час качественную деаэрацию можно производить только при температуре воды 90-950С, а на моделях производительностью более 50 м3/час качественную деаэрацию не получить ни при каких условиях. Отсутствие регулировки производительности: Согласно установочной схеме высота колонки над деаэрационным баком составляет всего 1 метр. Это означает, что регулировать производительность можно всего в пределах 10 %, то есть деаэратор фактически работает только в двух режимах: вкл/выкл. Отсутствие средств автоматизации: Хотя деаэратор Авакс не сложно автоматизировать, разработчики до сих пор не имеют ни схем автоматизации, ни рекомендуемых комплектов автоматики. Между тем без комплекта автоматики такой деаэратор работать не будет. Установочной схемой предусмотрен деаэраторный бак всего 1,5 кубических метра, деаэратор не имеет регулировки производительности, поэтому для системы с расходом 40 м3/час потребуется включать/выключать деаэратор, каждые 2 мин. Конечно размер бака можно увеличить, но во избежание гидравлических ударов установка автоматики необходима. Отсутствие охладителя выпара: весь выпар из деаэратора уходит в атмосферу. Помимо потерь тепла, которые, как и для традиционных деаэраторов, составляют 2-3%, есть еще чисто технический момент: охладитель выпара позволяет значительно уменьшить расход газов через эжектор. Поскольку Авакс предлагает только один типоразмер эжектора, то для деаэраторов производительностью более 20 м3/час необходима установка охладителя выпара, так как без него эжектор не справится с нагрузкой. Использование охладителя выпара также позволяет снизить габариты эжектора и мощность привода насоса рабочей воды. Струйно-Вихревые Деаэраторы СВД В деаэраторах СВД используется вихревой эффект в вертикальной трубе. За счет действия центробежных сил пузырьки газа вытесняются в центральную полость, откуда удаляются в атмосферу, а деаэрированная вода стекает вниз. СВД производится также в атмосферном исполнении, в комплекте с паровым струйным подогревателем ПСА. ПСА подогревает воду перед деаэратором и одновременно интенсифицирует процесс выделения кислорода, что снижает его содержание в деаэрированной воде в 2,5 раза. Кроме того, на деаэрацию можно подавать воду температурой от 5 градусов Цельсия. Отличия деаэраторов типа СВД от вихревых деаэраторов других производителей.- Деаэрационная камера СВД, в отличие от деаэраторов «Авакс», расположена вертикально, благодаря чему деаэратор может работать при более низком давлении воды без захлебывания.
- По сравнению с деаэраторами фирмы «Кварк», в деаэрационной камере СВД создается полноценный вихрь, при котором вода совершает достаточное количество витков, тем самым находится в зоне деаэрации более продолжительный период времени. Поэтому толщина слоя воды увеличена, тем самым при тех же габаритных размерах аппарат получается производительнее.
- Эжектор изготавливается индивидуально для каждой модели деаэратора, поэтому он оптимально подходит как по размеру, так и по производительности.
- Возможность работы в атмосферном, вакуумном и атмосферно-вакуумных режимах.
- Деаэрирующая среда пар или перегретая вода, возможность работы без подачи деаэрирующей среды – на «начальном эффекте».
- Температура воды подаваемой на деаэрацию от 3 градусов Цельсия, не требуется дополнительная установка подогревателей перед деаэратором.
- Неограниченная производительность (от 3 до 1200 т/ч).
- 2 ступени деаэрации воды (центробежно-вихревая деаэрационная колонка и капельные деаэраторы).
a-g-t.ru
Струйный вихревой деаэратор — патент 2392230
Патент 2392230
Струйный вихревой деаэратор
Изобретение относится к устройствам термической деаэрации воды и может быть использовано в малогабаритных отопительных и блочно-модульных котельных для удаления коррозионно-активных газов из питательной и подпиточной воды. Деаэратор содержит вертикально размещенный корпус с боковым патрубком подвода нагретой воды, завихритель со спиральными каналами, укрепленный соосно в верхней части корпуса, и обтекатель, укрепленный соосно в нижней его части. Спиральные каналы на наружной поверхности завихрителя имеют переменное сечение, сужающееся от входа к выходу. Завихритель выполнен полым с осевым каналом для удаления выпара, вход в который имеет форму раструба и смещен вниз относительно выходных кромок спиральных каналов так, что наружная поверхность раструба вместе с внутренней поверхностью стенки корпуса образуют кольцевую камеру внезапного расширения, сужающуюся в сторону обтекателя. Обтекатель закреплен в корпусе при помощи опоры с отверстиями для выпуска воды так, что между наружной поверхностью обтекателя и внутренней поверхностью корпуса образован кольцевой диффузор. Между нижним краем завихрителя и верхним краем обтекателя образована цилиндрическая камера вращения с профилированной внутренней поверхностью. Технический результат – повышение эффективности сепарации капель жидкости из потока выпара, снижение остаточного содержания кислорода в деаэрированной воде, уменьшение величины брызгоуноса. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к устройствам термической деаэрации воды и может быть использовано в малогабаритных отопительных и блочно-модульных котельных для удаления коррозионно-активных газов из питательной воды для паровых и водогрейных котлов, а также из подпиточной воды для тепловых сетей.
Известен циклонный деаэратор (патент №2102329), который содержит корпус, размещенный вертикально. Патрубок подвода нагретой деаэрируемой воды расположен в его верхней части тангенциально. Воронка с патрубком деаэрированной воды размещена в нижней части корпуса. Труба выпара установлена соосно внутри корпуса. В патрубок подвода нагретой деаэрируемой воды врезан дробящий узел, содержащий дробящую решетку. Известен также циклонный деаэратор (патент № 12407), содержащий вертикально размещенный корпус с патрубками подвода нагретой деаэрируемой воды в верхней его части, трубой выпара, установленной соосно внутри корпуса, и патрубком слива деаэрированной воды в нижней части, отличающийся тем, что дополнительно он снабжен не менее чем одной трубчатой вставкой, при этом трубчатые вставки установлены внутри корпуса соосно с разделением полости корпуса вокруг трубы выпара на кольцевые секции, кроме того, каждый патрубок подвода нагретой деаэрируемой воды выполнен с форкамерой, и форкамера со стороны трубы выпара ограничена верхней частью одной из имеющихся вставок или боковой стенки корпуса, частью, в которую вмонтированы сопловые аппараты с тангенциально ориентированной щелью.
Основным недостатком известных устройств является невозможность реализации с их использованием (при работе в вакуумном режиме) компактных компоновочных решений. При работе под вакуумом данные деаэраторы должны быть расположены на отметке 9-10 м над аккумуляторной емкостью, в которую производится слив воды, чтобы обеспечить свободный слив и исключить возможность всасывания деаэрированной воды эжектором через выпарную трубу. Однако это невозможно в условиях ограниченного конструкционного пространства блочно-модульной котельной.
Вторым недостатком известных устройств является унос деаэрируемой воды через трубу выпара. В деаэраторах (№ 2102329) и (№ 12407) труба выпара размещена вертикально, в связи с чем вода попадает на нее с внешней стороны, свободно стекает вниз и сносится с нижней кромки трубы восходящим потоком выпара. Для уменьшения брызгоуноса приходится снижать скорость движения выпара путем увеличения внутреннего объема устройства, что негативно сказывается на массогабаритных характеристиках деаэратора. Таким образом, данные устройства не позволяют добиться минимальных массогабаритных характеристик при условии отсутствия брызгоуноса, так как данные условия получаются взаимоисключающими.
В качестве наиболее близкого аналога может быть принят центробежный деаэратор (патент №2246446), содержащий цилиндрический корпус, завихритель, укрепленный на входе в деаэратор, трубу выпара, началом которой внутри корпуса является полое тело вращения, наружная поверхность которого вместе с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса образует сопло с сужающейся до минимального сечения и далее расширяющейся частью. Спрямляющие лопатки укреплены продольно на трубе выпара.
Основным недостатком данного устройства является зависимость качества деаэрации от высоты расположения деаэратора над аккумуляторной емкостью. Чем ниже над аккумуляторной емкостью расположен деаэратор, тем выше получается рабочее противодавление. При этом давление в газовой полости деаэратора остается постоянным и равным давлению насыщения при температуре деаэрируемой воды. Чем больше получается разница между давлением в полости деаэратора и противодавлением, тем больше возрастает толщина вращающегося слоя воды внутри деаэратора. Учитывая, что за счет действия центробежных сил давление в ядре вращающегося потока воды (то есть между стенкой деаэратора и поверхностью раздела жидкой и газообразной фаз) всегда больше, чем давление насыщенных паров в газовой полости, то происходит только поверхностное вскипание воды на границе раздела фаз. При вскипании газовая полость заполняется парами воды, в связи с чем снижается парциальное давление кислорода над поверхностью воды пропорционально его мольной доле в парогазовой смеси. Это приводит к нарушению равновесной концентрации кислорода в воде и к диффузии кислорода через свободную поверхность жидкости в газовую среду. То есть происходит десорбция кислорода. При этом эффективно деаэрируется только поверхностный слой потока жидкости. Деаэрация ядра потока жидкости происходит менее эффективно по мере того, как частицы жидкости, составляющие ядро потока, попадают в поверхностный слой вследствие конвективного перемешивания в процессе движения. Однако при увеличении толщины вращающегося слоя воды ухудшаются условия конвективного массопереноса в ядре потока воды и одновременно снижается скорость молекулярной диффузии кислорода через поверхностный пограничный слой. В результате коэффициент массопередачи между фазами жидкость-газ уменьшается, десорбция кислорода ухудшается, остаточное содержание кислорода в ядре потока растет. Кроме того, часть потока жидкости, непосредственно примыкающая к внутренней поверхности стенки корпуса и образующая пристеночный ламинарный пограничный слой, вовсе не перемешивается с турбулентным ядром потока, поэтому концентрация кислорода в данном слое остается равной начальной концентрации. Практически это приводит к тому, что при компактном расположении данного деаэратора на одном уровне с емкостью в диапазоне температур деаэрируемой воды до 75°С добиться снижения содержания кислорода до заявленного значения 50 мкг/л невозможно.
Вторым недостатком данного устройства является неполное исключение брызгоуноса через трубу выпара, обусловленное выбранным расположением входа парогазовой смеси в выпарную трубу в конце камеры вращения (со стороны выхода воды из деаэратора). Поскольку на выходе из спиральных каналов в камеру вращения происходит взрывообразное выделение основного количества выпара, то образуется большое количество мелкодисперсных капель, причем значительная часть капель имеет осевую составляющую скорости, направленную непосредственно в сторону входа в канал для удаления выпара, что и является причиной повышенного брызгоуноса.
Третьим недостатком является периодическое затягивание воды в трубу выпара, обусловленное формой спиральных каналов. Поскольку завихритель данного устройства имеет каналы, образованные спирально навитыми ребрами на цилиндрическом теле вращения, то сечение каждого канала получается постоянным по всей длине. Известно, что при течении воды в протяженном узком канале постоянного сечения на входе в канал происходит местное сужение потока. В соответствии с законом Бернулли сужение потока сопровождается местным увеличением скорости потока и снижением статического давления в потоке. А поскольку для обеспечения вскипания давление на выходе из канала завихрителя (в камере вращения) должно получаться равным давлению насыщенных паров жидкости, то в зоне местного сужения давление в канале снижается ниже давления насыщенных паров. Особенно это проявляется при работе в области температур более 85°С. Это приводит к локальному вскипанию жидкости внутри канала и к возникновению снарядного течения двухфазной среды в канале, что в свою очередь является причиной неравномерного истечения жидкости в камеру вращения и появления механических пульсаций во вращающемся потоке жидкости. Кроме того, за счет действия сил вязкого трения между слоем быстро вращающейся воды и неподвижной внутренней поверхностью корпуса происходит интенсивное торможение потока воды, поэтому ближе к выходу из деаэратора окружная скорость движения воды получается значительно ниже, чем в начале камеры вращения. Известно, что центробежная сила прямо пропорциональна квадрату окружной скорости и обратно пропорциональна радиусу окружности. Снижение окружной скорости приводит к уменьшению радиуса вихря и увеличению толщины вращающегося слоя воды ближе к выходу из деаэратора. Поэтому толщина вращающегося слоя воды со стороны выхода всегда получается больше, чем со стороны входа. При этом внутренняя граница слоя воды подходит слишком близко к краю входа в канал для удаления выпара, который расположен в конце камеры вращения. А поскольку внутренняя граница слоя воды при работе деаэратора претерпевает механические пульсации, вызванные неравномерностью истечения воды через каналы завихрителя, то данное обстоятельство способствует периодическому затягиванию воды в трубу для отвода выпара.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является улучшение условий конвективного массопереноса в ядре потока воды, увеличение коэффициента массопередачи между жидкой и газообразной фазами, повышение эффективности сепарации капель жидкости из потока выпара, устранение механических пульсаций внутренней границы вихря.
Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемой конструкции струйного вихревого деаэратора, является снижение остаточного содержания кислорода в деаэрированной воде, уменьшение величины брызгоуноса, исключение втягивания воды в трубу выпара. Данный технический результат достигается за счет следующих технических решений.
1. Внутренняя поверхность камеры вращения выполнена профилированной при помощи пластин, вваренных в стенку камеры. Это позволяет разрушить пристеночный ламинарный пограничный слой, примыкающий к поверхности, повысить конвективный массоперенос в ядре потока, в связи с чем обновление поверхностного пограничного слоя происходит более интенсивно, следовательно, скорость диффузии кислорода через поверхностный пограничный слой возрастает, остаточное содержание кислорода снижается.
2. Выпар из деаэратора удаляют со стороны входа воды. Для этого завихритель выполнен полым с осевым каналом для удаления выпара. Диаметр осевого канала выбирается таким, чтобы обеспечить скорость движения выпара в самом узком сечении канала 30-50 м/с.
3. На входе в каналы выполнена приемная камера для равномерного распределения потока по каналам. Спиральные каналы на внешней поверхности завихрителя, примыкающей к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, нарезаны так, чтобы обеспечивалось непрерывное сужение сечения канала от входа к выходу.
4. На выходе из спиральных каналов выполнена камера внезапного расширения. Для этого вход в канал выпара выполнен в виде раструба и смещен в глубину камеры вращения относительно выходных кромок спиральных каналов на величину не менее 1 диаметра осевого канала. При этом между внешней поверхностью раструба и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса образуется полость кольцевого сечения, сужающаяся к выходу. Сечение выхода камеры внезапного расширения выбирают таким, чтобы обеспечить скорость движения выпара на выходе камеры 100-150 м/с.
Конструкция струйного вихревого деаэратора раскрыта более подробно на приведенных чертежах, где показаны:
фиг.1 – деаэратор на виде сверху;
фиг.2 – деаэратор на виде сбоку в разрезе по линии А-А по фиг.1;
фиг.3 – камера вращения в разрезе по линии Б-Б по фиг.2.
На фиг.2 видно, что струйный вихревой деаэратор состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с боковым патрубком 2 и фланцем 3 для присоединения трубы, подводящей нагретую воду. В верхней части корпуса соосно установлен завихритель 4. На внешней поверхности завихрителя, примыкающей к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, нарезаны спиральные каналы 5 с непрерывно сужающимся сечением по всей длине каналов. В зоне расположения бокового патрубка между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью завихрителя образована форкамера 6 кольцевого сечения, необходимая для равномерного распределения воды по входам в спиральные каналы. Для отвода выпара завихритель имеет осевой канал 7. Вход в канал выпара выполнен в виде раструба 8, который смещен в глубину камеры вращения относительно выходных кромок спиральных каналов на величину не менее одного диаметра осевого канала. При этом между внешней поверхностью раструба 8 и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 1 образуется камера внезапного расширения 9, имеющая кольцевое сечение и сужающаяся в направлении осевого движения потока. В нижней части корпуса соосно установлен обтекатель 10, имеющий опору, наружная поверхность которого вместе с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса образует кольцевой диффузор 11. Между нижним краем завихрителя 4 и верхним краем обтекателя 10 в корпусе образована цилиндрическая камера вращения 12. Как показано на фиг.3, внутренняя поверхность камеры вращения выполнена профилированной при помощи пластин 13, вваренных в стенку камеры. Опора обтекателя снабжена отверстиями 14 для выпуска воды. Корпус имеет нижний фланец 15 и верхний фланец 16, к которым присоединяются трубы для слива деаэрированной воды и отвода выпара.
Устройство работает следующим образом.
Вода, нагретая до температуры 70-90°С, через патрубок 2 поступает в форкамеру 6 и равномерно распределяется по входам в спиральные каналы 5. Проходя через непрерывно сужающиеся спиральные каналы, вода постепенно разгоняется и закручивается вокруг оси деаэратора. По мере увеличения скорости статическое давление в каналах снижается. В выходном сечении каналов вода приобретает максимальную скорость и минимальное давление. При выходе из каналов вода попадает в камеру внезапного расширения 9, где происходит мгновенное вскипание потока. В этой зоне из ядра потока воды выделяется основное количество выпара, что приводит к существенному снижению парциального давления кислорода в газовой фазе и обеспечивает десорбцию кислорода из потока воды в выпар. Образовавшийся выпар, как более легкая фаза, под действием центробежных сил вытесняется ближе к оси, а вода прижимается к стенке корпуса 1. Однако часть потока жидкости, непосредственно примыкающая к внутренней поверхности стенки корпуса и образующая пристеночный ламинарный пограничный слой, вскипеть не может, так как за счет действия центробежных сил находится под давлением более высоким, чем давление насыщенных паров. Кроме того, жидкость, составляющая пристеночный пограничный слой, движется ламинарно, то есть не перемешивается с ядром потока, следовательно, концентрация кислорода в данном слое остается равной начальной концентрации. В камере вращения 12 за счет профилированной поверхности происходит разрушение пристеночного ламинарного пограничного слоя и обеспечивается интенсивное перемешивание потока. При этом усиливается конвективный массоперенос в ядре потока и возрастает скорость молекулярной диффузии кислорода через поверхностный пограничный слой в поток выпара. Выпар, выделившийся в камере внезапного расширения 9, содержит большое количество воды в мелкодисперсном капельном состоянии. Благодаря сужению, образованному между наружной поверхностью раструба 8 и внутренней поверхностью корпуса 1, на выходе из камеры внезапного расширения 9 происходит разгон газовой фазы в осевом направлении. При этом на входе в камеру вращения 12 осевая скорость движения потока выпара достигает 150 м/с и направлена вдоль поверхности потока вращающейся воды от завихрителя к обтекателю. Ближе к обтекателю поток выпара меняет свое направление и движется в приосевой зоне от обтекателя к завихрителю в направлении входа в трубу выпара. Поскольку плотность жидкой фазы более чем в 1000 раз превышает плотность газовой фазы, то при изменении направления движения потока выпара на противоположное под действием сил инерции происходит сепарация капель жидкости из потока выпара. Поэтому приосевой поток выпара получается осушенным и содержит значительно меньше капель жидкости. Таким образом, в камере вращения формируется газожидкостный вихрь со сложной структурой. Периферийная пристеночная область вихря занята потоком воды, движущимся вдоль стенки по спирали в направлении от завихрителя к обтекателю. Центральная приосевая область занята осушенным потоком выпара, движущимся в осевом направлении от обтекателя 10 к завихрителю 4. Пограничная область между потоком жидкости и осушенным потоком выпара занята двухфазным капельным потоком, движущимся с высокой скоростью вдоль границы раздела фаз от завихрителя 4 к обтекателю 10. Из камеры вращения 12 деаэрированная вода попадает в горловину кольцевого диффузора 11, который обеспечивает плавное расширение потока воды, приводящее к снижению скорости и восстановлению статического давления. Из корпуса деаэратора деаэрированная вода выходит через отверстия в опоре 14 и отводится по трубопроводу, присоединенному к нижнему фланцу 15. Выпар отводится по трубопроводу, присоединенному к верхнему фланцу 16.
Предлагаемая конструкция струйного вихревого деаэратора обеспечивает скоростную деаэрацию нагретой воды от начального содержания коррозионно-активных газов порядка 3000-5000 мкг/л до остаточного содержания 15-50 мкг/л.
1. Струйный вихревой деаэратор, содержащий вертикально размещенный корпус с боковым патрубком подвода нагретой воды, завихритель со спиральными каналами, укрепленный соосно в верхней части корпуса, и обтекатель, укрепленный соосно в нижней его части, отличающийся тем, что спиральные каналы на наружной поверхности завихрителя имеют переменное сечение, сужающееся от входа к выходу, а на входе в корпус между наружной поверхностью завихрителя и внутренней поверхностью стенки корпуса образована кольцевая приемная камера, при этом завихритель выполнен полым с осевым каналом для удаления выпара, вход в который имеет форму раструба и смещен вниз относительно выходных кромок спиральных каналов так, что наружная поверхность раструба вместе с внутренней поверхностью стенки корпуса образуют кольцевую камеру внезапного расширения, сужающуюся в сторону обтекателя, а обтекатель закреплен в корпусе при помощи опоры с отверстиями для выпуска воды так, что между наружной поверхностью обтекателя и внутренней поверхностью корпуса образован кольцевой диффузор, при этом между нижним краем завихрителя и верхним краем обтекателя образована цилиндрическая камера вращения с профилированной внутренней поверхностью.
2. Струйный вихревой деаэратор по п.1, отличающийся тем, что профилирование внутренней поверхности цилиндрической камеры вращения выполнено при помощи пластин, вваренных в стенку камеры.
patentdb.ru
струйный вихревой деаэратор – патент РФ 2392230
Изобретение относится к устройствам термической деаэрации воды и может быть использовано в малогабаритных отопительных и блочно-модульных котельных для удаления коррозионно-активных газов из питательной и подпиточной воды. Деаэратор содержит вертикально размещенный корпус с боковым патрубком подвода нагретой воды, завихритель со спиральными каналами, укрепленный соосно в верхней части корпуса, и обтекатель, укрепленный соосно в нижней его части. Спиральные каналы на наружной поверхности завихрителя имеют переменное сечение, сужающееся от входа к выходу. Завихритель выполнен полым с осевым каналом для удаления выпара, вход в который имеет форму раструба и смещен вниз относительно выходных кромок спиральных каналов так, что наружная поверхность раструба вместе с внутренней поверхностью стенки корпуса образуют кольцевую камеру внезапного расширения, сужающуюся в сторону обтекателя. Обтекатель закреплен в корпусе при помощи опоры с отверстиями для выпуска воды так, что между наружной поверхностью обтекателя и внутренней поверхностью корпуса образован кольцевой диффузор. Между нижним краем завихрителя и верхним краем обтекателя образована цилиндрическая камера вращения с профилированной внутренней поверхностью. Технический результат – повышение эффективности сепарации капель жидкости из потока выпара, снижение остаточного содержания кислорода в деаэрированной воде, уменьшение величины брызгоуноса. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Рисунки к патенту РФ 2392230
Изобретение относится к устройствам термической деаэрации воды и может быть использовано в малогабаритных отопительных и блочно-модульных котельных для удаления коррозионно-активных газов из питательной воды для паровых и водогрейных котлов, а также из подпиточной воды для тепловых сетей.
Известен циклонный деаэратор (патент № 2102329), который содержит корпус, размещенный вертикально. Патрубок подвода нагретой деаэрируемой воды расположен в его верхней части тангенциально. Воронка с патрубком деаэрированной воды размещена в нижней части корпуса. Труба выпара установлена соосно внутри корпуса. В патрубок подвода нагретой деаэрируемой воды врезан дробящий узел, содержащий дробящую решетку. Известен также циклонный деаэратор (патент № 12407), содержащий вертикально размещенный корпус с патрубками подвода нагретой деаэрируемой воды в верхней его части, трубой выпара, установленной соосно внутри корпуса, и патрубком слива деаэрированной воды в нижней части, отличающийся тем, что дополнительно он снабжен не менее чем одной трубчатой вставкой, при этом трубчатые вставки установлены внутри корпуса соосно с разделением полости корпуса вокруг трубы выпара на кольцевые секции, кроме того, каждый патрубок подвода нагретой деаэрируемой воды выполнен с форкамерой, и форкамера со стороны трубы выпара ограничена верхней частью одной из имеющихся вставок или боковой стенки корпуса, частью, в которую вмонтированы сопловые аппараты с тангенциально ориентированной щелью.
Основным недостатком известных устройств является невозможность реализации с их использованием (при работе в вакуумном режиме) компактных компоновочных решений. При работе под вакуумом данные деаэраторы должны быть расположены на отметке 9-10 м над аккумуляторной емкостью, в которую производится слив воды, чтобы обеспечить свободный слив и исключить возможность всасывания деаэрированной воды эжектором через выпарную трубу. Однако это невозможно в условиях ограниченного конструкционного пространства блочно-модульной котельной.
Вторым недостатком известных устройств является унос деаэрируемой воды через трубу выпара. В деаэраторах ( № 2102329) и ( № 12407) труба выпара размещена вертикально, в связи с чем вода попадает на нее с внешней стороны, свободно стекает вниз и сносится с нижней кромки трубы восходящим потоком выпара. Для уменьшения брызгоуноса приходится снижать скорость движения выпара путем увеличения внутреннего объема устройства, что негативно сказывается на массогабаритных характеристиках деаэратора. Таким образом, данные устройства не позволяют добиться минимальных массогабаритных характеристик при условии отсутствия брызгоуноса, так как данные условия получаются взаимоисключающими.
В качестве наиболее близкого аналога может быть принят центробежный деаэратор (патент № 2246446), содержащий цилиндрический корпус, завихритель, укрепленный на входе в деаэратор, трубу выпара, началом которой внутри корпуса является полое тело вращения, наружная поверхность которого вместе с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса образует сопло с сужающейся до минимального сечения и далее расширяющейся частью. Спрямляющие лопатки укреплены продольно на трубе выпара.
Основным недостатком данного устройства является зависимость качества деаэрации от высоты расположения деаэратора над аккумуляторной емкостью. Чем ниже над аккумуляторной емкостью расположен деаэратор, тем выше получается рабочее противодавление. При этом давление в газовой полости деаэратора остается постоянным и равным давлению насыщения при температуре деаэрируемой воды. Чем больше получается разница между давлением в полости деаэратора и противодавлением, тем больше возрастает толщина вращающегося слоя воды внутри деаэратора. Учитывая, что за счет действия центробежных сил давление в ядре вращающегося потока воды (то есть между стенкой деаэратора и поверхностью раздела жидкой и газообразной фаз) всегда больше, чем давление насыщенных паров в газовой полости, то происходит только поверхностное вскипание воды на границе раздела фаз. При вскипании газовая полость заполняется парами воды, в связи с чем снижается парциальное давление кислорода над поверхностью воды пропорционально его мольной доле в парогазовой смеси. Это приводит к нарушению равновесной концентрации кислорода в воде и к диффузии кислорода через свободную поверхность жидкости в газовую среду. То есть происходит десорбция кислорода. При этом эффективно деаэрируется только поверхностный слой потока жидкости. Деаэрация ядра потока жидкости происходит менее эффективно по мере того, как частицы жидкости, составляющие ядро потока, попадают в поверхностный слой вследствие конвективного перемешивания в процессе движения. Однако при увеличении толщины вращающегося слоя воды ухудшаются условия конвективного массопереноса в ядре потока воды и одновременно снижается скорость молекулярной диффузии кислорода через поверхностный пограничный слой. В результате коэффициент массопередачи между фазами жидкость-газ уменьшается, десорбция кислорода ухудшается, остаточное содержание кислорода в ядре потока растет. Кроме того, часть потока жидкости, непосредственно примыкающая к внутренней поверхности стенки корпуса и образующая пристеночный ламинарный пограничный слой, вовсе не перемешивается с турбулентным ядром потока, поэтому концентрация кислорода в данном слое остается равной начальной концентрации. Практически это приводит к тому, что при компактном расположении данного деаэратора на одном уровне с емкостью в диапазоне температур деаэрируемой воды до 75°С добиться снижения содержания кислорода до заявленного значения 50 мкг/л невозможно.
Вторым недостатком данного устройства является неполное исключение брызгоуноса через трубу выпара, обусловленное выбранным расположением входа парогазовой смеси в выпарную трубу в конце камеры вращения (со стороны выхода воды из деаэратора). Поскольку на выходе из спиральных каналов в камеру вращения происходит взрывообразное выделение основного количества выпара, то образуется большое количество мелкодисперсных капель, причем значительная часть капель имеет осевую составляющую скорости, направленную непосредственно в сторону входа в канал для удаления выпара, что и является причиной повышенного брызгоуноса.
Третьим недостатком является периодическое затягивание воды в трубу выпара, обусловленное формой спиральных каналов. Поскольку завихритель данного устройства имеет каналы, образованные спирально навитыми ребрами на цилиндрическом теле вращения, то сечение каждого канала получается постоянным по всей длине. Известно, что при течении воды в протяженном узком канале постоянного сечения на входе в канал происходит местное сужение потока. В соответствии с законом Бернулли сужение потока сопровождается местным увеличением скорости потока и снижением статического давления в потоке. А поскольку для обеспечения вскипания давление на выходе из канала завихрителя (в камере вращения) должно получаться равным давлению насыщенных паров жидкости, то в зоне местного сужения давление в канале снижается ниже давления насыщенных паров. Особенно это проявляется при работе в области температур более 85°С. Это приводит к локальному вскипанию жидкости внутри канала и к возникновению снарядного течения двухфазной среды в канале, что в свою очередь является причиной неравномерного истечения жидкости в камеру вращения и появления механических пульсаций во вращающемся потоке жидкости. Кроме того, за счет действия сил вязкого трения между слоем быстро вращающейся воды и неподвижной внутренней поверхностью корпуса происходит интенсивное торможение потока воды, поэтому ближе к выходу из деаэратора окружная скорость движения воды получается значительно ниже, чем в начале камеры вращения. Известно, что центробежная сила прямо пропорциональна квадрату окружной скорости и обратно пропорциональна радиусу окружности. Снижение окружной скорости приводит к уменьшению радиуса вихря и увеличению толщины вращающегося слоя воды ближе к выходу из деаэратора. Поэтому толщина вращающегося слоя воды со стороны выхода всегда получается больше, чем со стороны входа. При этом внутренняя граница слоя воды подходит слишком близко к краю входа в канал для удаления выпара, который расположен в конце камеры вращения. А поскольку внутренняя граница слоя воды при работе деаэратора претерпевает механические пульсации, вызванные неравномерностью истечения воды через каналы завихрителя, то данное обстоятельство способствует периодическому затягиванию воды в трубу для отвода выпара.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является улучшение условий конвективного массопереноса в ядре потока воды, увеличение коэффициента массопередачи между жидкой и газообразной фазами, повышение эффективности сепарации капель жидкости из потока выпара, устранение механических пульсаций внутренней границы вихря.
Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемой конструкции струйного вихревого деаэратора, является снижение остаточного содержания кислорода в деаэрированной воде, уменьшение величины брызгоуноса, исключение втягивания воды в трубу выпара. Данный технический результат достигается за счет следующих технических решений.
1. Внутренняя поверхность камеры вращения выполнена профилированной при помощи пластин, вваренных в стенку камеры. Это позволяет разрушить пристеночный ламинарный пограничный слой, примыкающий к поверхности, повысить конвективный массоперенос в ядре потока, в связи с чем обновление поверхностного пограничного слоя происходит более интенсивно, следовательно, скорость диффузии кислорода через поверхностный пограничный слой возрастает, остаточное содержание кислорода снижается.
2. Выпар из деаэратора удаляют со стороны входа воды. Для этого завихритель выполнен полым с осевым каналом для удаления выпара. Диаметр осевого канала выбирается таким, чтобы обеспечить скорость движения выпара в самом узком сечении канала 30-50 м/с.
3. На входе в каналы выполнена приемная камера для равномерного распределения потока по каналам. Спиральные каналы на внешней поверхности завихрителя, примыкающей к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, нарезаны так, чтобы обеспечивалось непрерывное сужение сечения канала от входа к выходу.
4. На выходе из спиральных каналов выполнена камера внезапного расширения. Для этого вход в канал выпара выполнен в виде раструба и смещен в глубину камеры вращения относительно выходных кромок спиральных каналов на величину не менее 1 диаметра осевого канала. При этом между внешней поверхностью раструба и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса образуется полость кольцевого сечения, сужающаяся к выходу. Сечение выхода камеры внезапного расширения выбирают таким, чтобы обеспечить скорость движения выпара на выходе камеры 100-150 м/с.
Конструкция струйного вихревого деаэратора раскрыта более подробно на приведенных чертежах, где показаны:
фиг.1 – деаэратор на виде сверху;
фиг.2 – деаэратор на виде сбоку в разрезе по линии А-А по фиг.1;
фиг.3 – камера вращения в разрезе по линии Б-Б по фиг.2.
На фиг.2 видно, что струйный вихревой деаэратор состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с боковым патрубком 2 и фланцем 3 для присоединения трубы, подводящей нагретую воду. В верхней части корпуса соосно установлен завихритель 4. На внешней поверхности завихрителя, примыкающей к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, нарезаны спиральные каналы 5 с непрерывно сужающимся сечением по всей длине каналов. В зоне расположения бокового патрубка между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью завихрителя образована форкамера 6 кольцевого сечения, необходимая для равномерного распределения воды по входам в спиральные каналы. Для отвода выпара завихритель имеет осевой канал 7. Вход в канал выпара выполнен в виде раструба 8, который смещен в глубину камеры вращения относительно выходных кромок спиральных каналов на величину не менее одного диаметра осевого канала. При этом между внешней поверхностью раструба 8 и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 1 образуется камера внезапного расширения 9, имеющая кольцевое сечение и сужающаяся в направлении осевого движения потока. В нижней части корпуса соосно установлен обтекатель 10, имеющий опору, наружная поверхность которого вместе с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса образует кольцевой диффузор 11. Между нижним краем завихрителя 4 и верхним краем обтекателя 10 в корпусе образована цилиндрическая камера вращения 12. Как показано на фиг.3, внутренняя поверхность камеры вращения выполнена профилированной при помощи пластин 13, вваренных в стенку камеры. Опора обтекателя снабжена отверстиями 14 для выпуска воды. Корпус имеет нижний фланец 15 и верхний фланец 16, к которым присоединяются трубы для слива деаэрированной воды и отвода выпара.
Устройство работает следующим образом.
Вода, нагретая до температуры 70-90°С, через патрубок 2 поступает в форкамеру 6 и равномерно распределяется по входам в спиральные каналы 5. Проходя через непрерывно сужающиеся спиральные каналы, вода постепенно разгоняется и закручивается вокруг оси деаэратора. По мере увеличения скорости статическое давление в каналах снижается. В выходном сечении каналов вода приобретает максимальную скорость и минимальное давление. При выходе из каналов вода попадает в камеру внезапного расширения 9, где происходит мгновенное вскипание потока. В этой зоне из ядра потока воды выделяется основное количество выпара, что приводит к существенному снижению парциального давления кислорода в газовой фазе и обеспечивает десорбцию кислорода из потока воды в выпар. Образовавшийся выпар, как более легкая фаза, под действием центробежных сил вытесняется ближе к оси, а вода прижимается к стенке корпуса 1. Однако часть потока жидкости, непосредственно примыкающая к внутренней поверхности стенки корпуса и образующая пристеночный ламинарный пограничный слой, вскипеть не может, так как за счет действия центробежных сил находится под давлением более высоким, чем давление насыщенных паров. Кроме того, жидкость, составляющая пристеночный пограничный слой, движется ламинарно, то есть не перемешивается с ядром потока, следовательно, концентрация кислорода в данном слое остается равной начальной концентрации. В камере вращения 12 за счет профилированной поверхности происходит разрушение пристеночного ламинарного пограничного слоя и обеспечивается интенсивное перемешивание потока. При этом усиливается конвективный массоперенос в ядре потока и возрастает скорость молекулярной диффузии кислорода через поверхностный пограничный слой в поток выпара. Выпар, выделившийся в камере внезапного расширения 9, содержит большое количество воды в мелкодисперсном капельном состоянии. Благодаря сужению, образованному между наружной поверхностью раструба 8 и внутренней поверхностью корпуса 1, на выходе из камеры внезапного расширения 9 происходит разгон газовой фазы в осевом направлении. При этом на входе в камеру вращения 12 осевая скорость движения потока выпара достигает 150 м/с и направлена вдоль поверхности потока вращающейся воды от завихрителя к обтекателю. Ближе к обтекателю поток выпара меняет свое направление и движется в приосевой зоне от обтекателя к завихрителю в направлении входа в трубу выпара. Поскольку плотность жидкой фазы более чем в 1000 раз превышает плотность газовой фазы, то при изменении направления движения потока выпара на противоположное под действием сил инерции происходит сепарация капель жидкости из потока выпара. Поэтому приосевой поток выпара получается осушенным и содержит значительно меньше капель жидкости. Таким образом, в камере вращения формируется газожидкостный вихрь со сложной структурой. Периферийная пристеночная область вихря занята потоком воды, движущимся вдоль стенки по спирали в направлении от завихрителя к обтекателю. Центральная приосевая область занята осушенным потоком выпара, движущимся в осевом направлении от обтекателя 10 к завихрителю 4. Пограничная область между потоком жидкости и осушенным потоком выпара занята двухфазным капельным потоком, движущимся с высокой скоростью вдоль границы раздела фаз от завихрителя 4 к обтекателю 10. Из камеры вращения 12 деаэрированная вода попадает в горловину кольцевого диффузора 11, который обеспечивает плавное расширение потока воды, приводящее к снижению скорости и восстановлению статического давления. Из корпуса деаэратора деаэрированная вода выходит через отверстия в опоре 14 и отводится по трубопроводу, присоединенному к нижнему фланцу 15. Выпар отводится по трубопроводу, присоединенному к верхнему фланцу 16.
Предлагаемая конструкция струйного вихревого деаэратора обеспечивает скоростную деаэрацию нагретой воды от начального содержания коррозионно-активных газов порядка 3000-5000 мкг/л до остаточного содержания 15-50 мкг/л.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Струйный вихревой деаэратор, содержащий вертикально размещенный корпус с боковым патрубком подвода нагретой воды, завихритель со спиральными каналами, укрепленный соосно в верхней части корпуса, и обтекатель, укрепленный соосно в нижней его части, отличающийся тем, что спиральные каналы на наружной поверхности завихрителя имеют переменное сечение, сужающееся от входа к выходу, а на входе в корпус между наружной поверхностью завихрителя и внутренней поверхностью стенки корпуса образована кольцевая приемная камера, при этом завихритель выполнен полым с осевым каналом для удаления выпара, вход в который имеет форму раструба и смещен вниз относительно выходных кромок спиральных каналов так, что наружная поверхность раструба вместе с внутренней поверхностью стенки корпуса образуют кольцевую камеру внезапного расширения, сужающуюся в сторону обтекателя, а обтекатель закреплен в корпусе при помощи опоры с отверстиями для выпуска воды так, что между наружной поверхностью обтекателя и внутренней поверхностью корпуса образован кольцевой диффузор, при этом между нижним краем завихрителя и верхним краем обтекателя образована цилиндрическая камера вращения с профилированной внутренней поверхностью.
2. Струйный вихревой деаэратор по п.1, отличающийся тем, что профилирование внутренней поверхности цилиндрической камеры вращения выполнено при помощи пластин, вваренных в стенку камеры.
www.freepatent.ru