Для чего нужен деаэратор в котельной
Принцип работы деаэратора
Деаэратором называется специальное оборудование, предназначенное для удаления кислорода из теплоносителя отопительных систем путем подогревания последнего паром. Таким образом, помимо очищающей функции, устройства этого типа выполняют также термическую. Одна и та же установка деаэрации может применяться для подогрева и очистки как питательной, так и подпиточной воды.
Особенности конструкции
Представляет собой деаэратор котельной цистерну (БДА) со смонтированной на ней вертикальной колонной (КДА), установленную на опорах. Дополнительным элементом оборудования этого типа является гидравлическая система, защищающая его от превышения давления. Колонка приваривается к баку без фланца — напрямую.
На горизонтальном баке деаэратора смонтированы входной и выходной патрубки для подключения магистралей подачи и отвода среды. Снизу установлены сливы. Еще одним элементом конструкции является предназначенный для сбора дегазованной воды сборный бак. Расположен он под днищем БДА.
Гидравлическая система такого оборудования, как деаэратор, схема которого представлена ниже, обычно состоит из двух гидрозатворов. Один из них защищает устройство от любого превышения допустимого давления, а второй — от опасного. Также в конструкцию гидравлической системы деаэратора входит расширительный бачок. Выпары из деаэратора поступают в специальный охладитель, имеющий вид горизонтального цилиндра.
Конструкция колонны
Колонна представляет собой цилиндрическую обечайку с дном эллиптической формы. Как и на баке, на ней имеются патрубки для подвода и отвода среды. Внутри колонны установлены специальные тарелки с отверстиями, через которые проходит вода. Такая конструкция позволяет значительно увеличить площадь соприкосновения среды и пара, а следовательно, производить нагрев с максимальной скоростью.
Виды оборудования
В современных котельных может устанавливаться деаэратор воды:
В первом типе деаэраторов удаление газов из воды производится в вакууме. В конструкцию таких установок дополнительно включается паро- или водоструйный эжектор. Последняя разновидность узлов чаще всего используется в системах с котлами средней или малой мощности. Вместо эжекторов для создания вакуума могут применяться специальные насосы. Некоторым недостатком такого оборудования, как вакуумный деаэратор, является то, что пар из него нужно удалять принудительно, в то время как из атмосферных он выходит естественным путем — под давлением.
Сфера использования
Чаще всего деаэраторы используются в системах отопления и ГВС. Котельные с водогрейными котлами обычно оснащаются установками вакуумного типа. Также в таких схемах могут использоваться деаэраторы атмосферные. Установки пониженного и повышенного давления применяются по большей мере в системах, функционирующих благодаря работе парового котла. Первая разновидность (на 0.025-0.2 МПа) монтируется в не слишком мощных системах, рассчитанных на малое количество потребителей. Установки повышенного давления используются в тепловых схемах с котлами, подающими большое количество пара.
Тарельчатый деаэратор: принцип работы
Схема очистки газов в деаэраторах реализуется двухступенчатая: струйная (в колонне) и барботажная (в баке). Помимо этого, в систему включается затопленное барботажное устройство. Вода подается в колонну, где обрабатывается паром. Далее она стекает в бак, выдерживается в нем и отводится обратно в систему. Пар первоначально подается в БДА. После вентиляции внутреннего объема он поступает в колонну. Проходя через отверстия барботажной тарелки, пар подогревает воду до температуры насыщения.
Струйным методом из воды удаляются все газы. Одновременно с этим происходит конденсация пара. Его остатки смешиваются с выделившимся из среды газом и отводятся в охладитель. Конденсат от выпара сливается в дренажную емкость. Во время отстаивания воды в баке из нее выходят остаточные мелкие пузырьки газа. Отводится вода в сборный бак. Иногда горизонтальная емкость используется только для отстаивания. В таких установках обе ступени дегазации размещаются в колонне.
Деаэрация подпиточной воды
Теплоноситель в системе отопления циркулирует непрерывно. Но объем его со временем, в результате утечек, все же понемногу уменьшается. Поэтому в систему отопления подается подпиточная вода. Как и основная, она должна проходить процесс деаэрации. Первоначально вода поступает в подогреватель, а затем проходит через фильтры химической очистки. Далее, как и питательная, она попадает в колонну деаэратора. Освобожденная от кислорода вода перетекает к подпиточному насосу. Последний направляет ее во всасывающий коллектор или в бак хранения.
Химическая деаэрация
Для дополнительной очистки в воду котельных могут добавляться разного рода реагенты, предназначенные для связывания кислорода. Это может быть, к примеру, сульфит натрия. В данном случае для качественной деаэрации воды требуется ее подогрев. Иначе химические реакции будут происходить слишком медленно. Также для ускорения процесса связывания кислорода могут использоваться разного рода катализаторы. Иногда воду деаэрируют и путем пропускания через слой обычных металлических стружек. Последние в этом случае быстро окисляются.
Распылительные установки
Рассмотренные выше конструкции называются тарельчатыми. Существуют также распылительные деаэраторы.
Устройства этого типа используются реже и также представляют собой горизонтальный накопительный бак большой емкости. Отсутствие колонны — это то, что отличает такой деаэратор.
Деаэраторы атмосферные
В производственных и отопительных котельных для защиты от коррозии поверхностей нагрева, омываемых водой, а также трубопроводов необходимо из питательной и подпиточной воды удалять коррозионно-агрессивные газы (кислород и углекислый газ), что наиболее эффективно обеспечивается термической деаэрацией воды. Деаэрацией называется процесс удаления из воды растворённых в ней газов.
При подогреве воды до температуры насыщения при данном давлении парциональное давление удаляемого газа над жидкостью снижается, и растворимость его снижается до нуля.
Удаление коррозионно-агрессивных газов в схеме котельной установки осуществляется в специальных устройствах – термических деаэраторах.
Назначение и область применения
Двухступенчатые деаэраторы атмосферного давления серий ДА с барботажным устройством в нижней части колонки, предназначены для удаления коррозионно-агрессивных газов (кислорода и свободной углекислоты) из питательной воды паровых котлов и подпиточной воды систем теплоснабжения в котельных всех типов (за исключением чисто водогрейных). Деаэраторы изготавливаются в соответствии с требованиями ГОСТа 16860—77. Код ОКП 31 1402.
Модификации
Пример условного обозначения:
ДА-5/2 – деаэратор атмосферного давления производительностью колонки 5 м³/час с баком ёмкостью 2 м³. Серийные типоразмеры – ДА-5/2; ДА-15/4; ДА-25/8; ДА-50/15; ДА-100/25; ДА-200/50; ДА-300/75.
По желанию заказчика, возможно, поставить деаэраторы атмосферного давления серий ДСА, с типоразмерами ДСА-5/4; ДСА-15/10; ДСА-25/15; ДСА-50/15; ДСА-50/25; ДСА-75/25; ДСА-75/35; ДСА-100/35; ДСА-100/50; ДСА-150/50; ДСА-150/75; ДСА-200/75; ДСА-200/100; ДСА-300/75; ДСА-300/100.
Деаэрационные колонки, возможно, комбинировать с баками большей вместимости.
Рис. Общий вид деаэраторного бака с экспликацией штуцеров.
Техническая характеристика
Основные технические характеристики деаэраторов атмосферного давления с барботажем в колонке приведены в таблице.
Производительность номинальная, т/ч
Давление рабочее избыточное, МПа
Температура деаэрированной воды,°C
Диапазон производительности, т/ч
Максимальный и минимальный подогрев воды в деаэраторе, °C
Концентрация О2 в деаэрированной воде при его концентрации в исходной воде, С к О2, мкг/кг:
— соответствующей состоянию насыщенности
Концентрация свободной углекислоты и деаэрированной воды, С к О2, мкг/кг
Пробное гидравлическое давление, МПа
Допустимое повышение давления при работе защитного устройства, МПа
Удельный расход выпара при номинальной нагрузке, кг/тд.в
Полезная емкость аккумуляторного бака, м 3
Тип деаэраторного бака
Типоразмер охладителя выпара
Тип предохранительного устройства
Описание конструкции
Термический деаэратор атмосферного давления серии ДА состоит из деаэрационной колонки, установленной на аккумуляторном баке. В деаэраторе применена двухступенчатая схема дегазации 1 ступень — струйная, 2 — барботажная, причем обе ступени размещены в деаэрационной колонке, принципиальная схема которой приведена на рис. 1. Потоки воды, подлежащей деаэрации, подаются в колонку 1 через патрубки 2 на верхнюю перфорированную тарелку 3. С последней вода стекает струями на расположенную ниже перепускную тарелку 4, откуда узким пучком струи увеличенного диаметра сливается на начальный участок непровального барботажного листа 5. Затем вода проходит по барботажному листу в слое, обеспечиваемом переливным порогом (выступающая часть сливной трубы), и через сливные трубы 6 сливается в аккумуляторный бак, после выдержки в котором отводится из деаэратора по трубе 14 (см. рис. 2), весь пар подается в аккумуляторный бак деаэратора по трубе 13 (см. рис. 2), вентилирует объем бака и попадает под барботажный лист 5. Проходя сквозь отверстия барботажного листа, площадь которых выбрана с таким расчетом, чтобы исключить провал воды при минимальной тепловой нагрузке деаэратора, пар подвергает воду на нем интенсивной обработке. При увеличении тепловой нагрузки давление в камере под листом 5 возрастает, срабатывает гидрозатвор перепускного устройства 9 и избыточный пар перепускается в обвод барботажного листа через пароперепускную трубу 10. Труба 7 обеспечивает залив гидрозатвора перепускного устройства деаэрированной воды при снижении тепловой нагрузки. Из барботажного устройства пар через отверстие 11 направляется в отсек между тарелками 3 и 4. Парогазовая смесь (выпар) отводится из деаэратора через зазор 12 и патрубок 13. В струях происходит подогрев воды до температуры, близкой к температуре насыщения; удаление основной массы газов и конденсация большей части пара, подводимого в деаэратор. Частичное выделение газов из воды в виде мелких пузырьков идет на тарелках 3 и 4. На барботажном листе осуществляется догрев воды до температуры насыщения с незначительной конденсацией пара и удаление микроколичеств газов. Процесс дегазации завершается в аккумуляторном баке где происходит выделение из воды мельчайших пузырьков газа за счет отстоя.
В комплект поставки деаэрационной установки входит (завод-изготовитель согласует с заказчиком комплектность поставки деаэрационной установки в каждом отдельном случае):
Рис. 1 Принципиальная схема деаэрационной колонки атмосферного давления с барботажной ступенью.
Схема включения деаэрационной установки
Схема включения атмосферных деаэраторов определяется проектной организацией в зависимости от условий назначения и возможностей объекта, на котором они устанавливаются. На рис. 2 приведена рекомендуемая схема деаэрационной установки серии ДА.
Химически очищенная вода 1 через охладитель выпара 2 и регулирующий клапан 4 подается в деаэрационную колонку 6. Сюда же направляется поток основного конденсата 7 с температурой ниже рабочей температуры деаэратора. Деаэрационная колонка устанавливается у одного из торцов деаэраторного бака 9. Отвод деаэрированной воды 14 осуществляется из противоположного торца бака с целью обеспечения максимального времени выдержки воды в баке. Весь пар подводится по трубе 13 через регулирующий клапан давления 12 в торец бака, противоположный колонке, с целью обеспечения хорошей вентиляции парового объема от выделяющихся из воды газов. Горячие конденсаты (чистые) подаются в деаэраторный бак по трубе 10. Отвод выпара из установки осуществляется через охладитель выпара 2 и трубы 3 или непосредственно в атмосферу по трубе 5.
Для защиты деаэратора от аварийного повышения давления и уровня устанавливается самозаливающее комбинированное предохранительное устройство 8. Периодическая проверка качества деаэрированной воды на содержание кислорода и свободной углекислоты производится с помощью теплообменника для охлаждения проб воды 15.
Рис. 2 Принципиальная схема включения деаэрационной установки атмосферного давления:
1 — подвод химочищенной воды; 2 — охладитель выпара; 3, 5 — выхлоп в атмосферу; 4 — клапан pегулировки уровня, 6 — колонка; 7 — подвод основного конденсата; 8 — предохранительное устройство; 9 — деаэрационный бак; 10 — подвод деаэрированной воды; 11 — манометр; 12 — клапан регулировки давления; 13 — подвод горячего пара; 14 — отвод деаэрированной воды; 15 — охладитель проб воды; 16 — указатель уровня; 17— дренаж; 18 —мановакууметр.
Охладитель выпара
Для конденсации парогазовой смеси (выпара), используют охладитель выпара поверхностного типа состоящий из горизонтального корпуса, в котором размещена трубная система (материал трубок – латунь либо коррозионно-стойкая сталь).
Охладитель выпара является теплообменником, в трубную систему которого подаётся химочищенная вода или холодный конденсат из постоянного источника, направляющийся в деаэрационную колонку. Парогазовая смесь (выпар) поступает в межтрубное пространство, где пар из нее практически полностью конденсируется. Оставшиеся газы отводятся в атмосферу, конденсат выпара сливается в деаэратор или дренажный бак.
Охладитель выпара состоит из следующих основных элементов (см. рис. 3):
Номенклатура и общая характеристика охладителей выпара
Деаэрация воды для котельных
Из содержания этой статьи вы узнате:
1. Что такое деаэрация?
Деаэрация – это процесс удаления газов из жидкости. В частности, речь идёт об освобождении питательной воды для котельных от содержания кислорода, углекислого газа и других летучих примесей.
Этот процесс необходим из-за губительного свойства газов способствовать образованию коррозий на рабочих поверхностях оборудования в тепло- и атомной энергетике. Являясь активным распространителем элементарных частиц в жидкой среде, газ имеет возможность ускорять и усугублять воздействие нежелательных примесей на целостность и качество технических систем, в результате именно газосодержащая вода может дать главную причину поломок – потерю рабочего состояния важнейших деталей.
В условиях функционирования котельных, где счёт перерабатываемой воды идёт на сотки кубометров в день, возможность взаимодействия с загазованной водой – непозволительная роскошь, так как ремонт и наладка систем является крайней нежелательной статьей расходов любого предприятия, поэтому практичнее и проще установить систему деаэрации, которая защитит оборудование от регулярных травм.
Кроме того, деаэратор – это ещё и возможность хранения подготовленной воды для дальнейшего использования, поэтому крупные габариты деаэратора оправдываются не только его эффективной водопереработкой, но и функцией накопления необходимых гидрозапасов.
Чтобы понять, как происходит процесс деаэрации, нужно разобраться с тем, как функционируют газы в жидкости. Итак, газообразования в воде бывают трех видов:
— молекулы газа, растворенные в составе воды;
— мелкие пузырьки газа (те же молекулы, которые скапливаются вокруг гидрофобных элементов);
— молекулы газа, образующиеся в процессе химических реакций, протекающих между примесями в воде.
Чтобы очистить воду от газов на молекулярном уровне, необходимо использовать два физических метода: нагревание воды с целью ускорения процессов распада и повышение атмосферного давления в воде с целью вымещения более легких соединений из состава жидкости.
Оба метода требуют крайней точности и внимания к протекающим процессам, потому деаэратор входит в число режимных установок, работа которых тщательно контролируется. Показатели работы деаэратора необходимо фиксировать в подотчетных журналах несколько раз в сутки, чтобы в случае обнаружения нестабильности вовремя применить меры по устранению ошибки, так как от правильного функционирования деаэратора зависит здоровая работа всех систем котельного оборудования, работающих на подготовленной воде.
Из этого можно сделать вывод, что деаэрация – неотъемлемый и крайне важный процесс, требующий четко обозначенных условий в обеспечении качественной водой теплового оборудования.
2. Основные типы деаэрации и виды деаэраторов
Так как основной метод удаления агрессивных газов из воды подразумевает наличие повышенных температур при образовании пара, термические деаэраторы выступают в роли лидеров отрасли. Они делятся на:
Атмосферные деаэраторы работают в состоянии естественного давления, а температура воды в них составляет 102-107 градусов. Вакуумные деаэраторы нуждаются в пониженном давлении, температура достигает 40-99 градусов. Наличие высокого давления в деаэраторе обуславливает так же и наличие высоких температур – 158-188 градусов. Это во многом определяет сферу применения того или иного типа деаэратора. Самая горячая вода используется в качестве питания специальных энергетических котлов. Вода, прошедшая через естественную атмосферную среду, работает на теплоэлектросетях, в испарителях, а вакуумная вода служит источником энергии для котельных.
Помимо очевидных различий в условиях эксплуатации, есть и другие интересные особенности. Например, вакуум необходимо освобождать от избытка переработанного газа, чтобы он мог выйти наружу. А у атмосферных деаэраторов есть существенный плюс: при отсутствии вакуума их не нужно вручную открывать и выпускать излишки, так как газы улетучиваются самостоятельно. Для высокого давления характерна подача переработанного газа вместе с паром на конденсатор, что позволяет использовать излишки с пользой для системы.
По виду покрытия и взаимодействия пара и воды различают три типа:
Струйные и пленочные деаэраторы работают на разности подачи воды и пара: вода стекает сверху вниз, а пар поднимается снизу вверх. Этот процесс происходит в колонне деаэратора. Однако струйный тип деаэраторов подразумевает вхождение воды внутрь колонны небольшими струйками, а пленочный тип как бы создает водную пленку, которая обволакивает колонну.
В деаэраторах барботажного типа работает несколько иная система. Там вода обрабатывается паром уже будучи в баке, что позволяет насыщать воду более крупными соединениями газов, которые цепляют более мелкие частицы и выстреливают вместе с ними на поверхности.
Нередко деаэрация осуществляется сразу несколькими способами воздействия, что обуславливает наличие в конструкции и струйных/пленочных, и барботажных систем.
По форме конструкции деаэраторы делятся на два типа:
Тарельчатые деаэраторы названы так, потому что в конструкции подразумевается наличие специальных мембран-тарелок, через которые просачивается пар, очищаясь от газов. Над горизонтальным баком для сбора подготовленной воды располагается вертикально стоящий бак для деаэрации – именно здесь «тарелки» и располагаются.
Сверху через вертикальный бак подается неочищенная вода, которая проходит через мембраны-тарелки. На них же подается специально подведенный поток пара, который достаточно тяжел для того, чтобы вытеснить вверх газ, но недостаточно тяжел для того, чтобы задерживать воду. Весь процесс проходит под гнётом низкого давления, в результате чего газ выводится наружу конструкции, а в горизонтальный бак попадает подготовленная вода.
Этот тип деаэраторов используется несколько реже, однако он так же имеет востребованность. Главная его особенность в том, что у него отсутствует вертикально стоящий бак деаэрации с «тарелками», а весь процесс проходит прямо внутри основного бака.
Вода в баке разделена перегородкой на зону повышенной температуры и зону деаэрации. Когда вода в первой зоне нагревается и поступает во вторую зону, там, под действием пара, поступающего снизу, она окончательно освобождается от наличия газообразных соединений.
Как видим, в обоих случаях нельзя сказать, что конструкция и силы воздействия являются технологически сложными. Однако, как и всё гениальное, деаэратор прост только на первый взгляд, так как за его работой стоит соблюдение нескольких важных условий.
Так, сама установка является статичной. Все её детали надежно сварены друг с другом, а сам бак впаян на опоры, которые втоплены в фундамент. Это обеспечивает устойчивость и стабильность конструкции.
Так же особого внимания требуют датчики давления, температуры, уровня воды и концентрации пара, так как все эти показатели связаны друг с другом и при незначительных отклонениях от нормы может быть нарушена работа всей системы.
Что позволяет держать работу устройства в стабильном состоянии? Прежде всего, это система отвода выпара. Выпар – это смесь газов и нерастворенного пара, которая, будучи лёгкой, поднимается вверх. Не находя естественных путей отвода, выпар может накапливаться внутри бака и даже спровоцировать его разрыв, поэтому система отвода выпара стабилизирует не только уровень концентрации переработанных нежелательных газов внутри системы, но и позволяет регулировать давление. К слову, выпар освобождается в открытую атмосферу, то есть не проходит никаких дополнительных степеней очистки, так как чаще всего мы имеем дело с кислородом, углекислым газом и незначительным присутствием других газов, не представляющих опасности для окружающей среды.
3. Химическая и реагентная деаэрация
Помимо существования классического технического оборудования по водоподготовке котельных, ТЭЦ и других энергоемких водопотребителей, существует и ещё один способ освободить воду от наличия газов, и он никак не связан с нагреванием, парообразованием, необходимостью соблюдать давление и обслуживать систему, держа руку на пульсе её показателей.
Речь о применении химического метода деаэрации. Её смысл состоит в том, что в воду добавляется специальный реагент-ингибитор, способный «связывать» молекулы газа и нейтрализовывать их коррозийные свойства. Так же это помогает ещё и умягчить воду, что значительно снижает образование накипи и налёта на рабочих поверхностях металлов.
Преимущества данного способа в том, что для осуществления химических реакций не нужно дополнительных условий, таких как определенная температура и давление. Это позволяет заметно упростить и усовершенствовать систему водоподготовки.
Однако у химической деаэрации есть и существенные минусы:
— дорогостоящие ингибиторы, концентрацию которых нужно постоянно восполнять и поддерживать на нужном уровне, что подразумевает регулярные внушительные расходы;
— наличие в воде реагентов, которые хоть и не вредят оборудованию, но представляют угрозу для окружающей среды, так как их утилизация подразумевает особый режим, а чтобы его исполнить, опять же требуются немалые затраты.
Таким образом, мы можем сделать вывод о том, что химическая система деаэрации хоть и значительно более понятна и удобна, не выдерживает конкуренции с привычными паровыми установками просто ввиду того, что не каждые теплосети или котельные способны позволить себе столь внушительную статью расходов.
4. Ультразвуковая деаэрация
Этот метод нельзя назвать распространенным, однако он имеет места применения. Суть его сводится к следующему: на воду, содержащую газы, направляется ультразвуковая волна, которая способствует слипанию частиц газов в более крупные образования, вследствие чего они под силой тяжести собственного объема выталкиваются из воды наружу.
Эта установка работает с горячей водой, температура которой варьируется от 30 до 80 градусов. Состоит система из бака с водой, генератора ультразвука и блока контроллера, регулирующего работу устройства.
Однако стоит учитывать, что, несмотря на небольшие габариты и продуктивность использования, ультразвуком можно добиться совсем небольших объемов производства, поэтому данный метод считается скорее экспериментальным и нуждается в особом подходе. Кроме того, как и предыдущий представитель деаэрации, ультразвук совсем недешев, но и значительно менее вреден для окружающей среды. Тем не менее, его использование в промышленных масштабах остается под вопросом.
5. Мембранная деаэрация с применением азота
Данный способ подразумевает наличие в колонне деаэрации мембран, на которых подается вода и одновременно поступает газ азот. Азот и кислород соединяются друг с другом, после чего специальный насос под вакуумным давлением выделяет газы с поверхности воды.
Способ примечателен тем, что в данных условиях температура воды не должна превышать 20 градусов, то есть её не нужно дополнительно разогревать. Так же установка не подразумевает больших габаритов. Из минусов – относительно недолговечный срок службы мембраны, которая составляет внушительный процент от общей стоимости всей установки, а так же необходимость постоянного приобретения азотного газа.
Подводя итоги данной статьи, стоит отметить, что на сегодняшний день существует несколько типов деаэрации воды, каждый из которых имеет право на существование за счет неоспоримых плюсов, имеющихся в каждом образце. Однако по степени сочетания качества проделываемой работы и финансовых затрат на неё, самым востребованным и распространённым способом подготовки воды для паровых котлов, котельных, ТЭЦ и ТЭС по-прежнему остается термическая деаэрация.
Термическая деаэрация работает на эффекте выпара, и, безусловно, наличие высоких температур не может считаться положительным эффектом в трудовой сфере, однако для того, чтобы избежать ожогов работников, все рабочие поверхности деаэратора изолируются. Кроме того, сам по себе остаточный выпар нередко используется как дополнительный ресурс для теплообмена и энергообмена между системами, что позволяет ещё более удешевить производство.