Струйно-барботажный деаэратор

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Гродно Азот(72) Авторы Огурцов Николай Константинович Кротов Максим Викторович Семидоцкий Владимир Иванович Кретов Дмитрий Николаевич Обухов Виктор Николаевич Гурский Дмитрий Степанович Карпович Олег Николаевич Клющенок Алексей Викторович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Гродно Азот(57) 1. Струйно-барботажный деаэратор, включающий корпус, внутри которого по высоте размещены струйные тарелки в виде перфорированного полотна с отбортовкой и с уровнем питательной воды, в нижней зоне корпуса под уровнем питательной воды размещена барботажная тарелка в виде перфорированного полотна с отбортовкой, соединенная с паровым каналом, штуцера подвода и отвода питательной воды, штуцер подвода пара, соединенный с паровым каналом, штуцер отвода пара в верхней зоне корпуса,отличающийся тем, что в периферийной зоне тарелок размещена сепарационномассообменная насадка, выполненная из гидрофильных стержней, частично погруженных в питательную воду. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что стержни выполнены в виде трубок с заглушенными концами, при этом трубки жестко закреплены на тарелках одним концом.(56) 1. Оликер И.И., Пермяков В.А. Термическая деаэрация воды на тепловых электростанциях. - Л. Энергия, 1971. - С. 84, рис. 2-51 (прототип). Полезная модель относится к контактным аппаратам газ - жидкость и может применяться в химической технологии и в теплоэнергетических установках для осуществления процессов удаления кислорода и диоксида углерода из воды, например, в производстве аммиака при подготовке питательной воды для паровых котлов. Прототипом полезной модели выбран струйно-барботажный деаэратор, включающий корпус, внутри которого по высоте размещены струйные тарелки в виде перфорированного полотна с отбортовкой и с уровнем питательной воды, в нижней зоне корпуса под уровнем питательной воды размещена барботажная тарелка в виде перфорированного полотна с отбортовкой, соединенная с паровым каналом, штуцера подвода и отвода питательной воды, штуцер подвода пара, соединенный с паровым каналом, штуцер отвода пара в верхней зоне корпуса 1. Основным недостатком известного устройства является недостаточная производительность и недостаточная экономичность из-за уноса питательной воды. Унос питательной воды паром, особенно при возрастании нагрузки, происходит на тарелках. Унос очищенной воды из зоны барботажа на вышележащую тарелку приводит к разбавлению питательной воды на этой тарелке, что снижает движущую силу процесса выделения кислорода из воды (за счет снижения концентрации кислорода в воде из-за разбавления) и снижает эффективность работы аппарата. Аналогичное воздействие на показатели целевого процесса оказывает и межтарельчатый унос питательной воды. Причины уноса обусловлены как возрастанием нагрузки (по воде и пару) в аппарате, так и постоянно действующим физическим процессом образование брызг (т.е. вторичных капель) при падении струй воды из струйной тарелки на зеркало нижележащей струйной тарелки. Образование уноса из зоны барботажа обусловлено в основном образованием мелких вторичных капель при разрыве пузырей, а также дроблением струй падающей воды (брызгообразование), особенно в периферийной зоне выхода пара, что и обеспечивает унос. Для обеспечения повышенной производительности устройства требуется установка дополнительного деаэратора, что существенно увеличивает стоимость капитальных вложений и снижает экономичность подготовки питательной воды. Задача, на решение которой направлена полезная модель, - повышение производительности и экономичности устройства за счет предотвращения уноса и увеличения поверхности контакта фаз. Поставленная задача решается в струйно-барботажном деаэраторе, включающем корпус, внутри которого по высоте размещены струйные тарелки в виде перфорированного полотна с отбортовкой и с уровнем питательной воды, в нижней зоне корпуса под уровнем питательной воды размещена барботажная тарелка в виде перфорированного полотна с отбортовкой, соединенная с паровым каналом, штуцера подвода и отвода питательной воды, штуцер подвода пара, соединенный с паровым каналом, штуцер отвода пара в верхней зоне корпуса, в котором, согласно полезной модели, в периферийной зоне тарелок размещена сепарационно-массообменная насадка, выполненная из гидрофильных стержней, частично погруженных в питательную воду. Стержни выполнены в виде трубок с заглушенными концами, при этом трубки жестко закреплены на тарелках одним концом. Существенность отличий полезной модели и их влияние на решение поставленной задачи заключаются в следующем. В периферийной зоне тарелок размещена сепарационно-массообменная насадка. Такое решение обуславливает в межтарельчатом пространстве наличие дополнительной поверх 2 101042014.06.30 ности сепарации и контакта фаз. Наличие дополнительной поверхности сепарации фаз обеспечивает возможность повышения производительности устройства за счет устранения межтарельчатого уноса. Наличие дополнительной поверхности контакта фаз обеспечивает повышение степени удаления кислорода и диоксида углерода из питательной воды, что в условиях увеличения производительности устройства обеспечивает регламентированное содержание примесей в продукционной питательной воде. Наличие дополнительной поверхности сепарации и контакта фаз снижает удельное количество продувочного пара,предотвращает установку дополнительного деаэратора, что повышает экономичность установки подготовки питательной воды. Сепарационно-массообменная насадка выполнена из стержней. Такое решение обеспечивает возможность локального размещения насадки в устройстве без установки специальных фиксирующих элементов, ее доступность, простоту изготовления и монтажа в устройстве, что повышает экономичность. При этом жидкость стекает по наружной поверхности насадки со скоростью, меньшей, чем скорость свободного падения струй в межтарельчатом пространстве. Это увеличивает время пребывания жидкости в устройстве, и способствует обеспечению регламентных показателей качества питательной воды в условиях повышения производительности устройства, и снижает удельное количество продувочного пара, повышая экономичность устройства. Стержни выполнены из гидрофильного материала. Такое решение обеспечивает стекание жидкости по стержням в пленочном режиме за счет высокого коэффициента поверхностного натяжения на границе раздела фаз жидкость (вода) - твердое (стержень). Это позволяет полностью использовать поверхность стержней для дополнительного контакта фаз пар - вода, что способствует обеспечению регламентных показателей качества питательной воды в условиях повышения производительности устройства. Стержни частично погружены в питательную воду. Такое решение обеспечивает гидродинамический плавный ввод стекающей по стержням жидкой фазы в слой воды на тарелках и в барботажный слой, что предотвращает брызгообразование, срыв, дробление и,как следствие, вторичный унос жидкой фазы. Стержни выполнены в виде трубок. Такое решение существенно снижает материалоемкость насадки, что повышает экономичность. Трубки выполнены с заглушенными концами. Это предотвращает попадание воды внутрь насадки и тем самым исключает ее прохождение в межтарельчатом пространстве без контакта с паром на наружной поверхности стержней, что способствует обеспечению регламентных показателей качества питательной воды. Трубки жестко закреплены на тарелках одним концом. Такое решение обеспечивает консольное крепление стержней, что имеет следствием некоторую подвижность насадки. Наличие подвижных зон насадки способствует повышению ее сепарационной способности за счет того, что скорость возвратного углового перемещения насадки (т.е. скорость колебания насадки) существенно превышает скорость капель в потоке пара, что способствует повышению эффективности улавливания капель, особенно мелкодисперсных, и обеспечивает повышение производительности устройства. Сущность полезной модели поясняется фигурами. На фиг. 1 показан струйнобарботажный деаэратор, фронтальный разрез, на фиг. 2 - разрез по А-А фиг. 1, на фиг. 3 разрез по Б-Б фиг. 1. Струйно-барботажный деаэратор включает заглушенный с концов цилиндрический корпус 1, внутри которого по высоте размещены струйные таредки 2 в виде перфорированного полотна 3 с отбортовкой 4. В нижней зоне корпуса под уровнем питательной воды размещена барботажная тарелка 5 в виде перфорированного полотна 6 с отбортовкой 7, соединенная с паровым каналом 8. Штуцер 9 подвода питательной воды размещен в верхней зоне корпуса 1, штуцер 10 отвода питательной воды размещен в нижней зоне корпуса 1. Штуцер 11 подвода пара соединен с паровым каналом 8. Штуцер 12 отвода па 3 101042014.06.30 ра размещен в верхней зоне корпуса 1. В периферийной зоне тарелок 2 и 5 со стороны выхода пара размещена сепарационно-массообменная насадка 13, выполненная из гидрофильных стержней 14, частично погруженных в питательную воду. Стержни 14 выполнены в виде трубок с заглушенными концами. Стержни 14 жестко закреплены на тарелках 2 и 5 одним концом, второй конец - свободный. На тарелке 5 стержни 14 закреплены своим нижним концом. На тарелках 2 стержни 14 могут быть закреплены своим нижним концом или своим верхним концом в зависимости от гидродинамического режима. Стержни 14 могут быть выполнены в пределах тарелки как одинаковыми, так и различными по длине. Струйно-барботажный деаэратор работает следующим образом. Исходная питательная вода, содержащая растворенные газообразные примеси (кислород и диоксид углерода), поступает в устройство через штуцер 9 и растекается по тарелке 2. Благодаря наличию отбортовки 4 на тарелке 2 создается уровень воды, которая гравитационно сливается через перфорированное полотно 3 на нижележащую тарелку 2. Слив воды происходит в основном в виде свободных струй, омываемых поперечным потоком пара. При этом происходит частичная деаэрация воды за счет перехода растворенного кислорода и диоксида углерода с поверхности свободных струй в поток омывающего их пара. В зоне свободно-струйной деаэрации также происходит образование капель воды за счет частичного дробления струй и за счет брызгообразования при ударе свободных струй о поверхность воды на нижележащей тарелке 2, что создает вторичную поверхность контакта фаз и способствует дополнительному выделению растворенных газообразных примесей. Капли воды подхватываются паром в межтарельчатом пространстве, и паро-капельный поток поступает в сепарационно-массообменную насадку 13. Обтекая стержни 14, происходит инерционное осаждение капель воды (сепарация) на поверхности стержней 14, образуется жидкостная пленка, которая стекает по поверхности стержней и сливается в слой воды на тарелке 2 без брызгообразования. На стержни 14 также попадает часть жидкости из близко расположенных свободных струй за счет их деформации движущимся потоком пара. При этом скорость стекания пленки жидкости по поверхности стержней 14 существенно ниже, чем скорость падения свободных струй. Это приводит к возрастанию времени пребывания жидкости на насадке 13 в условиях совершающегося массообменного процесса (переход кислорода из жидкости в пар), что повышает эффективность работы устройства. Пар выходит из сепарационно-массообменной насадки 13 полностью очищенным от капель жидкости и содержащий извлеченные газообразные примеси, покидает устройство через штуцер 12. Частично дегазированная вода поступает со струйной тарелки 2 в барботажную зону тарелки 5. Пар поступает в устройство через штуцер 11, затем через канал 8 поступает в тарелку 5 и проходит через перфорированное полотно 6, создавая барботажный слой. При этом происходит окончательная деаэрация воды. Деаэрированная вода с содержанием примесей ниже регламентируемых величин сливается через отбортовку 7, и выводится из устройства через штуцер 10, и направляется для использования на следующую технологическую стадию. Пар после зоны барботажа, содержащий капли и извлеченные из воды примеси, поступает в сепарационно-массообменную насадку 13, где освобождается от капель жидкости и поступает в межтарельчатое пространство струйных тарелок 2,работа которых приведена выше. Использование полезной модели обеспечивает возрастание производительности деаэратора на 27 , при этом удельное потребление продувочного пара снижается на 1824 . Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5