Деаэрационно-дистилляционный теплообменный аппарат

 

Изобретение относится к термической деаэрации подпиточной воды тепловых сетей с возможностью одновременного получения дистиллята для пароводяного цикла котельных. Изобретение может быть использовано на тепловых электростанциях, котельных, тепловых пунктах и других технологиях и позволяет осуществлять комбинированный процесс деаэрации подпиточной воды систем горячего водоснабжения и получения подпиточной воды с целью восполнения потерь пароводяного цикла. Деаэрационно-дистилляционный теплообменный аппарат содержит корпус. В межтрубном пространстве корпуса, образованного двумя коаксиально установленными трубами, последовательно снизу вверх установлены охладитель выпара, охладитель деаэрированной воды и пароводяной подогреватель, выполненные в виде коаксиально установленных труб, соединенные между собой по исходной воде посредством переходных камер. Во внутреннем объеме последовательно сверху вниз расположены деаэрационная камера расширения, расширитель конденсата первичного пара и сепаратор выпара, разделенные между собой перегородками. При этом деаэрационная камера расширения, имеющая общую стенку с пароводяным подогревателем, соединена по исходной воде посредством окон вверху с пароводяным подогревателем, а внизу с охладителем деаэрированной воды. Нижняя часть пароводяного подогревателя посредством конденсатопровода соединена с расширителем конденсата первичного пара, который снабжен патрубком отвода конденсата и трубой отвода вторичного пара к барботажному устройству, расположенному в нижней части деаэрационной камеры. Устройство для отвода выпара и неконденсирующих газов выполнено в виде кольцеобразного желоба с жалюзным сепаратором, обращенного внутрь к барботажному устройству, и патрубков отвода, нижние концы которых размещены в сепараторе выпара, который соединен с охладителем выпара посредством окон, выполненных в совместной стенке. Аппарат снабжен патрубками для подвода и отвода воды конденсата и пара. Технический результат: снижение металлоемкости на единицу деаэрируемой воды и конденсата, повышение качества деаэрации за счет использования для барботажа пара от вторичного вскипания. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к термической деаэрации подпиточной воды тепловых сетей с возможностью одновременного получения дистиллята для пароводяного цикла котельных.

Изобретение может быть использовано на тепловых электростанциях, котельных, тепловых пунктах и других технологиях и позволяет осуществлять комбинированный процесс: деаэрации подпиточной воды систем горячего водоснабжения, получения подпиточной воды с целью восполнения потерь пароводяного цикла.

Известен деаэратор [1] , содержащий бак аккумулятор с патрубком отсоса неконденсирующих газов и выпара, колонку в виде водоструйного эжектора с водоподающим устройством, выполненным в виде равномерно размещенных по сечению колонки центробежно-струйных форсунок, коллектор, охватывающий колонку с внешней стороны и соединенный с ней радиальными перемычками.

Недостатком данного деаэратора является то, что при подготовке подпиточной воды для теплосети происходит потеря конденсата при контактном подогреве паром деаэрируемой воды.

Известен деаэратор [2] , содержащий концентрично установленный корпус, паровую рубашку с подводящим трубопроводом греющего агента и отводящим конденсатопроводом, водяную рубашку, соединенную в нижней части с трубопроводом подачи деаэрируемой воды и трубопроводом отвода выпара, расположенным в верхней части корпуса соосно паровой рубашке, причем верхняя часть водяной рубашки трубопровода соединена с тангенциально установленным во внутреннюю часть деаэратора в верхней его части соплом.

Недостатком данного деаэратора является то, что тангенциально установленное сопло не обеспечивает равномерного пленочного распределения деаэрируемой воды по всему периметру внутренней поверхности, обогреваемой греющим агентом, и, как следствие, недостаточное качество деаэрации и производительности. Кроме того, не предусматривается утилизация выпара.

Известен также деаэратор [3], содержащий концентрично установленные паровую рубашку с подводящим трубопроводом греющего агента, водяную рубашку, соединенную в нижней части с трубопроводом подачи деаэрируемой воды, и трубопровод отвода выпара, установленную соосно в верхней части корпуса, шайбу с центральным отверстием, установленную в верхней части корпуса с образованием кольцевого зазора с его внутренней поверхностью, и барботажным стаканом, охватывающим нижнюю часть паровой рубашки, которая в нижней части корпуса выполнена перфорированной.

Недостатками данного деаэратора являются его малая тепловая эффективность и низкая производительность, связанная с наличием деаэрируемой воды по одному кольцевому каналу. Пленочная форма стекания деаэрируемой воды требует очень малого зазора, что естественно вызывает повышенное гидравлическое сопротивление, при этом данному деаэратору предъявляется очень высокие требования к чистоте деаэрируемой воды. Другой недостаток - полная потеря конденсата и необеспечена утилизация выпара.

Целью данного изобретения является снижение металлоемкости на единицу деаэрируемой воды и конденсата за счет совмещенного использования поверхностей, а также повышения качества деаэрации за счет использования для барботажа пара от вторичного вскипания. Это достигается тем, что в деаэрационно-дистилляционном теплообменном аппарате, содержащем корпус, образованный двумя коаксиально расположенными трубами, в межтрубном пространстве которого последовательно, снизу вверх установлены охладитель выпара, охладитель деаэрированной воды, пароводяной подогреватель, выполненные в виде коаксиально установленных труб с П-образными на обоих концах впадинами и выступами, скрепленных между собой трубными досками посредством ответно выполненных в них коаксиально расположенных радиальных прорезей, и соединенные между собой по исходной воде посредством переходных камер, образованных трубными досками, а во внутреннем объеме последовательно сверху вниз расположены деаэрационная камера расширения, расширитель конденсата первичного пара и сепаратор выпара, разделенные между собой перегородками, при этом деаэрационная камера расширения, имеющая общую стенку с пароводяным подогревателем, соединена по исходной воде посредством окон вверху с пароводяным подогревателем, а внизу с охладителем деаэрированной воды.

Размещенное в верхней части деаэрационной камеры расширения водопадающее устройство выполнено в виде плиты, подвешенной посредством штанг к крыше, на которой размещены по сечению перпендикулярно ей сопла, а крайние сопла выполнены под углом, например, 45^o к плоскости плиты, при этом ось сопла перпендикулярна радиусу, на котором оно находится. Устройство для отвода выпара и неконденсирующих газов выполнено в виде кольцеобразного желоба с жалюзийным сепаратором, обращенного внутрь к барботажному устройству, и патрубков отвода, нижние концы которых размещены в расширителе выпара с сепарирующим устройством, и который соединен с охладителем выпара посредством окон, выполненных в совместной стенке.

Нижняя часть подогревателя посредством конденсатопровода соединена с расширителем конденсата первичного пара с сепарирующим устройством и патрубками отвода конденсата, который соединен по вторичному пару через трубы с барботажным устройством, расположенным в нижней части деаэрационной камеры расширения.

Кольцевые коллекторы, подводящие исходную воду, пар и отводящие деаэрируемую воду, конденсат, выполнены в форме кулачка, при этом каждый коллектор развернут относительно другого, например, на 90^o.

Совмещенное исполнение пароводяного подогревателя, охладителя деаэрированной воды, охладителя выпара в межтрубном пространстве коаксиально установленных труб, а в их внутреннем объеме - деаэрационной камеры расширения, расширителя конденсата первичного пара и сепаратора выпара позволило эффективно использовать объемы и теплообменные поверхности и тем самым снизить металлоемкость.

Исполнение крайних сопел водоподающего устройства наклонными позволило обеспечить равномерное пленочное распределение деаэрируемой воды по всему периметру внутренней поверхности, обеспечивая тем самым качество деаэрации.

Исполнение устройства для отвода выпара в виде кольцеобразного желоба с жалюзийным сепаратором, обращенного внутрь к барботажному устройству, обеспечило разделение пароводяной смеси с сокращением доли капельного уноса деаэрируемой воды, а его соединение с сепаратором выпара и опосредственно с охладителем выпара позволило получать дополнительный дистиллят и утилизировать тепло выпара.

Соединение парового подогревателя с расширителем конденсата посредством конденсатопровода с дроссельными шайбами позволяет получить захоложенный конденсат и пар вторичного вскипания, который используется в барботажном устройстве и дополнительно повышает качество деаэрируемой воды.

Исполнение кольцевых коллекторов в виде кулачка позволило компактно организовать подвод рабочих сред и тем самым уменьшить габариты аппарата.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены: фиг. 1 - общий вид аппарата; фиг. 2 - продольный разрез аппарата; фиг. 3 - трубная доска; фиг. 4 - кольцеобразный желоб с патрубками отвода выпара; фиг. 5 - водоподающее устройство; фиг. 6 - изображено наклонное сечение сопла.

Деаэрационно-дистилляционный теплообменный аппарат состоит из корпуса, образованного двумя коаксиально расположенными трубами 1 и 2, которые образуют внутренний объем 3 и межтрубное пространство 4, в котором последовательно снизу вверх размещены: охладитель выпара 5, охладитель деаэрированной воды 6 и пароводяной подогреватель 7. Между трубами 1 и 2 коаксиально расположены теплопередающие трубы 8 с П-образными на концах выступами и впадинами, чередующимися по периметру диаметра, например, через 45^o, трубные доски 9, в которых ответно выполнены прорези 10, чередующиеся по диаметру, например, через 45^o, и расположенные коаксиально друг за другом.

Каждые две последовательно стоящие трубы 8, скрепленные вместе, образуют кольцевой канал 11, а каждые две последовательно скрепленные трубы образуют кольцевой канал 12. Коаксиально стоящие трубы 8 своими П-образными вырезами образуют окна 13. Охладитель выпара 5, охладитель деаэрированной воды 6 и пароводяной подогреватель 7 соединены между собой по деаэрируемой воде посредством переходных камер 14 и 15, образованных трубными досками 9.

Пароводяной подогреватель 7 содержит также пароподводящий патрубок с кольцевым коллектором 16, выполненный в виде кулачка, охватывающего трубу 1 с внешней стороны, окна 17, выполненные в трубе 1 по периметру, например, через 45^o, и конденсатопровод 18, один конец которого соединен с нижней частью пароводяного подогревателя 7, а другой конец расположен в расширителе конденсата первичного пара 19 с сепарирующим устройством 20, 21, 22 и патрубком отвода конденсата 23, который располагается во внутреннем объеме 3 в зоне охладителя деаэрированной воды 6.

Охладитель деаэрированной воды 6 содержит также подводящие окна 24, выполненные в верхней его части по периметру трубы 2, например, через 45^o, напротив окон 13, для слива деаэрированной воды, выходные окна 25, выполненные в нижней его части, для отвода деаэрированной воды через кольцевой коллектор 26, выполненный в виде кулачка, и патрубок 27.

Охладитель выпара также содержит входные окна 28, выполненные в трубе 2 по периметру, например, через 45^o для подачи конденсата выпара, выходные окна 29, выполненные в трубе 1 по периметру, например, через 45^o, с кольцевым коллектором 30, выполненным в виде кулачка, и патрубком 31 для отвода конденсата и неконденсирующих газов, и окна 32, выполненные в трубе 1 по периметру, например, через 45^o, через которые посредством кольцевого коллектора 33, выполненного в виде кулачка, патрубка 34, а также механического фильтра 35 подается исходная вода.

Во внутреннем объеме 3 размещена деаэрационная камера расширения 36 перегретой воды, имеющая общую стенку 37 с пароводяным подогревателем 7 и в нижней части соединенная по деаэрированной воде посредством выходных окон 24 с охладителем деаэрированной воды 6. Водоподающее устройство 38 выполнено в виде равномерно размещенных по сечению колонки водяных сопел 39, при этом крайние сопла выполнены под углом тангенциально к стене пароводяного подогревателя 7. В нижней части барботажное устройство содержит водораспределитель 40, тарелку 41 с перфорацией 42 и переливным порогом, выполненным в виде последовательно чередующихся щелей 43, перфорированный лист 44. Над барботажным устройством расположено устройство для отвода выпара и неконденсирующих газов, выполненное в виде кольцеобразного желоба 45 с жалюзийным сепаратором 46, обращенным внутрь к барботажному устройству, патрубков отвода выпара 47, нижние концы которых размещены в сепараторе выпара 48, содержащем сепарационное устройство 49, 50, а также патрубки 51 и 52 отвода конденсата. Деаэрационная камера расширения 36, расширитель конденсата 19 и сепаратор выпара 48 разделены между собой перегородками 53, 54.

Деаэрационно-дистилляционный теплообменный аппарат работает следующим образом. Исходная вода под давлением 3-4 бар по патрубку 34 и кольцевому коллектору 33, через окна 32, механический фильтр 35 и через прорези 10 в трубной доске подается в кольцевые каналы 11 охладителя выпара 8.

Одновременно выпар, образуемый при деаэрации, проходит жалюзийный сепаратор 46, сокращая тем самым унос конденсата, и поступает в кольцеобразный желоб 45, оттуда через патрубки 47 в сепаратор выпара 48 и, проходя сепарационные устройства 49, 50, где часть выпара выпадает в конденсат, отводится через патрубки 51 и 52, оставшаяся часть выпара через окна 28 и П-образные окна 13 поступает в кольцевые каналы 12, где конденсируется, отдавая тепло воде, движущейся по кольцевому каналу 11, и в виде конденсата отводится через окна 29, кольцевой коллектор 30 и патрубок 31. Получив тепло от конденсации выпара, деаэрируемая вода через прорези 10 трубной доски 9 поступает в переходную камеру 14 и далее через прорези 10 трубной доски 9 в кольцевой канал 11 охладителя деаэрированной воды 6.

Одновременно деаэрированная вода с температурой, например, 101-113^oC поступает из деарационной камеры расширения 36 через окна 24 в кольцевые каналы 12, где, отдавая часть тепла, отводится через окна 25, кольцевой коллектор 26 и далее в патрубок 27. Получив тепло от деаэрированной воды, исходная вода через прорези 10 трубной доски 9 поступает в переходную камеру 15 и далее через прорези 10 трубной доски 9 поступает в кольцевые каналы 11 пароводяного подогревателя 7. Одновременно через пароподводящий кольцевой коллектор 16 и окна 17 пар поступает в кольцевые каналы 12, где, конденсируясь, нагревает исходную воду до температуры, например, 114^oC, которая через прорези 10 трубной доски 9 поступает на водоподающее устройство 38 с соплами 39. При истечении через сопла перегретой воды происходит вскипание в объеме с выделением растворенных газов. При истечении из крайних сопел вода, движущаяся со скоростью, например, 20 м/с, кроме того, ударяется тангенциально о внутреннюю стенку 37 несущей трубы 2. При этом часть струи вскипает, разбивается на мелкие капли, а другая часть в виде пленки стекает по всему периметру, образуя пароводяную смесь, которая, получая дополнительное тепло от трубы 2, активно деаэрирует. Равномерный нагрев стенки 37 трубы 2 паром позволяет поддерживать повышенное значение парциального давления неконденсирующих газов в выпаре и, следовательно, также способствует повышению качества деаэрации воды. Деаэрированная вода из камеры расширения, попадая на водораспределитель 40, перфорированный лист 44, дополнительно барботируется в беспровальном режиме паром, получаемым после вторичного вскипания конденсата из трубопровода 18 и расширителя 19.

Таким образом, данная конструкция деаэрационно-дистилляционного теплообменного аппарата позволила за счет совмещения использования поверхностей и рационального использования объемов повысить качество деаэрируемой воды, дополнительно получить дистиллят и при этом существенно снизить металлоемкость.

Источники информации 1. А.С. 509543, C 02 B 1/10 СССР, Деаэратор.

2. А.С. 1528735, C 02 F 1/20 СССР, Деаэратор.

3. А.С. 2022931, C 02 F 1/20 СССР, Деаэратор.

Формула изобретения

1. Деаэрационно-дистилляционный теплообменный аппарат, содержащий корпус, деаэрационную камеру с водопадающими и барботажными устройствами и патрубками отвода выпара и неконденсирующих газов, паровую и водяную рубашки с патрубками отвода и подвода, отличающийся тем, что в межтрубном пространстве корпуса, который образован двумя коаксиально установленными трубами, последовательно снизу вверх установлены охладитель выпара, охладитель деаэрированной воды и пароводяной подогреватель, выполненные в виде коаксиально установленных труб с П-образными на концах впадинами и выступами, скрепленных между собой трубными досками посредством ответно выполненных в них коаксиально расположенных радиальных прорезей, и соединенные между собой по исходной воде посредством переходных камер, образованных трубными досками, а во внутреннем объеме последовательно сверху вниз расположены деаэрационная камера расширения, расширитель конденсата первичного пара и сепаратор выпара, разделенные между собой перегородками, при этом деаэрационная камера расширения, имеющая общую стенку с пароводяным подогревателем, соединена по исходной воде посредством окон вверху с пароводяным подогревателем, а внизу с охладителем деаэрированной воды.

2. Деаэрационно-дистилляционный теплообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что водопадающее устройство выполнено в виде плиты, подвешенной посредством штанг к крышке, на которой равномерно размещены по сечению перпендикулярно ей сопла, а крайние сопла выполнены под углом, например, 45^o к плоскости плиты, при этом ось сопла перпендикулярна радиусу, на котором оно находится.

3. Деаэрационно-дистилляционный теплообменный аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что устройство для отвода выпара и неконденсирующих газов выполнено в виде кольцеобразного желоба с жалюзийным сепаратором, обращенным внутрь к барботажному устройству, и патрубков отвода, нижние концы которых размещены в сепараторе выпара с сепарирующими устройствами, и патрубком отвода конденсата, и который соединен с охладителем выпара посредством окон, выполненных в совместной стенке.

4. Деаэрационно-дистилляционный теплообменный аппарат по п.3, отличающийся тем, что нижняя часть пароводяного подогревателя посредством конденсатопровода соединена с расширителем конденсата первичного пара с сепарирующим устройством и патрубком отвода конденсата, который соединен по вторичному пару посредством трубы с барботажным устройством, расположенным в нижней части камеры расширения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6