Подобряване на вакуумните обезвъздушители

В допълнение, опитът на експлоатация на вакуумните деаератори показва, че по време на работа дегазационната характеристика на деаератора може да се промени с постоянна температура и хидродинамични параметри на режима на работа на деаератора. В този случай оптималното нагряване на водата в обезвъздушителя може както да се увеличи, така и да намалее. Причината, довела до промяната в характеристиките на дегазация, като правило остава неизвестна, тъй като теоретичните разпоредби за термична деаерация не оценяват това явление [2].
Въпросът за промяната на дегазационните характеристики на деаератора с постоянна температура и хидродинамични параметри в отворената преса беше обсъден за първи път в [3], където беше изразена гледната точка, че причината за промяната в дегазационните характеристики на деаератора с постоянна температура и хидродинамични параметри на работния режим е промяната в кавитационната якост на обезвъздушената вода. Това свойство на водата характеризира условията, при които газовите мехурчета се появяват и растат във вода и е разгледано подробно в специална литература, например в [4]. Според теорията за кавитацията интензивността на отделянето на разтворени газове от водата поради образуването на мехурчета зависи от силата на кавитация на водата. Колкото по-ниска е кавитационната якост на водата (в някои източници тя се нарича „обемна сила на водата“), толкова по-интензивно се отделят газове от нея поради образуването на мехурчета и следователно, толкова по-малко е минимално необходимото нагряване на водата в обезвъздушителя.
От теорията за кавитацията [4] е известно, че силата на кавитация на водата зависи от много фактори, например от механични микроскопични примеси в течност, от присъствието на разтворени соли в течност, от обработката на водата под налягане, от ефектът на космическите лъчи върху хидродинамичното състояние на потока (върху турбулентността) и др. При определяне на дегазационните характеристики на обезвъздушителя факторите, влияещи върху силата на кавитация на обезвъздушената вода, като правило не се вземат предвид, и следователно силата на кавитация на обезвъздушената вода също не се взема под внимание. Силата на кавитация на различни предмети обаче може да бъде различна.

Фигура: 2. Схема на реконструираните обезвъздушители DV-400 и DV-800:
1 - калъф; 2, 3, 4, 5 - плоча; 6 - разклонителна тръба за подаване на недеаерация на вода; 7 - входяща тръба за отоплителна вода; 8 - изходяща тръба за обезвъздушена вода; 9 - разклонителна тръба за отвеждане на некондензиращи се газове; 10 - турбулизираща решетка; 11 - направляващо острие; 12 - дюза

Освен това силата на кавитация на водата може да се промени по време на работа на обезвъздушителя. В тази връзка се променя и дегазационната характеристика на обезвъздушителя. Промяна в характеристиките на дегазация по време на работа може да доведе до влошаване на качеството на деаерацията или до необосновано високо нагряване на вода в деаератора, което е икономически неизгодно.
Напоследък, при подобряването на процесите на обезвъздушаване, се наблюдава тенденция към увеличаване на интензивността на процеса на обезвъздушаване поради намаляване на силата на кавитация на обезвъздушената вода. Например ултразвуковото третиране на обезвъздушената вода [5] подобрява качеството на обезвъздушаването. Отбелязва се също така, че с увеличаване на хлоридите в обезвъздушената вода качеството на обезвъздушаването се подобрява, което вероятно е свързано и с намаляване на кавитационната якост на обезвъздушената вода.
Намаляване на кавитационната якост на обезвъздушената вода възниква и в обезвъздушител (широко използван в топлоенергетиката), разработен въз основа на изобретението [6]. Отличителна черта на този деаератор е, че в дюзата е монтирана дюза за подаване на обезвъздушена вода към деаератора. В дюзата водата се ускорява до високи скорости и става турбулентна, в резултат на което силата на кавитация на обезвъздушената вода намалява и интензивността на отделянето на газ от обезвъздушената вода поради образуването на мехурчета се увеличава.
Този деаератор обаче има значителен недостатък, който е, че се изисква да се създаде повишено налягане на обезвъздушената вода пред него. Този недостатък е елиминиран в обезвъздушителя, показан на фиг. 2, в която за увеличаване на турбулентността на потока на обезвъздушената вода в дюза 6 са монтирани турбулентни решетки 10, спирални водещи лопатки 11 и дюза 12. Този обезвъздушител се основава на изобретението [7]. В разработения обезвъздушител потокът на обезвъздушената вода, преминаващ през дюза 6, се турбулизира от решетката 10, усуква се спирално от лопатките 11 и след това навлиза в дюзата 12. Когато попадне в дюзата, налягането в потока на водата намалява, докато газовете се отделят интензивно от обезвъздушената вода поради образуването на мехурчета ... Когато напуска дюза 12 под действието на центробежни сили, завихрящият се поток се разпада на малки капчици, които след това, движейки се в отделението за пара, се нагряват от пара; докато от капките, поради дифузия, газовете се отделят интензивно.
Разклонителната тръба 6 с монтирана в нея решетка 10, лопатките 11 и дюзата 12 играят ролята на дюза, ефективността на която зависи от качеството на обезвъздушаването на водата.
Необходимо условие за разпадането на водния поток на малки капчици при излизане от дюзата е увеличаване на тангенциалния компонент на скоростта на потока на течността в напречното сечение на потока от централната ос към периферията. Това условие може да бъде постигнато чрез избор на оптимален ъгъл на завъртане на водещата лопатка.
За да определим ъгъла на усукване на направляващата лопатка, нека определим математическия модел на потока, завихрен от спиралните лопатки. За това нека поставим закона за усукване на лопатките

(един)

където a е ъгълът на усукване на лопатката на разстояние r от оста на дюзата, равен на ъгъла между образуващата цилиндър, коаксиална на дюзата, и допирателната към острието, излъчвана от задния ръб на острие; r - разстояние (радиус) от ъгъл а до оста на тръбата; dH - диаметър на дюзата; an - ъгълът на усукване на лопатката на разстояние dH/2 от оста на дюзата.
Нека съставим диференциалното уравнение на поток от елементарен поток. Нека напишем закона за запазване на енергията за елементарна струйка под формата на уравнението на Бернули, като приемем, че течността е идеална

(2)
където P е статичното налягане на елементарна струйка, генерирана от завихряне на потока; p е плътността на течността; и - тангенциален компонент на скоростта на движение на елементарна струйка; z е аксиалният компонент на скоростта на елементарната струйка; Рт - динамична глава на елементарен поток преди завихрящ се поток.
Предполагаме, че ъгълът на въртене на потока е равен на ъгъла на въртене на острието.
Центробежната сила, действаща върху елементарна струйка на завихрящ се поток, е равна на разликата в наляганията, действащи върху страничните повърхности на тази струйка, която се изразява по формулата

(3)
От уравнения (1), (2), (3) получаваме

(4)
Където

Решението на уравнение (4) има формата
(пет)
След опростяване уравнение (5) може да бъде представено като

(6)
където C1 е константата на интегриране.
Уравнение (6) представлява математически модел на потока на флуида в разклоняваща се тръба, въртяща се с винтови лопатки, чийто закон на въртене е описан от уравнението (1).
Уравнение (6) дава възможност да се определят полето на скоростите на потока и плътността на напояването във факела при различни стойности на a и dH, както и да се определят оптималните a и dH при даден дебит на водата.
На фиг. 3 показва характеристиката на дюза, чиито направляващи лопатки се изчисляват по формула (6). Тази характеристика беше определена експериментално при тестване на една от петте дюзи, инсталирани в деаератора DV-800. Дюзите са проектирани за скорост на воден поток от 120 t/h всяка при спад на налягането в дюзата от 0,10 MPa.
При тестване на дюзата обезвъздушителят работи в следния режим:
консумация на недеерирана вода в обезвъздушителя 575 t/h;
температура на обезвъздушената вода 26 ° С;
налягане на деаератора 0,006 MPa;
налягане на водата пред дюзата 0,079 МРа.
От резултатите от теста може да се види, че в посочения режим производителността на дюзата е близка до изчислената стойност, а плътността на напояване е една и съща през цялото напречно сечение на пламъка.

Фигура: 3. Плътност на напояване в напречното сечение на горелката:
r - разстояние от оста на горелката

Трябва да се отбележи, че проектната производителност на дюзата 120 t/h се определя от условието на максимално възможния дебит на обезвъздушената вода в обезвъздушителя 600 t/h. Не беше необходимо да се увеличава капацитетът на деаератора до повече от 600 t/h, тъй като общият капацитет на деаераторите, инсталирани в съоръжението, значително надвишава максимално възможния дебит на водата в деаераторите.
В момента повече от 10 реконструирани обезвъздушители са в търговска експлоатация, чийто дизайн е подобен на обезвъздушителя, показан на фиг. 2. Първият реконструиран деаератор е в експлоатация от 1994 г. Тестовете на първия реконструиран деаератор показват, че поради реконструкцията минимално необходимото отопление на водата е намаляло от 24 на 16 ° C и минималната необходима температура на отоплителната вода е намаляла. Преди реконструкцията като отоплителна среда в деаератора се използва директна мрежова вода с температура 90 ° C или повече и за достигане на тази температура се използва специален нагревател, който се включва, когато температурата на директната мрежа водата е била под 90 ° C. След реконструкцията обезвъздушителят осигурява нормално качество на обезвъздушаване при температура на нагряващата вода от 80 ° C или повече. Не беше необходимо да се намалява температурата на отоплителната вода под 80 ° C по време на изпитването, тъй като за този обект посочената температура съответства на минималната стойност на температурата на директно подаваната вода, определена съгласно температурния график на отоплителните мрежи. Следователно този деаератор не е тестван при температура на нагряващата вода под 80 ° C. Опитът от експлоатацията на реконструираните обезвъздушители в други съоръжения обаче показва, че намаляването на температурата на отоплителната вода в тях до 70 ° C не оказва значително влияние върху качеството на обезвъздушаването. Що се отнася до максималната производителност на реконструирания обезвъздушител, тогава при температурата на недеерирана вода
30 ° C и температура на нагряващата вода 70 ° C или повече, реконструираният обезвъздушител осигурява висококачествено обезвъздушаване от 950 t/h вода. Непроектираните обезвъздушители съгласно [8] при температура на обезвъздушената вода от 30 ° C могат да обезвъздушават не повече от 620 t/h.
Съществува и положителен опит от експлоатация на реконструирани обезвъздушители за дълго време (от 1996 г.), когато се използва вода за връщане в мрежа с температура 50 - 70 ° C като отоплителна среда. Експлоатационният опит показва, че при температура на нагряващата вода от 50 - 70 ° C деаераторите постоянно осигуряват необходимото качество на деаерацията, но производителността на деаератора намалява, а при температура на отоплителната вода 50 ° C производителността на деаератора е 40 - 50 % от номиналната производителност на обезвъздушителя.
Икономическият ефект от реконструкцията на деаератора DV-800, инсталиран на ТЕЦ в схемата за подгряване на отоплителната мрежа, е 800 т/година еквивалентно гориво.

констатации

Кавитационната сила на водата е един от факторите, които определят интензивността на процеса на деаерация на водата в термичните деаератори.
Разликата в характеристиките на дегазация на вакуумните деаератори, инсталирани в различни съоръжения, се дължи на разликата в кавитационната якост на обезвъздушената вода в тези съоръжения.
Промяната в дегазационните характеристики на деаератора без промяна на температурата и хидродинамичните параметри на режима на работа на деаератора се дължи на промяна в кавитационната якост на водата.
Използването във вакуумни деаератори на дюзи с направляващи винтови лопатки подобрява дегазационните характеристики на деаератора, а именно:
намалява минимално необходимото нагряване на водата в деаератора от 24 на 16 ° С;
намалява минимално допустимата температура на отоплителната вода от 85 - 90 на 70 ° С.
Капацитетът на реконструирания обезвъздушител, в чиято конструкция се използват дюзи с насочващи винтови лопатки, е 950 t/h при температура на обезвъздушената вода от 30 ° C и температура на нагряващата вода от 70 ° C или повече.

Списък на литературата

Типични инструкции за експлоатация на автоматизирани обезвъздушителни системи за изграждане на отоплителна мрежа. Москва: Союзтехенерго, 1985.
RTM 108.030.21-78. Изчисляване и проектиране на термични обезвъздушители. L.: ЦКТИ, 1979.
Бравиков А. М. Разработване и изследване на прегрятата вода деаератор. - Топлоенергетика, 1990, No12.
Карелин В. Я. Кавитационни явления в центробежни и аксиални помпи. Москва: Машиностроене, 1975.
Водолазов О. А. Нов метод за обезвъздушаване на водата. - Енергичен, 1999, бр.2.
КАТО. 1255805 (СССР). Вакуумен деаератор/Комарчев И. Г., Нестеренко Б. М., Качанова-Махова Н. И. Публ. в B.I., 1986, № 33.
Потупване. 2054384 (RF). Термичен деаератор/Бравиков А. М. Публ. в B.I., 1996, №5.
Шарапов В.И., Кувшинов О. Н. За работната производителност на вакуумните деаератори. - Електроцентрали, 1998, No 8.