Деаэратор

Деаэратор - это устройство для удаления из воды растворенных газов О₂ и СO₂. В деаэраторах термическая деаэрация воды сочетается с ее подогревом. Выделение СО₃ более сложно, т.к. при подогреве воды его количество увеличивается из-за разложения бикарбонатов и гидролиза образующихся карбонатов. Деаэраторы устанавливают на ТЭС и в районных котельных для деаэрации питательной воды, подаваемой в парогенераторы, и подпиточной воды, подаваемой в тепловую сеть. Термические деаэраторы подразделяют: по назначению — на деаэраторы питательной воды паровых котлов, деаэраторы добавочной воды и обратного конденсата внешних потребителей, деаэраторы подпиточной воды тепловых сетей; по давлению греющего пара — на деаэраторы повышенного давления, работающие при давлении 0,6—0,8 МПа (на АЭС — до 1,25 МПа) и используемые в качестве деаэраторов питательной воды на ТЭС и АЭС, атмосферные деаэраторы, работающие при давлении 0,12 МПа, вакуумные деаэраторы, в которых деаэрация происходит при давлении ниже атмосферного (7,5—50 кПа); по способу обогрева деаэрированной воды — на деаэраторы смешивающего типа со смешением греющего пара и обогреваемой деаэрированной воды, применяемые на всех ТЭС и АЭС, деаэраторы перегретой воды с внешним предварительным нагревом воды отборным паром; по конструктивному выполнению — на деаэраторы с поверхностью контакта, образующейся в процессе движения пара и воды (струйно-барботажные, струйные и пленочного типа с неупорядоченной насадкой), деаэраторы с фиксированной поверхностью контакта фаз (пленочного типа с упорядоченной насадкой). Деаэраторы должны: иметь двухступенчатую схему дегазации воды с паровым барботажем в качестве второй ступени деаэрации; а также деаэраторный бак достаточной вместимости; обеспечивать быстрый нагрев воды и соответствующую температуру поступающей в деаэратор воды, а также дробление воды на тонкие струи, пленки, капли для быстрого нагрева от вводимого пара; иметь противоточно-перекрестное движение воды и пара для лучшего перемешивания и теплообмена; гарантировать полный и быстрый отвод газов, проходящих через охладитель.
Наибольшее распространение получили деаэраторы струйного типа, с насадкой, струйно-барботажные с внутренним обогревом воды паром постоянного давления 0,6-0,8 МПа. Эти деаэраторы являются одновременно регенеративными подогревателями смешивающего типа. Деаэраторы струйного типа состоит из бака и деаэрационной колонки, в которой установлены тарелки. Греющий пар подается в нижнюю часть колонки через горизонтальный коллектор — парораспределитель с отверстиями. Выделяемые из воды газы вместе с небольшой несконденсированной частью пара (выпаром) поднимаются и в виде паровоздушной смеси удаляются из колонки через центральный штуцер в верхней ее части. Деаэрация воды обеспечивается ее нагревом до кипения и выделением при этом пара с выпаром в количестве не менее 1,5—3 кг на 1 т деаэрированной воды. Деаэраторы смешивакщего типа снабжают охладителями паровоздушной смеси (выпара), включенными на трубопроводе подвода деаэрируемой воды. В охладителе выпара пар конденсируется и его конденсат возвращается в деаэратор, воздух удаляется в атмосферу непосредственно, если в деаэраторе поддерживается избыточное давление, или через паровоздушный эжектор, если деаэратор вакуумный. Деаэрированная вода собирается под деаэрационной колонкой в деаэраторном (аккумулирующем) баке цилиндрической формы. Деаэраторы струйного типа наряду с известными преимуществами (простота конструкции, малое паровое сопротивление аппарата) имеют сравнительно низкую интенсивность деаэрации воды на единицу длины струи. Рост производительности установок приводит к значительному увеличению высоты колонки (до 4 м и более), вследствие чего требуется соответствующее помещение для ее размещения и затрудняются обслуживание и ремонт деаэраторов. Наиболее эффективны струйно-барботажные деаэраторы. Деаэрация воды в них осуществляется по двухступенчатой схеме. 1-я ступень состоит из двух (верхней и перепускной) дырчатых тарелок и пространства между ними, в котором образуется водяная завеса для контакта с паром. 2-я ступень — барботажное устройство, состоящее из двух кольцевых перфорированных зон, ограниченных снизу равновысокими кольцевыми перегородками. После обработки в барботажном устройстве вода через гидрозатвор сливается в деаэраторный бак. В зависимости от типа ТЭЦ и предназначения деаэратора применяют различные схемы его присоединения к отборам турбины.
На ТЭЦ обычно применяют двухступенчатую деаэрацию воды. Первой ступенью является атмосферный деаэратор, работающий на паре регенеративного отбора турбины, после которого добавочная вода направляется в линию основного конденсата; второй — деаэратор питательной воды. Для защиты деаэраторов устанавливают предохранительные клапаны (при повышении давления) и гидрозатвор (при понижении давления). Для предотвращения вскипания воды на входе в питательные насосы при снижении давления деаэраторы устанавливают на высоте не менее 7 м над насосом. Процесс деаэрации автоматизируют для поддержания необходимой температуры и уровня воды в деаэраторном баке при переменном режиме работы. Тепловой расчет деаэраторов включает составление и решение уравнений материального и теплового баланса.

Процесс деаэрации в струях и слоях не может создать эффективные и компактные установки для современной энергетики. В струйных колонках при серьезных нагрузках нельзя установить требуемое для тщательной деаэрации количество тарелок. Поэтому предусматривают еще одну барботажную ступень в баке-аккумуляторе. Кроме модернизации конструкции деаэратора, установка барботажных устройств в баке связана с дополнительными энергетическими потерями.
Перспективным развитием деаэраторов является производство барботажных устройств, где деаэрация воды проходит в самой колонке.
Предполагается установка барботажного устройства по всей колонке, где все паровые сечения закрываются потоком деаэрируемой воды, греющий пар направляется в колонку под барботажную установку или в паровое пространство бака-аккумулятора. Деаэрированная среда проходит через гидрозатвор.
На сегодняшний день существует множество различных установок для термической деаэрации воды с помощью барботирующего через слой жидкости греющего пара. Теплообменные свойства барботажной толщи зависят от гидродинамических свойств барботажа и определяются приведенной скоростью пара.
За основу конструкций деаэраторов с беспровальным барботажным слоем принят принцип десорбции в барботажном слое. Главными конструктивными узлами колонки барботажного типа являются водораспределительное устройство с отверстиями, барботажное устройство с перфорированным участком, пароперепускной клапан, дренажный канал с гидрозатвором. Также применяют боковой отсос выпара, где часть участка, прилегающая к трубке выпара, у листа водораспределителя не перфорируется.
Пропускное отверстие барботажной зоны производится так, чтобы предотвратить провал водной среды скозь отверстия при небольших расходах пара и не допустить сверхкритического барботажа при растущих расходах пара.
При больших расходах пара сопротивление возрастает, что приводит к прорыву пара через пароперепускной клапан и созданию дополнительного барботажного участка на выхлопе этого канала. Величина сечения канала выбирается максимально возможной.Для предотвращения прорыва греющего пара в сливной стакан, нижняя его часть выполнена по принципу гидравлического затвора.
С водораспределителя деаэрируемая вода дождем падает в зону выхлопа парового клапана и течет слоем через перфорированный участок барботажного устройства в сливной стакан, откуда, пройдя гидрозатвор, попадает в бак-аккумулятор или проходит еще над одним дополнительным барботажным участком (либо сливается через перфорацию дополнительной тарелки).
Греющий пар (в вакуумном - вода) подается в распределительную камеру, а из распределительной камеры через перепускной канал под барботажное устройство и в пароперепускной клапан, нагревая и барботируя уносит в выпар выделившиеся из воды растворенные газы, обеспечивая глубокую деаэрацию. При сравнительно небольшой стоимости и отличных деаэрирующих способностях колонки (ДА) основным преимуществом ее является отсутствие необходимости в дополнительном барботажном устройстве в баке-аккумуляторе