Раздел - Энергоснабжение

Деаэрационно-дистилляционный теплообменный аппарат

Деаэрирование воды вызвано необходимостью удаления кислорода из воды для горячего водоразбора и внутренних схем ТЭЦ.

Вода, содержащая кислород, очень агрессивна при нагреве, что приводит в негодность оборудование и трубопроводы за 2-3 года. Деаэрация применяется с появлением первых паросиловых и теплофикационных установок с 20-х годов прошлого столетия. Пер­вые деаэраторы были металлоемки, неустойчивы в работе при изменении режимов, обладали узким диа­пазоном изменения производительности, требовали значительных площадей для размещения вспомога­тельного оборудования (подогревателей, охладителей, эжекторов, насосов, трубопроводов, обвязки).

Использующиеся в настоящее время атмосфер­ные деаэраторы обладают существенными недостат­ками:

– потеря пара при нагреве деаэрируемой воды;

– узкий диапазон регулирования производитель­ности;

– высокая металлоёмкость;

– низкая надёжность (требуют ежегодного ремонта).

Традиционная технология подготовки подпиточной воды химическим способом (по схеме двух­ступенчатого натрий-катионирования) предусмат­ривает дополнительные потери до 7-9 % исходной воды на регенерацию и отмывку фильтров. Терми­ческий способ приготовления добавочной воды для подпитки котлов позволяет полностью исключить потери воды на регенерации и отмывки фильтров ХВО и сократить в 2-4 раза продувку котлов. В каче­стве источника восполнения потерь пара и конденса­та предлагается использовать деаэрационно-дистилляционный теплообменный аппарат (ДДТА), лишен­ный вышеперечисленных недостатков.

Деаэрационно-дистилляционный теплообмен­ный аппарат (рис. 9.10) состоит из корпуса, образован­ного двумя коаксиально расположенными трубами, которые образуют внутренний объем и межтрубное пространство, где последовательно снизу вверх раз­мещены: охладитель выпара, охладитель деаэриро­ванной воды, пароводяной подогреватель и водоподающее устройство в виде равномерно размещен­ных по сечению колонки водяных сопел. Между тру­бами коаксиально расположены кольцевые канавки. Охладитель выпара, охладитель деаэрированной воды и пароводяной подогреватель соединены меж­ду собой по деаэрируемой воде посредством пере­ходных камер, образованных трубными досками.

Во внутреннем объеме размещены сепаратор выпара, расширитель конденсата и деаэрационная камера расширения «перегретой воды», имеющая общую стенку А с пароводяным подогревателем и в нижней части соединенная по деаэрированной воде посредством выходных окон с охладителем деаэри­рованной воды.

Над барботажным устройством расположен жалюзийный сепаратор.

Деаэрационная камера расширения, расширитель конденсата и сепаратор выпара разделены между собой перегородками.

Деаэрационно-дистилляционный теплообмен­ный аппарат работает следующим образом. Исход­ная вода под давлением 3-4 бар подается в кольце­вые каналы охладителя выпара. Одновременно выпар, образуемый при деаэрации, проходит жалюзийный сепаратор, поступает в сепаратор выпара и про­ходит сепарационные устройства, где часть выпара выпадает в конденсат и отводится через патрубки отвода конденсата. Оставшаяся часть выпара посту­пает в кольцевые каналы охладителя, где конденси­руется, отдавая тепло воде, движущейся по кольце­вому каналу, и в виде конденсата отводится через патрубок. Получив тепло от конденсации выпара, деаэрируемая вода через переходную камеру посту­пает в охладитель деаэрированной воды.

Одновременно деаэрированная вода с темпера­турой, например, 101-103 °С поступает из деаэрационной камеры расширения в охладитель деаэриро­ванной воды, отдавая часть тепла, и отводится через патрубок отвода деаэрированной воды. Получив тепло от деаэрированной воды, исходная вода через переходную камеру поступает в пароводяной подо­греватель. Одновременно через патрубок пар посту­пает в подогреватель, где, конденсируясь, нагревает исходную воду до температуры, например, 114 °С, далее через прорези трубной доски вода поступает на водоподающее устройство с соплами. При исте­чении через сопла перегретой воды происходит вски­пание в объеме с выделением растворенных газов. При истечении из крайних сопел вода, движущаяся со скоростью примерно 20 м/с, кроме того, ударя­ется тангенциально о внутреннюю стенку А несущей трубы. При этом часть струи вскипает, разбивается на мелкие капли, а другая часть в виде пленки стекает по всей внутренней поверхности, образуя пароводя­ную смесь, которая, получая дополнительное тепло от трубы, активно деаэрирует. Равномерный нагрев стенки А трубы паром позволяет поддерживать по­вышенное значение парциального давления неконденсирующих газов в выпаре и, следовательно, также способствует повышению качества деаэрации воды.

Деаэрированная вода, попа­дая из камеры расширения на водораспределитель, перфорированный лист, дополнительно барботируется в беспровальном ре­жиме паром, получаемым после вторичного вскипа­ния конденсата из трубопровода расширителя.

Таким образом, суть работы деаэрационной ко­лонки на «перегретой воде» заключается в том, что кроме решения основной задачи – получения деаэ­рированной подпиточной воды для подпитки теп­лосети – попутно, безреагентным способом получа­ется до 2-3 % чистого конденсата. В отличие от тра­диционного деаэратора новый вид деаэратора на «перегретой воде» позволяет экономить до 8-10 % чистого конденсата, на приготовление которого по­требовалось бы затратить химические реагенты. В схе­ме восполнения потерь с деаэратором на «перегретой воде» никаких химических реагентов не требуется.

ДДТА обеспечивает:

– содержание кислорода в деаэрированной воде не выше 30 мкг/л в диапазоне нагрузок от 30 до 100 % за счет двухступенчатой деаэрации;

– самую низкую металлоемкость на тонну деаэри­руемой воды за счет совмещения в одном корпусе коль­цевых пластинчатых подогревателей и охладителей;

– получение до 2 % дистиллята от общего коли­чества деаэрируемой воды за счет размещения в еди­ном корпусе сепарационных устройств.

Преимущества предлагаемого ДДТА

1. Низкая металлоемкость всей установки.

2. Требуется минимум производственных площадей.

3. Отсутствие трубопроводов и арматуры для связи между вспомогательным оборудованием.

4. Стабильность режимов работы за счет двух ступе­ней деаэрации.

5. Получение попутного дистиллята.

6. Повышенная глубина деаэрации.

7. Аппарат может быть установлен на открытом воздухе с укрытием только арматуры подвода и от­вода среды.

8. При изготовлении теплообменных элементов из нержавеющей стали ДДТА не требует ремонта. Пе­риодическое техническое обслуживание требуется
только для распылительных элементов.

Срок службы трубопроводов у потребителей воз­растает до 10 раз, если до этого вообще не было деа­эрации. В случае замены существующих деаэрато­ров на ДДТА:

– исключается потеря пара;

– сокращается в 4 раза количество арматуры;

– исключается пропуск кислорода при перемен­ных нагрузках;

– снижаются затраты на ремонт.

Потребителем ДДТА могут быть все вновь строя­щиеся или модернизируемые источники тепла и электроэнергии, а также существующие и строящиеся цен­тральные тепловые пункты (ЦТП) во всех городах.

Перспективы развития ДДТА

Возможно создание типоразмерного ряда по про­изводительности от 50 т/ч до 1000 т/ч. За счет даль­нейшей оптимизации конструкции может быть уменьшена металлоемкость.

Повышения качества деаэрации можно добить­ся посредством интенсификации дробления струи, а также применением акустических методов.

Производительность получения дистиллята мож­но сделать регулируемой. Последовательное включе­ние по сетевой воде позволит улавливать до 2 % дис­тиллята от циркулирующей сетевой воды.

Преимущества пластинчатых теплообменников

1. Описание конструкции пластинчатого теплообменника

Пластинчатый теплообменник – это теплообмен­ник поверхностного типа (рис. 9.11), предназначенный для осуществления тепло­обмена между различны­ми средами, такими как жидкость-жидкость, пар (газ)-жидкость.

Пары гофрированных пластин образуют каналы для прохода теплоносите­лей. Внешнюю герметич­ность каналов и распреде­ление теплоносителей по каналам обеспечивают резиновые уплотнения. Оптимальное количество пластин и тип пластин, необходимых для обеспече­ния требуемого теплосъема при заданных условиях, количество ходов теплоносителей и направление движения теплоносителей определяется в результа­те тепло-гидравлического расчета.

Пакет пластин устанавливается на раму тепло­обменника, состоящую из опорной плиты, прижим­ной плиты верхней и нижней направляющих и опор­ной колонны. К опорной плите пакет прижимается прижимной плитой, и после затяжки стяжных бол­тов теплообменник готов к эксплуатации (рис. 9.12). Монтаж трубопроводов, как правило, осуществ­ляется только со стороны опорной плиты. Фланце­вое присоединение трубопроводов к прижимной пли­те является стандартным для разборных пластинча­тых теплообменников.

На рисунке обозначено: 1 – неподвижная плита; 2 – прижимная плита; 3 – стяжные болты; 4 – шпильки фланцев; 5 – патрубки; 6 – опорная колонна; 7 – установочные пятки; 8 – верхняя направляющая; 9 – нижняя направляющая.

Теплоноситель из подающего трубопровода про­ходит через патрубок опорной плиты и попадает в раздающий коллектор теплообменника. В раздаю­щем коллекторе теплоноситель попадает в каждый четный канал. Второй теплоноситель через свой пат­рубок попадает в свой раздающий коллектор и из коллектора попадает в каждый нечетный канал.

Пройдя по каналам, теплоносители попадают каждый в свой собирающий коллектор и через пат­рубки на опорной плите уходят в отводящие трубо­проводы.

Для крепления теплообменника к строительным конструкциям на опорной плите и опорной колонне предусмотрены монтажные пятки с отверстиями, которые анкерными болтами крепятся к строитель­ным конструкциям.

Для обеспечения возможности эксплуатации пла­стинчатых теплообменников на объектах с повы­шенной сейсмоактивностью монтажные пятки могут размещаться и на прижимной плите.

Необходимость в применении дополнительных монтажных пяток, их количество и исполнение оп­ределяются конструкторским расчетом.

Высокая эффективность теплопередачи достига­ется за счет применения тонких гофрированных пла­стин, которые являются естественными турбулизаторами потока и вследствие своей малой толщины обладают малым термическим сопротивлением.

Комбинации пластин с различными гофрами, обеспечивающими разные уровни гидравлических сопротивлений, обеспечивают незначительное, до 1,5-2 раз, увеличение общего гидравлического со­противления пластинчатого теплообменника по сравнению с традиционным оборудованием, при су­щественном, до 2-4 раз, увеличении коэффициента теплопередачи и соответ­ственном снижении метал­лоемкости.

Специальный рисунок в верхней и нижней части пластины за счет своей конфигурации и создавае­мого профиля гидравли­ческих сопротивлений обеспечивает равномер­ное распределение потока по поверхности пластины и предотвращает образо­вание застойных зон.

Специальные выточки в профиле уплотнения в месте возможного, вследствие разрушения уплотнения кана­ла, смешения теплоносителей обеспечивают внешнюю визу­ально определяемую течь и га­рантируют невозможность сме­шения теплоносителей.

Рис. 9.13

Уплотнение крепится к пластине клипсами, кото­рые вставляются в отверстия, пробитые в канавке пластины, предназначенной для крепления уплотне­ния. Этот простой способ крепления уплотнений в слу­чае их выхода из строя позволяет осуществлять их замену по месту установки теплообменника силами эксплуатирующей организации.

Специальная штамповка по углам пластин уп­рощает центровку пластин в пакете, это особенно актуально в случае, если пакет состоит из большо­го количества пластин.

Материал теплообменной поверхности, равно как и материал уплотнений каналов, выбирается коррозионно-стойкий и химически стабильный по от­ношению к рабочим средам теплообменника.

Для исключения эрозионного износа патрубков теплообменника, а также для предотвращения кон­такта коррозионно-активных или агрессивных теп­лоносителей с материалом прижимной плиты, в пат­рубок прижимной плиты устанавливается и разваль­цовывается специальная защитная втулка, которая изготавливается из того же материала, что и теплообменная поверхность теплообменника.