Расчет и проектирование вакуумной деаэрационной установки. ДВ-15. rar

Расчет вакуумного деаэратора.docx

Ульяновский государственный технический университет
кафедра «Теплогазоснабжение и вентиляция»
«Теплоиспользующие установки
промышленных предприятий»
«Расчет и проектирование вакуумного деаэратора»
Принял: преподаватель
Целью расчетно-графической работы « Расчет и проектирование вакуумного деаэратора» является закрепление теоретического материала по основным вопросам дисциплины « Теплоиспользующие установки промышленных предприятий» а также получение навыков самостоятельной работы в области проектирования теплоиспользующих установок. Деаэрационные установки располагаются на различных предприятиях теплоэнергетики и являются последней ступенью удаления из воды растворенных в ней коррозионно-активных газов (кислорода и диоксида углерода). После деаэраторов содержание в воде коррозионно-активных газов не должно превышать определенных стандартами величин. В расчетно-графической работе предусматривается проектирование струйно-барботажного вакуумного деаэратора вертикального типа. Вакуумные деаэраторы вертикального типа имеют единичную производительность от 5 до 300 м3ч и распространены преимущественно в котельных различного назначения. На ТЭЦ и в крупных котельных применяются горизонтальные вакуумные деаэраторы производительностью от 400 до 1200 м3ч. Вертикальные вакуумные деаэраторы отличаются относительной простотой конструкции и могут быть изготовлены непосредственно на том предприятии где планируется их установка поэтому для инженера-теплоэнергетика очень важно уметь грамотно подобрать рассчитать установить деаэратор и правильно его эксплуатировать.
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И ИНДЕКСЫ
Q – количество теплоты Вт ккалч;
G – расход среды тч кгс;
C – массовая концентрация компонента в воде кгм3 мгкг;
F – площадь поверхности м2;
N – количество отверстий шт.;
p – давление МПа кгссм2;
h – уровень воды на тарелке м вод. ст.;
g – ускорение свободного падения мс2;
v – удельный объем м3кг;
– площадь живого сечения м2;
– коэффициент поверхностного натяжения кгссм;
К – коэффициент массопередачи мч;
СО2 – диоксид углерода.
s – в состоянии насыщения;
пр – производительность;
н.п – некипящий поток;
к.п – кипящий поток;
д.в – деаэрированная вода;
и.в – вода подаваемая в деаэратор;
гс – гидростатический;
гор – в горловине тарелки;
п.т – перепускная тарелка;
б.л – барботажный лист;
КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ВАКУУМНЫХ ДЕАЭРАТОРОВ
Вакуумные деаэраторы предназначены для удаления из воды коррозионно-активных газов кислорода и диоксида углерода (О2 и СО2) при рабочем давлении в аппарате 0015-008 МПа. Классификация деаэраторов и основные требования к их проектированию содержатся в нормативных материалах [1К 2К].
По способу распределения воды в паре деаэраторы подразделяются на пленочные струйные и капельные. Деаэраторы с барботажем воды паром называются барботажными. В случае применения в деаэраторе одного из указанных способов деаэратор считается одноступенчатым при комбинации нескольких способов – двух- или трехступенчатым. В настоящее время на ТЭЦ и в котельных применяются в основном двухступенчатые струйно-барботажные деаэраторы. Однако в эксплуатации находится значительное число одноступенчатых (пленочных и струйных) аппаратов.
Широкое распространение струйно-барботажных деаэраторов обусловлено требованиями глубокой дегазации воды и полного удаления СО2. Кроме того применение двухступенчатых деаэраторов позволяет также сократить высоту деаэрационной колонки.
По конструкции серийно выпускаемые струйно-барботажные вакуумные деаэраторы бывают вертикальными (рис. 1) и горизонтальными (рис. 2).
Конструкция струйно-барботажного вакуумного деаэратора вертикального типа разработанная научно-производственным объединением по исследованию и проектированию энергетического оборудования имени И. Н. Ползунова (НПО ЦКТИ) приведена на рис. 1. Вода направляемая на дегазацию по трубе 1 попадает на верхнюю тарелку 2. Пройдя струйную часть вода поступает на перепускную тарелку 3. Она предназначена для сбора и перепуска воды на начальный участок расположенного ниже барботажного листа 5. Перепускная тарелка имеет отверстие 4 в виде сектора который с одной стороны примыкает к сплошной вертикальной перегородке 6 идущей вниз до основания корпуса колонки.
Рис. 1. Вакуумный струйно-барботажный деаэратор вертикального типа конструкции ЦКТИ:
- патрубок подвода исходной воды; 2 - верхняя тарелка; 3 - перепускная тарелка; 4 - сектор для слива воды; 5 - барботажный лист; 6 - вертикальная перегородка; 7 - щели для прохода пара; 8 - водосливной порог; 9 - патрубок отвода деаэрированной воды; 10 - патрубок подвода греющей среды; 11 - перепускная труба; 12 13 - отверстия для перепуска пара; 14 - труба отвода выпара; 15 - штуцер для подвода конденсата; 16 - водоперепускная труба
Вода с перепускной тарелки направляется на непровальный барботажный лист 5 выполненный в виде кольца со щелями или отверстиями 7 ориентированными перпендикулярно потоку воды. В конце барботажного листа имеется водосливной порог 8 который проходит до нижнего основания деаэратора. Вода протекает по барботажному листу переливается через порог 8 и попадает в сектор образуемый порогом 8 и перегородкой 6 а затем самотеком отводится в трубу 9.
Весь пар (или перегретая вода) подводится в колонку под барботажный лист 5 по трубе 10. Под листом устанавливается паровая подушка и пар проходя через щели 7 барботирует воду. С увеличением нагрузки деаэратора а следовательно и расхода пара высота паровой подушки увеличивается и избыточный пар перепускается в обвод барботажного листа 5 через отверстия 12 и 13 в трубах 11. Затем пар проходит через горловину в перепускной тарелке 3 и поступает в струйный отсек где большая часть пара конденсируется. Паровоздушная смесь отводится по трубе 14. При необходимости подачи в деаэратор горячего конденсата его следует вводить через штуцер 15 на перепускную тарелку.
При отсутствии пара к деаэратору в качестве греющей среды подводится деаэрированная перегретая вода. Она также направляется под барботажный лист по трубе 10. Попадая в область давления ниже атмосферного вода вскипает образуя под листом паровую подушку. Вода оставшаяся после вскипания по трубе 16 удаляется на начальный участок барботажного листа где проходит обработку совместно с исходным потоком воды.
Вся колонка изготавливается цельносварной. Для возможности разъема предусматривается монтажный стык расположенный выше перепускной тарелки. Производительность вертикальных вакуумных деаэраторов составляет от 5 до 300 м3ч. Другие технические характеристики струйно-барботажных деаэраторов вертикального типа приведены в табл. Б В.
На рис. 2. представлена принципиальная схема струйно-барботажного вакуумного деаэратора горизонтального типа. Исходная вода через штуцер 10 поступает в распределительный коллектор 9 и далее на первую тарелку 8. Перфорация первой тарелки рассчитана на пропуск 30% воды при номинальной нагрузке деаэратора. Остальная часть через порог сливается на вторую тарелку 11 куда сливается и вода прошедшая сквозь отверстия первой тарелки. Такая конструкция первой тарелки объясняется тем что она выполняет функцию встроенного охладителя выпара и должна обеспечить конденсацию необходимого расхода выпара в расчетном диапазоне изменения гидравлических нагрузок деаэратора.
Вторая тарелка 11 является основной после нее вода стекает струями на третью тарелку 12 которая служит в основном для организации подачи воды на начало барботажного листа 1. Обработанная на непровальном барботажном листе вода отводится из деаэратора по трубе 3.
Деаэратор разделен барботажным листом и перегородкой на деаэрационный и испарительный отсеки. В испарительный отсек по трубопроводам 13 подается греющая среда – деаэрированная перегретая вода или пар. Выделившийся из перегретой воды пар образует паровую подушку и проходит через отверстия барботажного листа а неиспарившаяся вода по каналу 2 вытесняется на уровень барботажного листа 1 и вместе с деаэрированной водой отводится из деаэратора. Для перепуска избытка пара из паровой подушки в деаэрационный отсек служит труба 4. Выпар отводится из деаэратора по трубопроводу 7 с помощью эжектора или вакуумного насоса. Деаэраторы горизонтального типа выпускаются производительностью 400 800 и 1200 м3ч. Эти деаэраторы вне зависимости от производительности имеют одинаковый диаметр корпуса 3 м и отличаются друг от друга его длиной. В последние годы широко рекламируются как новое чудо техники позволяющее « решить» все проблемы деаэрации воды струйные деаэраторы «КВАРК» и «АВАКС». Даже из рекламных материалов этих аппаратов видно что указанные струйные деаэраторы по многим характеристикам уступают серийным аппаратам традиционных конструкций прошедшим длительный эволюционный отбор. Анализ массообменной эффективности вакуумных деаэраторов показал что из применяемых в настоящее время конструкций лучшие показатели имеют серийные струйно-барботажные аппараты.
Рис. 2. Схема вакуумного струйно-барботажного деаэратора горизонтального типа конструкции ЦКТИ – СЗЭМ: а б - модели 1968 и 1985 гг.;
- барботажный лист; 2 - канал для прохода неиспарившейся перегретой воды; распределительный коллектор; 3 - труба отвода деаэрированной воды; 4 - пароперепускная труба; 5 - перепускная тарелка; 6 - водоперепускной короб; 7 - труба отвода выпара; 8 11 12 - первая вторая и третья тарелки; 10 - штуцер подвода исходной воды; 13 - патрубки подвода греющей среды; 14 - жалюзи; 15 - испарительный отсек; 16 - разделительная перегородка; 17 - деаэрационный отсек
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВАКУУМНОГО ДЕАЭРАТОРА.
Назначение деаэратора
Греющий агент (среда)
Номинальное абсолютное давление в деаэраторе рд кгссм2
Номинальная производительность Gпр тч
Температура деаэрированной воды tдв °С
Содержание О2 в исходной воде мгкг
То же в деаэрированной воде мгкг
Содержание свободного СО2 в исходной воде мгкг
Расход исходной воды Gив тч
Температура воды перед деаэратором tив °С
Температура греющей среды tп °С
ЦТП – центральный тепловой пункт;
ГВС – деаэрация воды поступающей на горячее водоснабжение.
Основные технические характеристики струйно-барботажного вакуумного деаэратора вертикального типа конструкции ЦКТИ.
Обозначение деаэратора
Номинальная производительность тч
Рабочее абсолютное давление МПа
Температура деаэрированной воды °С
Диаметр и толщина стенки мм
Температура греющего теплоноситеоля °С
Масса колонки заполненной водой кг
Пробное абсолютное гидравлическое МПа
Допускаемое повышение абсолютного давления при работе защитного устройства МПа
Поверхность охладителя выпара м2
Геометрические характеристики струйно-барботажного вакуумного деаэратора конструкции ЦКТИ-ЧМЗ.
Общая высота колонки мм
Диаметр корпуса деаэратора мм
Диаметр верхней тарелки мм
Число отверстий на верхней тарелке (диаметром 6 мм) шт
Диаметр горловины для прохода пара мм
Центральный угол выреза в перепускной тарелке мм
Ширина порога на барботажном листе мм
Диаметр водоподводящей трубы мм
Диаметр отводящей трубы мм
Диаметр трубы отсоса смеси мм
Размер отверстий в перепускных трубах вверху мм
Размер отверстий в перепускных трубах внизу мм
Диаметр трубы для подвода пара мм
Число отверстий во внутреннем секторе верхней тарелки шт
Число отверстий на барботажном листе (диаметром 6мм) шт
Граница отверстий во внутреннем секторе верхней тарелки мм
Площадь отверстий на барботажном листе м2
Разность квадратов радиусов для перепускной тарелки м2
Площадь между верхней тарелкой и корпусом м2
Разность квадратов диаметров в горловине перепускной тарелки для прохода пара м2
Общая площадь сечения перепускных труб м2
Фактическая площадь барботажного листа м2
Диаметр коллектора для подвода воды мм
Диаметр трубы для подвода конденсата мм
ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ВАКУУМНОГО ДЕАЭРАТОРА
Тепловой баланс деаэрационной установки составляется для определения полного расхода пара подводимого к деаэратору.
В зависимости от тепловой схемы энергоустановки в деаэратор вводится то или иное количество потоков воды и пара.
В общем виде уравнение теплового баланса деаэратора записывается как равенство потоков теплоты введенных в деаэратор и вышедших из него
Q1+Q2+Q3+Q4=Q5+Q6+Q7
где Q1 – теплота внесенная с основным потоком греющего пара; Q2 – теплота внесенная с некипщими потоками воды; Q3 – теплота внесенная с кипящими потоками воды; Q4 – теплота внесенная с прочими потоками пара; Q5 – теплота отведенная с деаэрированной водой; Q6 – теплота выпара; Q7 – теплопотери деаэратора в окружающую среду.
Если в соответствии с заданием какие-либо из указанных выше потоков теплоты не поступают в деаэрационную установку и не отводятся из нее то при составлении теплового баланса их не учитывают.
Составляющие теплового баланса определяются по следующим формулам.
Теплота подведенная с химически умягченной водой Гкалч.
Количество выпара Gвып тч принимается из расчета 3÷5 кг на 1 т деаэрированной воды
Энтальпия паровоздушной смеси выпара условно может быть принята равной энтальпии насыщенного пара при давлении в деаэраторе т. е.
iвып = is=624 ккалкг при рд=022 кгсм2.
Отведено теплоты с выпаром Qвып Гкалч.
Энтальпия деаэрированной воды iдв ккалкг определяется по температуре деаэрированной воды и давлению в деаэраторе согласно [4К].
Отведено теплоты с деаэрированной водой Qд.в Гкалч.
Количество теплоты необходимое для нагрева воды в деаэраторе ΔQд Гкалч.
Расход теплоты на деаэратор ΣQ Гкалч.
Энтальпия насыщенного пара при давлении в деаэраторе iп ккалкг согласно [4К].
Расход насыщенного пара на деаэратор Gп тч.
ТЕПЛОВОЙ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СТРУЙНОГО ОТСЕКА
В объем теплового расчета струйного отсека входит определение температуры на тарелках и расхода пара в отсеке. Тепловой расчет начинается с выбора геометрических параметров пучка струй. Под геометрическими характеристиками пучка струй понимается длина струй их начальный диаметр и шаг (диаметр и шаг отверстий на тарелке).
Тепловой расчет струйного отсека производится при одновременном выполнении конструктивной схемы этого отсека включая разметку отверстий на тарелке что связано с необходимостью определения средней скорости пара в пучке струй (отсеке). Пример схемы струйного отсека приведен на рис. 3.
Рис. 3. Схема струйного отсека
В задачи гидродинамического расчета входят определение гидравлических характеристик и проверка гидродинамической устойчивости струйного отсека при различных режимах работы. Гидравлически устойчивым называется такой режим работы струйного отсека при котором не появляется местной рециркуляции воды под воздействием потока пара. Нарушение гидродинамической устойчивости может быть вызвано недопустимо высокими скоростями пара в отдельных сечениях деаэрационной колонки.
Диаметр отверстий do на тарелках по условиям развития поверхности струй и эксплуатационным условиям следует принимать равным 5÷8 мм (принимаем – 6 мм.)
Шаг отверстий на тарелке должен приниматься равным не менее 18÷20 мм при расположении их в вершинах равностороннего треугольника [2К] (принимаем – 18 мм)
Длина струй L принимается равной расстоянию между нижней плоскостью вышерасположенной тарелки и видимым (динамическим) уровнем воды hдин на нижележащей тарелке того же отсека. При производительности деаэрационной установки до 400 тч длину струй L рекомендуется принимать равной 350÷500 мм (принимаем 500 мм) а для более крупных деаэрационных установок целесообразно увеличивать ее до 800÷900 мм с целью ограничить скорость пара и предотвратить таким путем унос капельной влаги [2К].
Температура воды на верхней тарелке tив=45°С.
Расстояние между тарелками (высота отсека Н) равно
Динамический уровень воды на тарелке определяется суммой гидростатического уровня воды hгс и перепада давлений по паровой стороне между смежными отсеками Δр
Величины hгс и Δр определяются в ходе гидродинамического расчета отсека.
Скорость воды wо мс на выходе из отверстия тарелки определяется по формуле
где a1 – коэффициент учитывающий влияние движения воды по тарелке на коэффициент расхода;
o – коэффициент расхода для перфорированного листа; hгс – гидростатический уровень воды м.
При диаметре отверстий 5÷8 мм и толщине днища тарелок 4÷6 мм коэффициент o принимается равным 075. Коэффициент a1 для практических расчетов можно принимать равным 09 [2К]. Для определения скорости wо предварительно задаются величиной hгс которая для равномерного распределения воды по всем отверстиям тарелки при номинальной гидравлической нагрузке должна находиться в пределах 60÷80 мм (принимаем 60 мм)
Число отверстий на тарелке N при номинальном режиме определяется предварительно по формуле
где Gв – полный расход химически умягченной воды через данную тарелку тч; vв = 0001099 м3кг – удельный объем воды при температуре ее на тарелке; a2 – коэффициент запаса на загрязнение перфорации тарелки (a2 = 10÷11) (принимаем 1); do = 0006 м – диаметр отверстий на тарелке.
Верхняя тарелка секционирована с таким расчетом что при минимальной (30 %-ной) нагрузке работает только часть отверстий во внутреннем секторе примерно 03N. При увеличении нагрузки в работу включаются остальные отверстия.
Гидростатический уровень воды hгс м при заданных расходах числе и диаметрах отверстий на тарелке определяется по формуле
Для определения действительной средней скорости пара в струйном пучке рекомендуется пользоваться методом последовательных приближений. В первом варианте расчета струйного отсека деаэратора значение wп ориентировочно принимается равным 05÷10 мс. После выбора по указанным выше рекомендациям значений L и do определяют температуру воды tвых в конце струйного потока по формуле
Для 30% нагрузки деаэратора:
где ts=6174°С – температура насыщения при давлении в деаэраторе; wп=020 мс – принимаем предварительно; А1=0118 – коэффициент зависящий от давления в деаэраторе и от температуры исходной воды определяется по номограмме (рис. 4.).
Рис. 4. Зависимость коэффициентов А1 и В1 от абсолютного
давления и температуры исходной воды
Количество пара сконденсировавшегося в струйном отсеке при найденной величине подогрева воды в них:
где iвых =4953 ккалкг – удельная энтальпия воды при температуре tвых.
Для уточнения принятой средней скорости пара в струйном пучке сначала подсчитываются скорости пара wвх и wвых соответственно на входе в пучок струй и на выходе из него
где вх вых – живые сечения для прохода пара на входе в пучок струй и на выходе из него ρп=0140 кгм3 – плотность пара в деаэраторе.
Величины вх и вых определяются по формулам
где D1=06-(0018·2)=0564 м D2=0450 м – диаметры условной окружности по наружному и внутреннему диаметрам пучка м (см. рис. 3.); n1=98 n2=78– число отверстий вынесенных соответственно на условную окружность диаметром D1 и D2.
Значения величины внутреннего диаметра пучка D2 содержится в табл. В или [3К табл. 4]. Значения величин D1 n1 n2 выбираются из геометрических соображений.
Средняя скорость пара в струйном отсеке при wвхwвых 125 подсчитывается по формуле
Средняя скорость пара в струйном отсеке при wвхwвых > 125 подсчитывается по формуле
wвхwвых = 01930095=203 > 125
Полученная средняя скорость пара в первом отсеке сопоставляется с принятой в начале расчета. В случае если расхождение между ними превышает 01 мс расчет повторяется при новом исходном значении скорости.
Для 100% нагрузки деаэратора:
где wп=060 мс – скорость пара в струйном пучке принимаем предварительно
Для 120% нагрузки деаэратора:
где wп=080 мс – скорость пара в струйном пучке принимаем предварительно
РАСЧЕТ ПЕРЕПУСКНОЙ ТАРЕЛКИ
Целью расчета является определение геометрических характеристик перепускной тарелки и скорости пара в горловине тарелки.
Высота борта тарелки Нб мм и максимальный уровень воды на тарелке hmaх мм принимаются на основании предварительных расчетов равными соответственно 200 мм и 70 мм [2К].
Допустимое значение скорости пара в горловине тарелки мс определяется по формуле
где – коэффициент сопротивления горловины тарелки изменяется в пределах 35÷40.
Диаметр горловины для прохода пара Dгор=032 м принимается по табл. В а площадь горловины для прохода пара Fгор м2 вычисляется по формуле
Расход пара в горловине тарелки мс вычисляется по формуле
Скорость пара в горловине тарелки мс определяется по формуле
где vп=71262 м3кг – удельный объем пара при давлении в деаэраторе р=022 кгссм2
Площадь отверстия для слива воды с перепускной тарелки при максимальном уровне воды Fп.т м2 вычисляется по уравнению
где р – коэффициент расхода для перепускной тарелки принимается равным 055.
ρв=9902 кгм3 – удельная плотность воды при t=45°С.
Центральный угол выреза в перепускной тарелке αу=15 принимается по табл. В.
Фактический уровень воды на перепускной тарелке м вычисляется по формуле
где (R2 – r2) = 0097 м2– разность квадратов наружного и внутреннего диаметров перепускной тарелки м2 принимается по табл. В.
РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ДЕГАЗАЦИИ ВОДЫ
Расчет процесса дегазации воды основан на определении коэффициентов десорбции О2 и СО2 и вычислении необходимой площади барботажного листа для удаления этих газов из воды до значений требуемых по заданию.
Расчет концентраций кислорода и свободного диоксида углерода мгкг на верхней тарелке производится с помощью эмпирических формул
где - содержание О2 в исходной воде;
рд = 022 кгссм2 – давление в деаэраторе;
tн.п = 6174 °С – температура насыщения при давлении в деаэраторе.
где - содержание СО2 в исходной воде.
В отсеках вакуумных деаэраторов с поперечным омыванием пучка струй концентрация кислорода мгкг в конце струйного потока вычисляется по формуле
где В1 = 00318 – эмпирический коэффициент зависит от температуры исходной воды и давления в деаэраторе определяется по номограмме (рис. 4.).
Концентрация свободного диоксида углерода мгкг в конце струйного потока вычисляется по формуле
где tвх tвых – температуры воды в начале и в конце струйного потока °С; Е = 0044– коэффициент зависящий от давления в деаэраторе и температуры исходной воды определяется по номограмме (рис. 5.).
Рис. 5. Зависимость коэффициента Е от абсолютного давления в деаэраторе
и температуры исходной воды
Далее производится расчет процесса дегазации на барботажном листе. Исследование непровальных барботажных листов показало что процесс дегазации воды происходит за счет двух факторов: увлечения газовых пузырьков потоком пара и турбулентной диффузии.
Интенсивность потока жидкости на барботажном листе J м3(м·ч) вычисляется по формуле
где Vв – объемный расход воды на входе в барботажное устройство м3ч; а – длина переливного порога м.
Расход воды на входе в барботажное устройство представляет собой сумму расходов исходной воды и пара сконденсировавшегося в струйном отсеке
где плотность воды на входе в барботажное устройство;
ρв = 98824 кгм3при 30% нагрузке деаэратора
ρв = 98656 кгм3при 100% нагрузке деаэратора
ρв = 98609 кгм3при 120% нагрузке деаэратора;
Величина а = 032 м - длина переливного порога определяется по приложению табл. В.
Скорость течения жидкости по барботажному листу wв мч определяется по формуле
где hдин – высота динамического слоя жидкости который остался бы на барботажном листе после разрушения двухфазного потока м.
Одной из основных характеристик определяющих эффект дегазации на непровальном барботажном листе является динамический напор водяного пара в рабочем сечении барботажного листа кгссм2. Увеличение эффекта дегазации происходит до определенных значений динамического напора потока водяного пара. Оптимальными значениями используемыми для расчетов можно считать: для кислорода = 95·10–3 кгссм2 для диоксида углерода 115·10–3 кгссм2 [2К].
В общем случае величина определяется по графикам в зависимости от отношения концентраций газа на входе и на выходе с барботажного листа [2К].
В диапазоне изменения от 15·10–3 до 150·10–3 кгссм2 (принимаем ) высоту динамического слоя жидкости рекомендуется определять по формуле
где h0 – высота слоя жидкости на листе при отсутствии барботажа м.
где hп.п – высота переливного порога принимается равной 01 м.
Для определения коэффициентов десорбции ( массопередачи) кислорода и диоксида углерода в [2К] рекомендуются следующие формулы:
где dо – ширина щели или диаметр отверстий на барботажном листе рекомендуется принимать для щелей 003÷005 см для отверстий 005÷008 см; – коэффициент поверхностного натяжения системы вода-пар принимается равным 007 кгссм.
Средний концентрационный напор газа на барботажном листе ΔСср мгкг определяется по формуле
где Сн Ск – концентрации О2 или СО2 в воде при входе и при выходе с барботажного листа мгкг; Сн.р Ск.р – концентрации удаляемого газа в жидкости равновесные с начальной и конечной концентрацией газа на барботажном листе мгкг.
Так как расход пара покидающего барботажный лист значительно превосходит расход выделившихся газов то величины Сн.р и Ск.р оказываются равными практически нулю и в расчетах ими можно пренебречь.
В расчетах по формуле (К.45) конечную концентрацию диоксида углерода на барботажном листе принять равной 001 мгкг.
Необходимая площадь барботажного листа для удаляемого газа находится из уравнения массопередачи
где Gг – количество удаляемого газа кгч; K – коэффициент массопередачи для соответствующего газа мч; ΔСср – средний концентрационный напор газа на барботажном листе кгм3; ρв =9832 кгм3 средняя плотность воды на барботажном листе при t = 60 °С; F – площадь барботажного листа м2.
Количество удаляемого газа можно определить исходя из расхода воды на входе в барботажное устройство (Gи.в+G'п) тч и разности начальной Сн и конечной Ск мгкг концентраций этого газа на барботажном листе
Количество удаляемого кислорода;
Количество удаляемого диоксида углерода;
Необходимая площадь барботажного листа для удаляемого кислорода:
Необходимая площадь барботажного листа для удаляемого диоксида углерода:
Фактическое значение рабочей площади барботажного листа Fр м2 не должно быть меньше наибольшего из необходимых значений для О2 и СО2 а также должно выбираться исходя из конструктивных соображений т. е. учитывать принятый диаметр барботажного листа размер сектора для удаления воды диаметр перепускных труб и т. д.).
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ БАРБОТАЖНОГО УСТРОЙСТВА
В ходе гидравлического расчета барботажного устройства определяются скорости пара и воды в отверстиях барботажного листа. С этой целью сначала определяется необходимая площадь отверстий на барботажном листе Fo м2 по формуле
где Fр=033 м2– фактическое значение рабочей площади барботажного листа (принимается по конструктивным соображениям).
Фактическая площадь отверстий на барботажном листе м2 определяется по табл. В. Далее определяется минимально допустимая скорость пара wmin мс в отверстиях барботажного листа
Расход пара через барботажный лист Gб.л тч представляет собой разность между расходами пара подводимого к барботажному устройству и отводимого в перепускные трубы
где Gп Gпер – расходы пара подводимого к барботажному устройству и отводимого в пароперепускные трубы тч.
Расход пара Gпер тч отводимого в пароперепускные трубы определяется как разность расхода пара в горловине перепускной тарелки и расхода пара идущего собственно на барботаж
где Gп.б – расход пара на собственно барботаж тч.
Величина Gп.б тч определяется по формуле
где wпγп – приведенная весовая скорость пара принимается равной 015÷020 кг(м2·с).
Скорости пара в отверстиях барботажного листа wл и в перепускных трубах wпер мс определяются по соответствующим формулам
где Fпер=00103 м2– общая площадь сечения перепускных труб определяется по прил. Г. vп=71262 м3кг – удельный объем пара.
Скорость пара в отверстиях барботажного листа рассчитанная по формулам (К.53) не должна быть меньше минимально допустимой скорости пара определенной по формуле (К.49).
Гидравлическим расчетом барботажного устройства завершается расчет основных рабочих параметров вакуумного деаэратора.
Результаты расчетов вакуумного деаэратора
Расчетная формула или способ определения
Результат для нагрузки
Количество химически умягченной воды Gи.в тч
По техническому заданию
Энтальпия химически умягченной воды iи.в ккалкг
По термодинамическим
Теплота подведенная с химически умягченной водой
Количество выпара Gвып тч
кг на 1 т деаэрированной воды
Энтальпия выпара iвып ккалкг
Отведено теплоты с выпаром Qвып Гкалч
Количество деаэрированной воды (производительность) Gпр тч
Энтальпия деаэрированной воды iд.в ккалкг
Отведено теплоты с деаэрированной водой Qд.в Гкалч
Количество теплоты необходимое для нагрева воды в деаэраторе ΔQд Гкалч
Расход теплоты на деаэратор ΣQ Гкалч
Энтальпия насыщенного пара при давлении в деаэраторе iп ккалкг
Расход насыщенного пара на деаэратор Gп тч
Тепловой и гидравлический расчет струйного отсека
Диаметр отверстий на тарелке dо мм
Шаг отверстий на тарелке (расположение по треугольнику)
Расход воды через верхнюю тарелку Gи.в тч
Температура воды на верхней тарелке tи.в °C
Гидростатический уровень воды на верхней тарелке hгс мм
Предварительно принимается а затем уточняется по формуле (К.19)
Скорость воды в отверстиях верхней тарелки wо мс
Число отверстий на тарелке
Средняя скорость пара набегающего на струйный поток
Принимается предварительно и уточняется расчетом по формуле (К.26) или (К.27)
Температура воды в конце струйного потока tвых °С
Количество пара сконденсировавшегося в струйном отсеке тч
Расчет перепускной тарелки
Высота борта тарелки Hб мм
Принимается согласно [2К]
Максимальный уровень воды на тарелке hmax мм
Допустимое значение скорости пара в горловине тарелки
Диаметр горловины тарелки Dгор м
Принимается с учетом
Площадь горловины для прохода пара Fгор м2
Расход пара в горловине
Скорости пара в горловине тарелки мс
Площадь отверстий для слива воды с перепускной тарелки при максимальном уровне воды
Центральный угол выреза в перепускной тарелке αy
Принимается по табл. В
Фактический уровень воды на перепускной тарелке мм
Расчет процесса дегазации воды
Концентрация кислорода на верхней тарелке мгкг
Концентрация диоксида углерода на верхней тарелке
Концентрация кислорода в конце струйного потока мгкг
Концентрация диоксида углерода в конце струйного потока мгкг
Интенсивность потока жидкости на барботажном листе
Скорость течения воды по барботажному листу wв мч
Коэффициент десорбции кислорода на барботажном листе
Коэффициент десорбции диоксида углерода на барботажном листе мч
Средний концентрационный напор кислорода на барботажном листе мгкг
Средний концентрационный напор диоксида углерода на барботажном листе мгкг
Необходимая площадь барботажного листа для удаления кислорода м2
Из формул (К.46) (К.47)
Необходимая площадь барботажного листа для удаления диоксида углерода м2
Фактическая рабочая площадь барботажного листа Fр м2
По конструктивным соображениям
Гидравлический расчет барботажного устройства
Необходимая площадь отверстий на барботажном листе
Фактическая площадь отверстий на барботажном листе Foф м2
Минимально допустимая скорость пара в отверстиях барботажного листа wmin мс
Расход пара через барботажный лист Gб.л тч
Расход пара через пароперепускные трубы (три трубы Dнар=219 мм s = 8 мм) Gпер тч
Скорость пара в отверстиях барботажного листа wл мс
Скорость пара в перепускных трубах wпер мс
ПРИМЕНЕНИЕ ВАКУУМНЫХ ДЕАЭРАТОРОВ НА
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
Вакуумные деаэраторы как вертикального так и горизонтального типов применяются на различных теплоэнергетических предприятиях: на тепловых электростанциях в водогрейных и промышленно-отопительных котельных в центральных тепловых пунктах. На ТЭС и в крупных котельных применяются как правило деаэраторы горизонтального типа а в небольших котельных и центральных тепловых пунктах – вертикального типа.
Расчет вакуумного деаэратора является приближенным поскольку в нем используется ряд допущений и эмпирических зависимостей. В связи с этим при выборе типа единичной производительности и количества вакуумных деаэраторов для предприятий теплоэнергетики необходимо предусматривать достаточный запас деаэрационной установки по производительности. Это позволит обеспечить работу деаэраторов в более широком диапазоне технологических режимов с более высоким качеством подпиточной воды и при меньших температурах участвующих в деаэрации теплоносителей.
Отраслевыми рекомендациями по выбору схем теплоэнергетических установок с вакуумными деаэраторами [5К] установлен минимальный запас по производительности: для установок с деаэраторами вертикального типа 50% а горизонтального типа 30%. Рекомендуемый запас по производительности для этих аппаратов составляет соответственно 100 и 50%.
Следует отметить что применение вакуумных деаэраторов на ТЭЦ и в районных котельных имеет существенные различия. Их применение на ТЭЦ обусловлено прежде всего стремлением получить выигрыш в термодинамической эффективности процесса в теплофикационных установках т.к. температурный режим вакуумной деаэрации существенно влияет на параметры пара отборов турбин используемого для подогрева теплоносителей перед деаэраторами а значит и на экономичность ТЭЦ.
Применение вакуумных деаэраторов в водогрейных котельных связано в основном с возможностью работы этих аппаратов без источников пара. В качестве греющего агента для деаэрации используется перегретая относительно давления в деаэраторах сетевая вода. Температурные режимы вакуумной деаэрации в малой степени сказываются на тепловой экономичности таких котельных в отличие от ТЭЦ. Поэтому как правило в стоящих отдельно от ТЭЦ водогрейных котельных для повышения качества деаэрации теплоносители перед подачей в вакуумные деаэраторы должны подогреваться до максимально возможной по условиям эксплуатации температуры.
В центральных тепловых пунктах вакуумный деаэратор предназначен для обработки воды поступающей в систему горячего водоснабжения. Традиционная схема включения вакуумного деаэратора на ЦТП показана в [8К].
Подробному исследованию вопросов применения вакуумных деаэраторов для подготовки подпиточной воды систем теплоснабжения и питательной воды паровых котлов посвящены монографии [9К 10К]. Технологии вакуумной деаэрации и тепловые схемы теплоисточников где они применяются приведены также в [2К 3К 6К–11К].
Деаэраторы вертикального типа могут обеспечивать глубокое удаление растворенных газов из воды.
На качество дегазации существенное влияние оказывают:
)Нагрузка деаэратора;
С увеличением нагрузки качество дегазации падает (сказывается недостаток расхода пара на барботаж).
Диапазон режимов в которых достигается высокий уровень дегазации сравнительно невелик. Эффект удаления О2 достигается в основном при нагрузках деаэратора не более 30÷40% номинальной.
)Температура и расход перегретой воды;
Ухудшение дегазации происходит из-за снижения общего температурного уровня процесса при одновременном снижении расхода греющего агента и температуры исходной воды. Так же ухудшение дегазации происходит при одновременном повышении расхода и температуры греющего агента что можно объяснить снижением интенсивности испарения перегретой воды и появлением некоторой перегрузки испарительного отсека.
В то же время при фиксированных величинах расхода и температуры исходной воды и нагрева в деаэраторе по мере увеличения температуры перегретой воды и соответственного снижения ее расхода содержание растворенного кислорода в деаэрированной воде снижается.
Присосы воздуха приводят к серьезным нарушениям работы деаэратора (снижение интенсивности испарительного процесса вследствие ухудшения вакуума в деаэраторе)
Эффективность вакуумных деаэраторов вертикального типа может быть существенно повышена путем совершенствования конструкции в следующих направлениях:
● Увеличение сепарирующей способности испарительного отсека (увеличение объема отсека и установки в нем устройств способствующих сепарации).
● Развитие струйной ступени дегазации.
● оптимизации конструкции барботажного листа.
Орлов М.Е. теплоиспользующие установки промышленных предприятий: учебно-практическое пособие М.Е. Орлов; Ульян. гос. Техн. Ун-т. – Ульяновск: УлГТУ 2007. – 151 с.
Дополнительная литература
ГОСТ 16860–88*. Деаэраторы термические. Типы основные параметры приемка методы контроля. – М. : Изд-во стандартов 1989. – 6 с.
Расчет и проектирование термических деаэраторов: РТМ 108.030.21–78 В. А. Пермяков А. С. Гиммельберг Г. М. Виханский Ю. М. Шубников. – Л. : НПО ЦКТИ 1979. – 130 с.
Оликер И. И. Вакуумные деаэраторы для питательной и подпиточной воды И. И. Оликер В. А. Пермяков. – М.: ИИинформтяжмаш 1971. – 96 с.
Ривкин С. Л. Теплофизические свойства воды и водяного пара С. Л. Ривкин А. А. Александров. – М.: Энергия 1980. – 423 с.
Деаэраторы вакуумные: каталог-справочник. – М.: НИИинформтяжмаш 1972. – 77 с.
Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети: учебник для вузов Е. Я. Соколов. 7-е изд. перераб. – М.: Издательство МЭИ 2001. – 472 с.
Шарапов В. И. Термические деаэраторы В. И. Шарапов Д. В. Цюра. – Ульяновск : УлГТУ 2003. – 560 с.
Немцев З.Ф. Шарапов В.И. Тимошенко А.М. Вакуумные деаэраторы теплоэнергетических установок Саратовский университет 1983. – 127 с.
Основные условные обозначения и индексы 2
Классификация и особенности конструкций вакуумных деаэраторов 3
Расчет и проектирование вакуумного деаэратора
- Исходные данные. (таблица А) 6
- Основные технические характеристики струйно-барботажного вакуумного деаэратора
вертикального типа конструкции ЦКТИ. (таблица Б) 7
- Геометрические характеристики струйно-барботажного вакуумного деаэратора
вертикального типа конструкции ЦКТИ - ЧМЗ. (таблица В) 8
Тепловой баланс вакуумного деаэратора 9
Тепловой и гидравлический расчет струйного отсека 11
Расчет перепускной тарелки 16
Расчет процесса дегазации воды 18
Гидравлический расчет барботажного устройства 24
- Результаты расчетов вакуумного деаэратора 26
Применение вакуумных деаэраторов на теплоэнергетических предприятиях 29
Библиографический список 31

ДВ-15 и ОВ-2.dwg

Схема ВДУ с деаэратором вертикального типа для дегазации подпиточной воды теплосети
Вакуумный охладитель выпара ОВВ-2 (1:5)
(2)-ТГВ10-тиупп-2010
Расчет и проектирование вакуумного деаэратора
- Деаэратор ДВ -15; 2 - подогреватель химически очищеной воды; 3 - бак аккумулятор; 4 - подпиточный насос; 5 - охладитель выпара; 6 - водоструйный эжектор; 7 - насос рабочей воды; 8 - бак рабочей воды; 9 - трубопровод исходной воды; 10 - подающая сетевая магистраль; 11 - термометры; 12 - расходомер; 13 - вакуумметры или манометры; 14 - пробоотборник
Вакуумный струйно-барботажный деаэратор вертикального типа конструкции ЦКТИ ДВ-15 (1:10)
- патрубок подвода исходной воды; 2 - верхняя тарелка; 3 - перепускная тарелка; 4 - сектор для слива воды; 5 - барботажный лист; 6 - вертикальная перегородка; 7 - щели для прохода пара; 8 - водосливной порог; 9 - патрубок отвода деаэрированной воды; 10 - патрубок подвода греющей среды; 11 - перепускная труба; 12
- отверстия для перепуска пара; 14 - труба отвода выпара; 15 - штуцер для подвода конденсата; 16 - водоперепускная труба.
Вакуумный струйно-барботажный деаэратор вертикального типа конструкции ЦКТИ ДВ-15 (1:15)
Принципиальная схема вакуум-деаэрационной установки для систем водоснабжения
- насос горячего водоснабжения 2 - насос рабочей воды эжектора 3 - водоструйный эжектор 4 - охладитель выпара 5 - деаэрационная колонка 6 - бак-аккумулятор 7 - водо-водяной подогреватель 8 - бак эжекторной установки
В систему горячего водоснвбжения