Что такое деаэрированная вода
Деаэрация, удаление газов термическим способом
Сущность термической деаэрации заключается в создании условий, при которых парциальное давление газов над поверхностью воды минимально и, соответственно, растворимость газов в воде также минимальна. Кислород и углекислота из воды (жидкой фазы) переходят в пар (паровая фаза), контактирующий с поверхностью воды, и удаляются в атмосферу (выпар).
Для осуществления процесса атмосферной деаэрации необходимо выполнение следующих условий:
Избыточное давление создается подачей пара в деаэратор для изоляции его от поступления атмосферного воздуха и вентиляции парового объёма, то есть постоянного удаления выделенных газов и предотвращает вскипание воды (превращение в пар) при температуре, обеспечивающей удаление газов.
При температуре воды 102 о С и избыточном давлении 0,2 кгс/см 2 (0,2 ати) растворимость кислорода и углекислого газа равна нулю и, тем самым, обеспечивается их выход из воды. Нагрев воды в деаэраторе до нужной температуры происходит паром.
Более полное удаление связанной углекислоты обеспечивает подача пара в нижнюю часть деаэраторного бака через барботажное устройство, при этом постепенно происходит разрушение бикарбоната натрия до карбоната натрия и свободной углекислоты.
Для осуществления процесса термической деаэрации применяются деаэраторы.
Атмосферный деаэратор состоит из двух основных частей: деаэрационной колонки, внутри которой установлены три распределительные тарелки с отверстиями и деаэраторного бака-аккумулятора.
Деаэрационная колонка оборудована:
Химически очищенная вода и конденсат отдельными потоками поступают в верхнюю часть деаэрационной колонки на первую дырчатую тарелку, затем, в виде струй сливаются последовательно на нижние дырчатые тарелки и далее в деаэраторный бак. С помощью тарелок осуществляется равномерное распределение воды по всему сечению деаэрационной колонки и дробление воды на тонкие струи.
Навстречу потоку воды движется пар, так происходит многократное пересечение потоков и увеличение поверхности контакта воды и пара.
Деаэраторный бак обеспечивает запас воды для работы котлов, необходимое время выдержки воды при температуре насыщения для усиления эффекта деаэрации и более полное удаление связанной углекислоты (разрушение бикарбоната натрия до карбоната натрия и свободной углекислоты) благодаря размещению в нижней части деаэраторного бака барботажного устройства.
Деаэраторный бак оборудован:
Пар нагревает воду до 102-104 о С, создает избыточное давление в деаэраторе 0,2-0,25 ати, конденсируется, а меньшая его часть вместе с выделившимися газами удаляется через верхний патрубок колонки в охладитель выпара или в атмосферу.
Схему проезда, а также другую информацию о том как с нами связаться вы можете получить на странице «контакты»
Звоните, будем рады ответить на Ваши вопросы!
ООО «Воды Урала» г. Екатеринбург, ул. Парниковая, д.10, к.121.
Телефон (343) 306-89-09, факс (343) 368-69-34
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности и даете согласие на обработку Ваших персональных данных
Деаэрация умягченной воды и нормы качества питательной и подпиточной воды
Растворимые в воде газы необходимо удалять, поскольку приводят к коррозии стенок котла, преждевременному износу, а иногда и к аварии. Растворенные газы (02, С02) и воздух удаляется из воды деаэрацией. Известно несколько ее способов деаэрации: термический, химический, электромагнитный, высокочастотный и ультра-звуковой. Три последних способа недостаточно освоены, и в котельных с паровыми и водогрейными котлами наибольшее распространение получил термический способ.
При термическом способе растворение в воде газов уменьшается с повышением температуры и совсем прекращается при достижении температуры кипения, когда растворенные газы полностью удаляются из воды.
Существует несколько типов термических деаэраторов, но в котельных с паровыми котлами применяются смешивающие деаэраторы атмосферного типа (ДСА). Такой деаэратор (рис. 94) состоит из вертикальной цилиндрической колонки 1 диаметром 1-2 м и высотой 1,5-2 м, установленной на горизонтальном цилиндрическом баке 2, предназначенном для сохранения запаса деаэрованной воды.
Рис. 94. Атмосферный деаэратор смешивающего типа: 1 — колонка; 2 — бак-аккумулятор; 3 — водоуказательное стекло; 4 — манометр; 5 — гидрозатвор; 6 — распределительное устройство; 7,8 — тарелки; 9 — распределитель пара; 10 — клапан; 11 — охладитель выпара; 12 — регулятор уровня воды; 13 — выпуск питательной воды из бака-аккумулятора; 14 — вестовая труба.
Из паровых котлов в нижнюю часть деаэрационной колонки через парораспределитель 9 подается пар с давлением 0,2-0,3 кгс/см2 и, поднимаясь вверх, подогревает химически очищенную воду до температуры кипения 102-104 °С. При этом из воды выделяются кислород и углекислый газ и вместе с остатками несконденсированного пара через вестовую трубу 14 выбрасываются в атмосферу. При закрытии вестовой трубы этот поток может быть направлен в охладитель выпара 11. Деаэрованная вода поступает в бак-аккумулятор. Из бака деаэрованная вода забирается питательным насосом для питания паровых котлов.
Вакуумный деаэратор (ДСВ). Для деаэрации подпиточной воды тепловых сетей в котельных с водогрейными котлами используются вакуумные деаэраторы (рис. 95).
Вакуумный деаэратор, как и атмосферный, состоит из колонки 4 и бака деаэрованной воды 6.
Рис. 95. Вакуумный деаэратор: 1 — бак-газоотделитель; 2 — водяной эжектор; 3 — охладитель выпара; 4 — деаэрационные колонки; 5 — водоводяной водоподогреватель; 6 — бак деаэрованной воды; 7 — центробежный насос; 8 — трубопровод городской воды; 9 — трубопровод воды к ХВО; 10- трубопровод заполнения бака- газоотделителя; 11 — змеевик
Вакуум в деаэрационной колонке создается водоструйным эжектором 2, присоединенным к верхней части колонки. Для облегчения работы эжектора перед ним устанавливается охладитель выпара 3, так как водоструйный эжектор работает лучше, когда температура испарения ниже. Вода через эжектор перекачивается центробежным насосом 7, создает разрежение, за счет которого из деаэрационной колонки отсасывается выпар и, смешавшись с водой, поступает в бак-газоотделитель 1. В баке вода опускается вниз, а выпар остается наверху и удаляется в атмосферу.
Вода после умягчения, пройдя водоводяной подогреватель 5, нагревается до 75-80 °С и подается в деаэрационную колонку 4, где закипает при давлении ниже атмосферного. Освободившись от кислорода и углекислого газа, вода стекает в бак деаэрированной воды. Вода из бака подается подпиточным насосом на подпитку тепловой сети.
Для сохранения температуры деаэрованной воды в деаэраторном баке устанавливают змеевик 11, через который проходит горячая вода из водогрейных котлов.
Вакуумные деаэраторы работают при давлении 0,3 абсолютной атмосферы (Р = 0,7 кгс/см2), которому соответствует температура кипения воды 68,9 °С.
Нормы качества питательной воды для водотрубных котлов с рабочим давлением пара до 4 МПа приведены в табл. 8.
Нормы качества сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов даны в табл. 9.
Нормы качества питательной воды для водотрубных котлов с рабочим давлением пара до 4 МПа
Что такое деаэратор, и зачем он нужен
Деаэратор воды – это важный элемент системы водоподготовки. Он используется для удаления из жидкости растворенных в ней газообразных примесей. Как правило, это кислород и углекислый газ. Они относятся к агрессивным веществам и обладают коррозионным эффектом, поэтому при попадании в отопительную систему способны существенно ускорить ее износ. Установка деаэраторов позволяет задержать и вывести газообразные примеси и в результате значительно продлить срок службы всех узлов отопительной системы. Такое оборудование применяется на ТЭС и в котельных для обработки питательной воды, подаваемой в парогенераторы, и подпиточной воды, транспортируемой в тепловую сеть.
Содержание
Способы деаэрации воды
Правила эксплуатации деаэратора
Продукция компании «Сукремльстройдеталь»
Способы деаэрации
Для очистки жидкости от газообразных примесей используются химические и термические методы. Химические способы основаны на реакции удаляемых газов с дозируемыми реагентами. Однако такой метод действен только по отношению к кислороду. Кроме того, вместе с реагентами в воду могут попадать различные нежелательные примеси. Именно поэтому чаще используется термическая деаэрация, основанная на нагреве воды. Эта процедура реализуется с помощью деаэраторов и дает возможность удалить любые растворенные в жидкости газы без образования ненужных примесей. Подогрев воды выполняется с помощью отборного пара.
Факт. Для максимального устранения газообразных примесей нужно прогреть всю массу жидкости до температуры кипения. Выделяющаяся в процессе смесь газов и пара называется выпар. Он удаляется через клапан в верхней части деаэратора. Чем больше выпар, тем выше эффективность оборудования.
Виды деаэраторов
По конструкции
По давлению греющего пара
По способу контакта воды с паром
Правила эксплуатации деаэратора
Для стабильной эксплуатации котла и снижения риска аварийных ситуаций необходимо соблюдать правила использования деаэрационного оборудования. Нужно следить за уровнем воды в баке с помощью водоуказательного стекла, проверять работу автоматики и приборов несколько раз за смену. Для предотвращения критических показателей давления установки снабжаются гидрозатворами. Эти элементы должны иметь плавный ход, чтобы при необходимости их можно было легко привести в рабочее положение.
Продукция компании «Сукремльстройдеталь»
ООО «Сукремльстройдеталь» производит и поставляет атмосферные деаэраторы для промышленных предприятий и коммунальных служб. Установки соответствуют требованиям ГОСТ Р 50831-95 («Установки котельные»). Производительность оборудования составляет от 5 до 100 т/ч. Деаэраторы отличаются компактными габаритами и оснащены охладителем выпара. Возможна поставка отдельных компонентов (баки, колонки, гидрозатворы) или оборудования в сборе. При необходимости специалисты ООО «Сукремльстройдеталь» готовы составить техническое задание на изготовление нестандартной модели деаэратора.
Термическая деаэрация воды
Опубликовано: 11 июня 2010 г.
М. Иванов, к. х. н.
В любой жидкости, находящейся в открытом резервуаре, растворено определенное количество газов. Не является исключением и вода. Состав растворенных в ней газов может быть разным, но в основном это азот, кислород и углекислый газ. В наибольшем количестве – от 15 до 40 мг/л – в воде содержится азот. Однако этот газ инертный, и его присутствие особого вреда не приносит, чего нельзя сказать о кислороде и углекислом газе, которые становятся причиной коррозии, особенно при повышенных температурах.
Газы попадают в воду различными путями: при прямом контакте с воздухом атмосферы, после проникновения в системы через некоторые материалы, особенно пластик, и в процессе реализации различных стадий водоподготовки – охлаждения в градирнях, фильтрации и др. Поэтому в течение всего времени использования воды в качестве теплоносителя ее нужно постоянно подвергать дегазации. Когда речь идет об удалении из воды газов, входящих в состав воздуха, применяется термин «деаэрация».
Деаэрация воды может осуществляться термическим, химическим, мембранным и другими методами. Наиболее старая и одновременно распространенная в наши технология – термическая деаэрация воды.
Еще в XVIII в. британский физик Вильям Генри доказал, что количество растворенных газов определяется температурой и давлением жидкости. Растворимость газа в воде уменьшается с ростом температуры и понижением внешнего давления. Однако переусердствовать с нагревом и созданием разряжения также нельзя, поскольку это вызовет интенсивное парообразование, смешивание которого с воздухом сводит на нет все попытки деаэрации воды. Деаэрацию проводят в условиях, когда обеспечивается достаточная скорость процесса, а интенсивное парообразование еще не началось. Это достигается варьированием температуры и давления. Термическая деаэрация может быть осуществлена при повышенной температуре и повышенном, атмосферном и пониженном давлении.
Нагрев деаэрируемой воды до состояния насыщения при деаэрации с повышенным или атмосферным давлением производится с помощью водяного пара, а при осуществлении вакуумной деаэрации обычно используется перегретая вода.
Деаэрация – гетерофазный массообменный процесс, в котором растворенные газы воды переходят в газовую фазу водяного пара. Этот процесс может проходить в тонких слоях воды, но более эффективное его протекание наблюдается в мелкокапельном состоянии. Часто для перевода воды в требуемое состояние используется барботаж водяного пара через тонкий слой обрабатываемой воды.
Технология деаэрации реализуется в аппаратах, основной элемент которых – деаэрационные колонки, где, собственно, и происходит удаление из воды газов. Эти колонки бывают вертикальными и горизонтальными. Наиболее распространенны вертикальные. В них обрабатываемая вода поступает сверху, разбрызгивается с помощью распылительных приспособлений, а водяной пар подается снизу.
В деаэрационных колонках имеются дырчатые переливные тарелки, которые не только увеличивают время контакта деаэрированной воды с паром, но и переводят деаэрируемую воду в капельное состояние. Колонки такой конструкции применяются в аппаратах всех видов. Но при работе под вакуумом или с повышенным давлением к прочности оборудования предъявляются более высокие требования, чем в случае с аппаратами атмосферного типа.
Удаляемые газы переходят в водяной пар и выносятся из аппарата. Отработанный пар (его называют выпаром) удаляется из деаэратора. В некоторых моделях, сконструированных с учетом проблем энергосбережения, производится утилизация тепла выпара.
В аппаратах повышенного давления деаэрация протекает при рабочем давлении выше 1,7 атм. Это позволяет ограничить процесс парообразования при относительно высокой температуре нагрева. Деаэраторы повышенного давления применяются для удаления газов из питательной воды парогенераторов на тепловых и атомных электростанциях, в схемах мощных (до 1200 МВт) энергетических турбоустановок. Такие аппараты обычно состоят из бака, обеспечивающего запас воды для работы питательных насосов, и одной или двух колонок деаэрации. Процесс реализуется за счет отбора части водяного пара от энергетических установок.
Деаэраторы атмосферного давления применяются на тепловых электростанциях и в котельных – для подготовки питательной воды для паровых котлов и подпиточной воды систем теплоснабжения.
Как правило, в комплект такого деаэратора входит колонка, бак для воды, гидрозатвор (предохранительное устройство) и охладитель выпара. Нагрев обрабатываемой воды также производится с помощью пара, отобранного из системы.
Несколько иная картина наблюдается при деаэрации с пониженным давлением. В этом случае нагрев производится подачей горячей воды, которая при разряжении, созданном вакуумными насосами, вскипает, образуя пар. Этот пар контактирует с обрабатываемой водой и производит удаление растворенных газов. В ряде конструкций вакуумных деаэраторов используются деаэрационные колонки, а иногда достичь необходимого для удаления газов парообразования позволяет интенсивная циркуляция деаэрированной воды.
В вакуумных деаэраторах процесс удаления газов из воды осуществляется при давлении, обычно равном 0,2–0,3 атм. Чаще всего такие агрегаты применяются в котельных с водогрейными котлами для систем теплоснабжения и ГВС, во всех случаях при отсутствии пара. Деаэраторы данного типа имеют небольшие габаритные размеры.
Обычно вакуумные деаэраторы состоят из бака и установленной на нем деаэрационной колонки. За счет того, что кипение воды при разряжении достигается при более низкой температуре, чем в обычных условиях, оптимальная температура вакуумной деаэрации составляет 60 °С, а максимальная температура – 90 °С. Последнее связано с тем, что при повышении температуры одновременно с дегазацией будет происходить и испарение воды. Вероятно, этим и обусловлен основной недостаток вакуумных деаэраторов: остаточная концентрация кислорода в воде, прошедшей в них обработку, выше, чем в альтернативных вариантах.
Работа деаэраторов всех перечисленных видов производится в периодическом режиме. Сначала, например, из системы отопления закачивается в бак деаэратора определенное количество воды для обработки. Затем эту воду подвергают деаэрации путем многократного пропускания через колонку деаэратора. Циркуляция обрабатываемой воды в замкнутой системе деаэратора производится до определенного времени, или тех пор, пока не будет достигнуто требуемое остаточное содержание газов. Обработанную воду возвращают в систему, а оттуда отбирают новую порцию теплоносителя. Если деаэрации подвергается подпиточная вода, то в бак деаэратора закачивают воду после водоподготовки, а затем производят ее дегазацию и направляют в систему.
В связи с особенностями описанного режима работы деаэратора, такое распространенное понятие, как производительность, то есть количество воды, обрабатываемой в единицу времени, приобретает несколько иной смысл. В данном случае под производительностью следует понимать способность оборудования пропускать через деаэрационную колонку в процессе дегазации определенное количество воды в единицу времени.
На российском рынке присутствую термические деаэраторы, выпускаемые главным образом отечественными производителями. Они в основном различаются по величине рабочего давления, производительности и габаритным размерам. Среди крупнейших и старейших отечественных производителей следует отметить НПО ЦКТИ (Санкт-Петербург), предлагающее аппараты для небольших котельных и оборудование для тепловых и атомных электростанций (производительность – от 1,0 до 6 000 м 3 /ч; объем бака – от 0,75 до 400 м 3 ).
Достаточно широкое распространение получили также конструкции деаэраторов, в которых вместо деаэрационной колонки с переливными тарелками используется эжектор или сопло. Один из производителей такого оборудования – НПО «Новые Технологии» (Санкт-Петербург), выпускающее струйные вихревые деаэраторы. Действие этого аппарата основано на создании вращательного движения потока деаэрируемой воды после выхода из сопла специальной конструкции. В центре вращения образуется зона разряжения, что приводит к образованию пузырьков газа. В данном случае также образуется выпар, который удаляется из установки. Струйные деаэраторы имеют производительность от 1 до 300 м 3 /ч и могут работать как в атмосферном, так и вакуумном режимах. В первом случае перед поступлением в сопло вода нагревается до температуры 102–104, а в вакуумном деаэраторе – до 40–80 °С. Остаточное содержание кислорода в зависимости от температуры и давления обработки воды колеблется от 50 до 18 мкг/л, причем более высокая концентрация соответствует условиям проведения вакуумной деаэрации. Преимуществами такого вида аппаратов являются малые размеры и отсутствие необходимости в подаче водяного пара для барботирования.
Статья опубликована в журнале «Аква-Терм» # 1(41) 2008
Сравнение различных систем деаэрации
и особенности их внедрения
Д.П. Подчернин, директор, UAB «Gandras Energoefektas», г. Висагинас, Литва
Введение
Нашим заказчиком «Тепловые сети г. Даугавпилса» (PAS «Daugavpils siltumtikli») было принято решение провести реконструкцию системы водоподготовки на одной из своих ТЭЦ. Станция достаточно крупная – установленная тепловая мощность составляет более 400 МВт.
Изначально на ТЭЦ была химводоподготовка большой мощности и атмосферный деаэратор, работающий совместно с паровым котлом ГМ-50. В связи с тем, что паровая нагрузка в котельной отсутствует, а эксплуатировать турбины мощностью 12 МВт сегодня в Латвии экономически не выгодно, ТЭЦ была переведена в водогрейный режим. При этом паровой котёл ГМ-50 работал только для нужд ХВП – на деаэрацию воды, остальной пар сбрасывая на ПСВ.
Проблема состояла в том, что вся летняя нагрузка по договору была продана частным компаниям (в котельные, которые обеспечивали более низкую цену на теплоэнергию), поэтому летом в работе оставались только сетевые насосы, обеспечивающие подпитку сети покупным теплоносителем.
Такой температурный режим является неподходящим для деаэрации: для атмосферной – требуется источник пара, а для вакуумной – источник низкотемпературного тепла (воды с температурой до 78 о С). Летом обычно воду с такими параметрами берут из линии рециркуляции котла, но т.к. в данном случае все котлы останавливались, то при реконструкции ХВП необходимо было предусмотреть маленький (только покрывающий нагрузку деаэраторов) газовый котёл на собственные нужды.
По просьбе заказчика, с целью выбора наиболее оптимального режима деаэрации нашими специалистами было выполнено экономическое сравнение четырёх видов деаэраторов:
— атмосферного (с паровым источником);
— вакуумного (с водяным источником теплоэнергии);
Для упрощения методики сравнения было принято, что система работает с максимальной производительностью 24 ч в сутки.
Для экономического сравнения принимался срок службы оборудования равный 20 годам (с учётом того, что предыдущая система проработала 50 лет).
Стоимость остального оборудования ХВП (табл. 1) не учитывалась в данном сравнении, потому что оно неизменно для любого варианта системы водоподготовки.
Таблица 1. Оборудование, состав которого остаётся неизменным при любом способе деаэрации.
| № п/п | Наименование оборудования | Состав |
| 1 | Система для растворения соли с расходом 5 м 3 /ч | Ёмкость соли, система подачи воздуха на емкость (компрессор), система подачи растворенной соли с трубопроводами |
| 2 | Система умягчения воды, производительность 20 м 3 /ч, количество соли на одну регенерацию – 90 кг | Механические фильтры 2 шт., установка умягчения воды – 2 колонны, |
| 3 | Датчик для определения количества остаточного кислорода в деаэрированной воде | Комплект |
| 4 | Бак-аккумулятор (без тепловой изоляции) | Установка производительностью 25 м 3 /ч с соответствующей обвязкой |
Атмосферный деаэратор
Состав основного оборудования системы атмосферного деаэратора для расчета стоимости оборудования представлен в табл. 2.
Таблица 2. Состав основного оборудования системы атмосферного деаэратора.
| № п/п | Наименование оборудования | Комплектность |
| 1 | Система умягчения воды для парового котла | 1 колонна, 1 бак с запорно-регулирующей арматурой |
| 2 | Насосы подачи воды на деаэратор, производительностью 20 м 3 /ч и напором 35 м | 2 агрегата с запорной арматурой |
| 3 | Водоводяной теплообменник производительностью 1150 кВт (T1 – T2 = 5 – 55 °C) | 1 аппарат с запорной арматурой и регулятором |
| 4 | Пароводяной теплообменник производительностью | 1 аппарат с запорной арматурой |
| 5 | Паровой жаротрубный котёл, мощность при номинальной нагрузке 2770 кВт, КПД – 90%, производительность пара 4 т/ч, рабочее давление 12 бар, температура насыщенного пара – 190 о С, | Котёл с узлом автоматической продувки, запорно-регулирующей арматурой, предохранительной арматурой, горелкой, горелочным оборудованием и счётчиком расхода газа |
| 6 | Атмосферный деаэратор производительностью 25 м 3 /ч с баком объёмом 5 м 3 | Комплект с запорной, регулирующей, предохранительной арматурой |
| 7 | Питательные насосы производительностью 6 м 3 /ч, напором 160 м | 2 агрегата с запорно-регулирующей арматурой |
| 8 | Сепаратор продувок объёмом 0,7 м 3 | Комплект |
| 9 | Охладитель продувок мощностью 100 кВт | Комплект с запорно-регулирующей арматурой |
| 10 | Изоляция бака аккумулятора | Минеральная вата толщиной 100 мм и оцинкованная жесть |
| 11 | Трубопровод подачи газа на котел, расчётное давление – 3 бар | Ду 50, длина 410 м |
| 12 | Дымоходы | Комплект |
| 13 | Шкаф автоматического управления | Комплект |
Стоимость оборудования для атмосферной деаэрации составила в среднем 181,5 тыс. евро (на декабрь 2016 г.)
1. Используется схема: умягченная вода последовательно подается на водоводяной и пароводяной теплообменники. Теплоносителем для деаэратора и пароводяного теплообменника используется пар парового газового котла;
2. Кроме трубопроводов обвязки системы, необходимо дополнительно проложить газопровод для подачи газа на паровой котел;
3. Для бака-аккумулятора и трубопроводов необходимо предусмотреть изоляцию (температура деаэрированной воды 103 о С).
4. Остаточное содержание кислорода в воде – не более 20 мкг
Преимущества применения атмосферной деаэрации:
— низкое количество остаточного кислорода в воде,
— деаэрированная вода может подаваться на существующие паровые котлы (если будет предварительно химически обработана);
— не требуются химреагенты.
— необходим источник пара,
— высокая температура деаэрации,
— высокие тепловые потери,
— потери пара на непрерывные и временные продувки.
Расчетная величина тепловых потерь при использовании для деаэрации тепловой энергии в виде пара составила 19% от выработки (в данном случае – от общих затрат на топливо (газ) в течение 20 лет). В результате их стоимость составила 3445,3 тыс. евро.
Стоимость производства тепловой энергии, которое возможно будет реализовать (подать вместе с подпиточной водой в сеть) рассчитывалась, соответственно, из условий 81% от общих затрат на топливо (газ) в течение 20 лет и составила около 14,7 млн евро.
Химическая деаэрация воды
Основное оборудование системы химической деаэрации состоит из ёмкости для химического реагента производительностью 20 м 3 /ч (объём 215 л) и насоса-дозатора.
В качестве реагента для химической деаэрации предлагается использовать ингибитор коррозии для закрытых систем хорошо известного в Латвии американского производителя. Доза по данным производителя составляет 2000 г/м 3 воды.
Часовой расход необходимого количества реагента для химической деаэрации котла (из расчёта 2000 г/м 3 ) составит 40 кг/ч, (или 960 кг в сутки), соответственно, в год потребуется 960 × 365 = 350,4 т.
Стоимость оборудования на декабрь 2016 г. составила 3,5 тыс. евро (самая низкая из всех вариантов), стоимость реагента 4,97 евро/кг. Общая стоимость реагента для эксплуатации системы химической деаэрации за всё время эксплуатации составит 34,83 млн евро.
1. Кроме трубопроводов обвязки системы, дополнительная прокладка трубопроводов не требуется.
2. Бак-аккумулятор и трубопроводы изолировать не нужно, т.к. температура деаэрированной воды – не более 20 о С.
Остаточное содержание кислорода в воде – не более 50 мкг.
Преимущества химической деаэрации:
— состав оборудования – минимальный,
— система очень проста в обслуживании,
— вода не требует подогрева.
— высокая стоимость и большое количество реагента.
Мембранный деаэратор
Состав основного оборудования системы мембранного деаэратора для расчета стоимости оборудования представлен в табл. 3.
Таблица 3. Состав основного оборудования системы мембранного деаэратора.
| № п/п | Наименование оборудования | Комплектность |
| 1. | Механический фильтр, производительность 20 м 3 /ч | Два фильтра с заменяющимися фильтрующими элементами 5мкм и запорно-регулирующей арматурой |
| 2. | Насосы подачи воды на деаэратор, производительность – 20 м 3 /ч, напор – 35 м | 2 агрегата с запорной арматурой |
| 3. | Мембранный деаэратор производительностью 20 м 3 /ч | 3 мембраны, запорно-регулирующая арматура |
| 4. | Вакуумный насос, производительность – 22,5 м 3 /ч | Два вакуумных насоса с воздушным охлаждением |
| 5. | Система подачи азота | 2 установки по 12 баллонов каждая |
| 6. | Шкаф автоматического управления | Комплект |
Стоимость оборудования составила в среднем 66,5 тыс. евро (на декабрь 2016 г.)
Считаем стоимость азота для эксплуатации системы мембранной деаэрации.
Необходимое количество азота для подачи на мембранный деаэратор (из расчета 1,2 нм 3 /ч) за год составит 10,5 тыс. нм 3
Один баллон ёмкостью 50 л – это 9,5 м 3 сжиженного азота, следовательно, на год потребуется порядка 1107 баллонов.
Стоимость одного баллона составляет 26,5 Евро (по данным SIA Gaschema Tirdzniecības pārstāvis на декабрь 2016 г.), поэтому, для эксплуатации системы в течение года необходимо затратить 29,3 тыс. евро. За весь период эксплуатации (20 лет) расходы на азот составят 586,72 тыс. евро.
1. Согласно технологической схемы умягченная вода подается на мембранный деаэратор, куда также подается азот для обеспечения деаэрации. Кислород из воды удаляется при помощи вакуумного насоса.
2. Кроме трубопроводов обвязки системы, необходимо установить 2 системы подачи азота по 12 баллонов каждая, соединенных в одну систему (одна работает, вторая отправляется на дозаправку азотом).
3. Бак-аккумулятор изолировать не нужно, т.к. температура деаэрированной воды не более 20 °С.
4. Остаточное содержание кислорода в воде – не более 50 мкг.
— оборудования меньше, чем в атмосферных и вакуумных системах и легче в обслуживании;
— вода не требует подогрева;
— оборудование и трубопроводы не нужно изолировать.
— срок службы основного оборудования (мембраны) до замены – 5 лет. После этого нужно заменить мембраны, стоимость которых составляет почти 70% стоимости всего деаэратора, за 20 лет сумма составит: 36000×4=144 тыс. евро.
— требует постоянного расхода азота, который нужно покупать в баллонах.
Вакуумный деаэратор
Состав основного оборудования системы вакуумного деаэратора для расчета стоимости оборудования приведён в табл. 4.
Таблица 4. Состав основного оборудования системы вакуумного деаэратора.
| № п/п | Наименование оборудования | Комплектность |
| 1. | Насосы подачи воды на деаэратор производительностью 20 м 3 /ч, напором 35 м | 2 агрегата с запорной арматурой |
| 2. | Водоводяной теплообменник производительностью 1628 кВт, T1-T2=5-75°C | 1 аппарат с запорной арматурой и регулятором |
| 3. | Водоводяной теплообменник производительностью 450 кВт, T1-T2=55-75°C | 1 аппарат с запорной арматурой |
| 4. | Газовый водогрейный котел теплопроизводительностью 450 кВт, рабочее давление 6 бар, температура воды из котла 90 о С, расход газа 50 м 3 /ч, КПД 92% | Котел с запорно-регулирующей арматурой, горелкой, горелочным оборудованием и счетчиком расхода газа |
| 5. | Вакуумный деаэратор, производительностью 20 м 3 /ч | Комплект с запорно-регулирующей арматурой |
| 6. | Вакуумный насос производительностью 22,5 м 3 /ч | Два вакуумных насоса с воздушным охлаждением |
| 7. | Изоляция бака аккумулятора | минеральная вата толщиной 60 мм и оцинкованная жесть |
| 8. | Трубопровод подачи газа на котел, расчётное давление – 3 бар | Ду 50, длина 410 м |
| 9. | Дымоходы | Комплект |
| 10. | Шкаф автоматического управления | Комплект |
Стоимость оборудования изначально составила 88,85 тыс. евро (однако после проведения открытого конкурса цена уменьшилась в два раза)
1. Используется две схемы работы: летняя и зимняя. Летом, когда максимальная температура сетевой воды составляет 60 °С, умягченная вода последовательно подается на два водоводяных теплообменника. Теплоноситель первого – сетевая вода, второго – вода из водогрейного газового котла. Зимой система работает по упрощенной схеме: вода подогревается до температуры 75 °С сетевой водой. Второй теплообменник и газовый котел не работают.
2. Кроме трубопроводов обвязки системы, которая в данном расчете не учитывается, необходимо дополнительно проложить трубопровод для подачи газа на паровой котел.
3. Для бака-аккумулятора и трубопроводов необходимо предусмотреть изоляцию (температура деаэрированной воды – 75 о С).
4. Остаточное содержание кислорода в воде не более 50 мкг.
— температура деаэрации ниже, чем в атмосферном деаэраторе;
— не требует химреагентов;
— не требует замены основного оборудования.
— температура деаэрации выше, чем при мембранной и химической деаэрации;
— летом требует включения дополнительного оборудования – водогрейного котла и второго теплообменника;
— высокие теплопотери через изоляцию.
Расчётная величина тепловых потерь при использовании для нужд деаэрации тепловой энергии в виде горячей воды составила 10,5% от выработки (от общих затрат на газ в течение 20 лет). В результате стоимость тепловых потерь при подогреве составляет 136,08 тыс. евро.
Стоимость производства тепловой энергии, которое возможно будет реализовать (подать вместе с подпиточной водой в сеть) составляет 1,16 млн евро (89,5% от общих затрат на газ в течение 20 лет).
Технико-экономическое сравнение различных систем деаэрации воды
При сравнении представленных вариантов были сделаны следующие допущения.
1. Не выполнялся расчёт затрат на электроэнергию, что с одной стороны – не очень корректно для химической деаэрации, где расход электроэнергии минимальный. Однако с другой стороны, у остальных методов деаэрации расходы электроэнергии очень сохожи.
2. Когда считали затраты на подогрев, для вакуумного деаэратора был выбран водогрейный котёл с температурой нагрева 75 ºC, после чего согласно схеме вода идет на подпитку и поступает в сеть. Безвозвратные потери входили в КПД котла, тепловые потери – на теплообменник, деаэратор, трубопроводы и ёмкость хранения. Как видно из расчёта, они оказались очень незначительные.
Для атмосферного деаэратора эти затраты оказались выше, т.к. продувки на паровом котле и его более низкий КПД значительно ухудшили картину, а стоимость паровой части сильно подняла цену.
3. Очень важно, что при наличии летней нагрузки тепловая энергия, необходимая на подогрев воды, берётся из линии рециркуляции котла (необходимо 75-80 ºC), – это сильно снижает стоимость внедрения вакуумной деаэрации и упрощает работу персонала.
Все результаты исследования представлены в табл. 5, куда также добавлена стоимость затрат на обслуживание оборудования в течение расчетный срок службы в 20 лет.
Таблица 5. Результаты расчёта оборудования различных типов деаэрации.
5 – вакуумные насосы,
5 – вакуумные насосы
Внедрение
В результате проведённого исследования было принято решение о внедрении вакуумной системы деаэрации (рис. 1).
Рис. 1. Схема системы деаэрации воды вакуумного типа.
Самой большой проблемой стала устойчивая работа водогрейного котла из условия максимальной нагрузки, требуемой заказчиком, в 20 м 3 /ч (с начальной температурой сетевой воды 60 ºC). Для нагрева от 60 до 78 ºC потребовался котел мощностью 450 КВт/ч (рис. 2). При этом минимальная возможная нагрузка из условий работы котла составила 4 м 3 /ч. Исходя из этого и проектировался деаэратор (рис. 3-5).
Рис. 2. Водогрейный котел, вакуумный деаэратор и теплообменники на отметке +8.000.
Ещё раз обращаем внимание, что, если теплоисточником будет линия рециркуляции котла, то минимальная нагрузка вакуумного деаэратора может быть от 0,3 м 3 /ч.
Рис. 3. Вакуумный деаэратор, теплообменники и шкаф управления на отметке +8.000.
Рис. 4. Бак аккумулятор деаэрированной воды на отметке +0.000.
Рис. 5. Оборудование системы химического обессоливания и насосы подачи воды
на вакуумный деаэратор на отметке +0.000.
Второй проблемой стали новые вакуумные насосы, которые, со слов производителя (Испания), не требовали постоянного расхода запирающей воды (как водокольцевые).
Но, как выяснилось, принцип действия новых насосов был основан на пропускании водяных паров из деаэратора через высоковязкое масло, которое необходимо было менять через 600 ч. Узнали мы это, к сожалению, только начав эксплуатировать данные насосы – производитель молчал до последнего, как партизан.
Пришлось возвращаться к водокольцевым вакуумным насосам со строительством системы замкнутого цикла для запирающей воды (сливать 2 м 3 /ч посчитали некорректным). Хотим ещё раз напомнить, что запирающая вода должна быть химически обессоленной, иначе со временем вакуумный насос зарастает кальцием и выходит из строя.
Рекомендации из опыта
Очень важно, чтобы трубопроводы, с не деарированной водой, особенно, если она нагрета свыше 15 о С, были изготовлены из нержавеющей стали классом не ниже AISI304 (коррозионно-стойкая жаропрочная аустенитная сталь; российский аналог – 08Х18Н10. – Прим. ред.).
К сожалению, многолетний опыт показывает, что срок службы трубопроводов из углеродистой стали составлял не более полутора лет.
Кроме того, мы столкнулись с тем, что очень многие производители деаэраторов не включают в комплект поставки датчик кислорода, а персонал на месте не имеет возможности достаточно точно измерить количество остаточного кислорода в деаэрированной воде. Цена такой ошибки очень высока – преждевременная коррозия сетей, выход из строя оборудования. Поэтому, несмотря на достаточно высокую стоимость (цена такого датчика колеблется от 2 до 5 тыс. евро (в зависимости от производителя)), мы настойчиво рекомендуем устанавливать его для проверки качества работы существующего деаэратора, вне зависимости от его типа (рис. 6).
Рис. 6. Датчик кислорода в режиме работы онлайн.
При выборе датчика необходимо правильно подобрать границы измерения количества кислорода (от 0 до 50 мкг/л), температуры воды (до 100 о С), т.к. на рынке присутствует очень много датчиков для очистных сооружений водоканалов, и измерение количества кислорода для деаэраторов ниже их погрешности, а от высокой температуры воды они сразу выходят из строя. И очень важно проконтролировать, как данный датчик будет установлен (неправильная установка может привести к быстрому выходу его из строя).
В целом, современные, полностью автоматизированные системы вакуумной деаэрации без использования пара могут послужить хорошей альтернативой в случае отказа от паровой части на источниках теплоснабжения различной мощности.