О компании

Продукция

Услуги

Отзывы

Контакты

О деаэраторах, декарбонизаторах, смесительных подогревателях, утилизаторах и новых аппаратах.

Галустов В.С., Засл.изобретатель РФ, доктор техн.наук, профессор.

Приведенная в заглавии тема продиктована двумя обстаятельствами. Первое, но не главное, это широкая распространенность указанных процессов как в энергетике,  так и во  многих отраслях  промышленности для удаления из воды коррозионноагрессивных газов,  подогрева воды или  утилизации  выбросного пара. Второе - необоснованная ажиотажность вокруг этих процессов со стороны современных разработчиков и поставщиков «новой» техники, представляющих  свою продукцию как самую эффективную, самую экономичную в мире,  приписывающих этим устройствам подчас фантастические свойства и эффекты [10-13,17].

Попытаемся разобраться в этом вопросе.

I. Струйная техника и прямоточные рапылительные аппараты.

История струйной техники насчитывает почти полтора столетия. В России еще в 1866 году инженер  А.И.Шпаковский  изобрел пульверизатор, а  в 1880 г.  В.Г.Шухов получил привилегию (патент) на первое в  мире  паро-жидкостное  устройство,  которое стало использоваться для сжигания мазута.

Дальнейшее развитие подобных устройств шло по пути создания струйных (по  нашей  классификации  [9] жидкостно-эжекционных) тягодувных устройств и струйных (газо-эжекционных [9]) насосов.

Теория струйной техники была глубоко разработана  к  70-м годам прошлого столетия и обобщена в монографиях  Е.Я.Соколова и Н.М.Зингера [14] и других.

Струйные устройства  привлекали свой простотой,  компактностью, надежностью.  Однако их применение ограничилось фактически областью  вакуумирования  и пневматического (в том числе парового) распыливания жидкостей.  Объясняется это теми недостатками струйной техники, с которыми с течением времени оказалось все трудней мириться.

Наименьший из них - высокие уровни шума,  сопровождающие работу многих из них. Главный - низкий КПД энергопередачи, который оказался в разы ниже, чем у современных вентиляторов и насосов.

Есть и другие,  менее существенные недостатки,  например, ограничения по производительности единичного устройства,  снижение КПД с увеличением единичной производительности  и т.д.

Вместе с тем,  простота и компактность указанных объектов инициировали попытки  их  применения в качестве тепло-массообменных аппаратов. Одной из первых является работа, выполненная в Советском  Союзе  в 1943 г.  Рамзиным и Давыдовым.  Авторами исследовалась возможность использования  для  очистки  дымовых газов аппарата типа водовоздушного эжектора. Попытка оказалась не очень удачной, работа дальнейшего развития не получила, а в 1955 году  Хольмберг (Финляндия) запатентовал аналогичное устройство. Продолжили эту  цепочку  фирмы  Варкаус-Вентури,  Щюте-Картинг и многие другие.

Насколько научных  школ в различных странах в 50-е - 70-е годы минувшего столетия продолжали исследования по  применению струйных аппаратов для скрубберных процессов.  Большинство результатов практического применения не находили.

Положительный сдвиг наметился только тогда,  когда вместо соплового насадка,  образующего  струю  (круглую  или плоскую) стали применять центробежные  форсунки  (образующие  «зонтик») распыла. При этом на порядок возросли коэффициенты эжекции, на два порядка поверхность контакта фаз,  однако  во  столько  же сократился развиваемый  аппаратом напор.  То есть,  был сделан первый шаг от тягодувного устройства к тепломассообменному аппарату.

Однако решающим шагом послужила разработка теории и конструкций цельнофакельных форсунок и их ансамблей [15,16],  применение которых позволило поднять коэффициенты эжекции до нескольких тысяч. Это стало началом создания нового семейства интенсивных прямоточных распылительных контактных устройств.  Их теория, классификация,  области применения обобщены в монографии [9],  а результаты современных  внедрений,  сопоставлений, анализа - в серии статей [2-8].

Новый всплеск предложений струйных устройств «нового» поколения, особенно в качестве смесительных паро-водяных подогревателей и деаэраторов, пришолся на 90-е годы 20-го столетия.

Кое-что о смесительном подогреве воды.

Прежде всего  следует иметь в виду,  что в отличие от поверхностного теплообменника,  где раздельно вытекают  нагретая вода и конденсат (обессоленный,  деаэрированный, пригодный для подачи непосредственно в котел),  на выходе  из  смесительного подогревателя мы получаем водо-конденсатную смесь,  требующую полной или частичной обработки (умягчение, деаэрация), за исключением некоторых прямоточных распылительных аппаратов (о чем речь пойдет ниже).

С другой стороны, поверхностные теплообменники  требуют значительно больших капитальных и эксплуатационных затрат.

Очевидно, что выбор способа передачи тепла от пара к воде (через стенку  или при непосредственном контакте) должен основываться на  технико-экономических  расчетах.

О струйных устройствах «нового» поколения.

Новый всплеск  предложений  струйной  техники пришелся на 90-е годы 20-го столетия. Это в основном фирмы «КВАРК» (подогреватели ПВС и щелевые деаэраторы ДЩ, ДЩВ), «ФИСОНИК» (деаэраторы и подогреватели  с  тем  же  названием), «ПРЕССМАШ» (подогреватели МПЭУ),  «Группа ТСА-ТЕХНОЛОГИЯ» (пароводяные насосы-подогреватели ПНП) [10-13].

Несмотря на различие названий, аббривиатур, маркировок они ни чем принципиально друг от друга не отличаются также,  как и от классических  газо (паро) струйных устройств (газоэжекционные или газо-жидкостные по нашей  классификации [9]).

Если отбросить разговоры о режимах течения (трансзвуковой и т.п.), нагромождения «струйнофорсуночный» и т.п., то окажется, что мы имеем дело с самым обычным  прямоточным  (струйным) смесительным устройством, степень передачи тепла от пара к воде в котором, как впрочем и в любом другом, близка к единице, а отличие определяется  только потерями тепла (через внешнюю поверхность) в окружающую среду и характеризует прежде всего качество теплоизоляции.

Другое, часто упоминаемое достоинство струйных смесительных подогревателей - возможность иметь давление воды на выходе из подогревателя выше,  чем на входе. Это действительно так, но достигается указанный результат довольно дорогой ценой (о чем  разработчики предпочитают не упоминать). Как мы уже говорили, КПД энергопередачи струйных устройств в 4-6 раз ниже,  чем у насосов (обычно  не  превышает 12-16%) и в большинстве случаев гораздо выгодней нагретую  простым  смесительным  подогревателем воду дальше перекачивать обычным насосом.

Все вышесказанное вовсе не означает, что мы категорически против  использования  струйной  техники.  Она применялась, применяется, будет и может применяться но только там и  в  тех случаях, когда это экономически оправдано.

Особое место занимают  интенсивные прямоточные распылительные аппараты серии «Радуга» разработки НПО  «ПОЛИТЕХНИКА» [1-9]. Это прямые «потомки» струйных устройств,  но несущие многие новые положительные качества. Как и во всех остальных эффективность передачи тепла от пара к воде в них близка к единице. Они не шумят, давление в них атмосферное (если технология не предусматривает иное - вакуум,  избыточное давление), единичная производительность не имеет принципиальных ограничений, также, как и диапазон ее регулирования. Как и все аппараты указанной серии они просты,  надежны,  удобны,  долговечны.

При всем этом они содержат еще одно, недоступное для струйной техники достоинство,  - подогрев воды (или утилизация пара)  в них может сопровождаться ее глубокой деаэрацией (до любого заданного уровня).

Сопоставительный анализ новых и традиционных деаэраторов дан  в работах [4,5] поэтому здесь не приводится.

В заключение этой части следует сказать,  что здесь не  навязывается какое-либо конкретное устройство.  Просто мы сочли необходимым обратить внимание потенциальных потребителей  на  многообразие предложений и необходимость обоснованного выбора.

II. Центробежные аппараты.

Среди новых предложений следует отметить так же аппараты с тангенциальным вводом (струйные циклон-деаэраторные колонки ДСЦА и ДСЦВ фирмы «Фисоник») и с закручивающим элементом (вауум-атмосферные деаэраторы «АВАКС» Кинешемского машиностроительного завода) на вводе жидкой фазы. Такие (центробежные) аппараты, как и струйные устройства, известны давно,  достаточно вспомнить  циклоны,  получившие  широкое распространение в  газоочистке  и очистке жидкостей от твердых включений. Известны и многие другие тепло-масообменные аппараты с вращательным движением в них подаваемой жидкости. [11,17]

Деаэраторы такого типа несут многие недостатки струйных аппаратов, включая необходимость перегрева воды выше температуры насыщения, необходимость во внешнем охладителе выпара и др. К их обсуждению нас побудил тот факт,  что в последнее время  в рекламных материалах и публикациях по новым термическим деаэраторам, часто отмечается их  способность на ряду с кислородом удалять и СО2 фактически до нулевого уровня.  Например,  в статье Н.Егорова [17] говорится, что в вакуум-атмосферном деаэраторе «АВАКС»   «углекислота полностью удаляется при нагреве воды  до  отметки  65С» без каких-либо дальнейших пояснений.

Отсутствие необходимых  пояснений  не редко вводит в заблуждение проектировщиков и специалистов по комплектации.  Создается иллюзия, что деаэраторы «нового» типа способны одновременно выполнять и функции декарбонизатора.

Напомним, что любые деаэраторы,  независимо от  конструктивного решения (термические десорберы) предназначены для удаления из воды О2 и СО2  от  равновесной  (для  соответствующей температуры) до некоторой заданной концентрации. Для СО2 обычно это ноль (следовый уровень).

Напомним также, что для деаэрации воду необходимо нагреть до температуры насыщения и создать атмосферу (водяной пар, называемый выпаром), в которую перейдут выделившиеся из воды газы и с которой они будут удалены из аппарата.

Источник образования  выпара  при  этом не имеет значения, это может быть пар от внешнего источника,  подаваемый с учетом стехиометрии нагрева  до  температуры  насыщения и с избытком, учитывающим выпар,  либо  пары вскипания деаэрируемой либо дополнительно подаваемой горячей воды,  перегретой выше температуры насыщения на столько, чтобы количество выпара было не ниже указанного.

Равновесное содержание СО2 при 30 С - 0,57 мг\л.,  а кислорода 1,6 мг\л. Минимально необходимый удельный расход выпара при этом  1,5-3 кг\т деаэрируемой воды (в последних рекомендациях порядка 30 кг\т).

На стадии  умягчения воды с использованием Н-катионирования или подкисления в результате разложения солей жесткости  в воду выделяется  избыточное  количество  углекислоты,  которое обычно в сотни раз превышает равновесное (например, в одном из рассматриваемых нами случае 350 мг\л,  что более чем в 600 раз превышает равновесную концентрацию).

Использование термического  метода для удаления сверхравновесного содержания газа будет просто  расточительством,  так как необходимый при этом расход выпара возрастает  практически пропорционально росту  начальной концентрации растворенных газов. Не трудно оценить, что по вакуумному варианту (реализуется, например,  в  «АВАКСах»), испарение  даже всей деаэрируемой воды может оказаться недостаточным, что очевидно абсурдно.

Именно по указанной причине декарбонизацию  проводят  без нагрева как процесс физической десорбции в отдельном (до деаэратора) аппарате (декарбонизаторе) за  счет  взаимодействия  с воздухом, в  который и переходит сверхравновесная углекислота, о чем мы подробно говорили в [3].  Остаточная углекислота  (до 10-20 мг\л) удаляется вместе с кислородом в деаэраторе.

В деаэраторе  АВАКС  разряжение в приосевом газовом вихре (его формирование очевидно подчиняется теории центробежных форсунок Абрамовича, Пажи и других [16,18,19]) составляет несколько мм водяного столба. Температуре же насыщения 65С (упоминается автором [2]) соответствует разряжение 7,5 м (7500  мм),  которое может быть создано только с помощью специальной вакуумной схемы  (с пароструйным или водоструйным эжектором или с вакуумнасосом), которая  на рисунке в статье Н.Егорова показана,  но в тексте не описана. Вместе с тем, создание и поддержание вакуума в аппарате требует значительных капитальных и, что особенно неприятно, энергетических затрат.

Итак, использование аппарата АВАКС или любого другого деаэратора в качестве декарбонизатора как с технической, так и с экономической стороны НЕ ОПРАВДАНО!

Литература.

1. Галустов В.С. Тепломассообменные процессы и аппараты с непосредственным контактом фаз в теплоэнергетике\\Энергия и менеджмент-2003-№4

2. Галустов В.С. Обезжелезивание артезианских вод\\Энергия и менеджмент-2003-№5

3. Галустов В.С. О декарбонизации воды\\АКВА-ТЕРМ-2004-№5

4. Галустов В.С. К выбору термических деаэраторов\\Энергия и менеджмент – 2000-№2

5. Галустов В.С. Термическая деаэрация воды\\Энергия и менеджмент –2004-№1

6. Галустов В.С. Оптимизация систем охлаждения\\ АКВА-ТЕРМ-2004-№3

7. Галустов В.С. Оборотное потребление охлаждающей воды\\АКВА-ТЕРМ-2004-№4

8. Ралустов В.С., Розенберг Л.А. Утилизация тепла и конденсата паровых выбрасов\\Энергия и менеджмент-2004-№4

9. Галустов В.С. Прямоточные распылительные аппараты в теплоэнергетике\\М.:Энергоатомиздат-1989

10. Шавина Т. Уникальное оборудование для самого эффективного теплоснабжения.\\Строительная газета-1998-№36; «КВАРК» многопрофильное предприятие\\проспекты фирмы; Сердечков А. Технология «КВАРК» вне конкуренции\\Российская федерация-1998-№36

11. Фисенко В.В. Аппараты «Фисоник» - энергосберегающая технология будущего\\Энергия и менеджмент-1999-№1

12. ПО «ПРЕССМАШ»\\ проспект фирмы; Недугов А.Ф. Совершенствование теплообменников смешивающего типа с целью наилучшей их адаптации при утилизации пара\\Энергия и менеджмент-2004

13. Пароводяной насос-подогреватель типа ПНП\\ООО «Группа ТСА-ТЕХНОЛОГИЯ»-проспект фирмы.

14. Соколов Е.А., Зингер Н.М. Струйные аппараты\\М.: Энергия-1970

15. Пажи Д.Г., Галустов В.С. Распылители жидкостей\\М.:Химия-1979

16. Пажи Д.Г., Галустов В.С Основы техники распыливания жидкостей\\ М.:Химия-1984

17. Егоров Н.  Вакуум-атмосферные деаэраторы «АКВА-ТЕРМ.-2004-№3

18. Абромович Г.Н. Теория центробежных форсунок.-В кн.: Промышленная аэродинамика.-М.:БНТ ЦАГИ, 1944

19. Бородин А.А. и др. Распыливание жидкостей.-М.: Машиностроение, 1967

← Назад

 
© 1990—2013 ООО НПО «Политехника». Градирни эжекционные, деаэраторы, декарбонизаторы, установки обезжелезивания воды, подогреватели пароводяные, скрубберы, теплоутилизаторы. Металлообработка.
Использование материалов только с письменного разрешения.