Об энергетической эффективности термических деаэраторов воды

Галустов В.С., заслуженный изобретатель РФ, доктор технических наук, профессор.

Введение.

Термическая деаэрация воды является основным и самым распространенным средством защиты от кислородной и углекислотной коррозии котлов, сетей тепло- и горячего водоснабжения, теплообменного оборудования и т.д. Учитывая, что к.п.д. современных котлов близко к теоретически предельным значениям, снижение затрат на вспомогательные процессы и, прежде всего, на деаэрацию воды, становится основным резервом повышения энергетической эффективности теплоэнергетических производств.

О деаэраторах.

По давлению в колонке и, соответственно, по температуре насыщения, различают три типа деаэраторов: атмосферные, вакуумные и повышенного давления. Применение последних ограничено схемами регенерации паровых турбин, поэтому из предлагаемой ниже оценки мы их исключим.

Вакуумные деаэраторы хотя и работают при пониженном давлении и, соответственно, при более низких температурах насыщения, вцелом приводят к более высоким удельным энергетическим затратам на производство пара или горячей воды. Это обусловлено тем, что создание и поддержание вакуума влечет за собой либо безвозвратные потери пара на пароструйных эжекторах, либо электроэнергии на привод насосов водоструйных эжекторов притом, что параметры среды за котлом строго заданы. То есть, вакуумная деаэрация по энергетической эффективности априори уступает атмосферной.

Все атмосферные деаэраторы, предлагаемые в настоящее время рынку, можно разделить на три группы: классические пленочные и барботаджные (ДА, ДСА), прямоточные распылительные ДАПР и относящиеся к струйной технике («КВАРК», «ФИСОНИК», «АВАКС» и пр., которые обозначим СД). Принципиальное отличие их заключается в том, что последние работают только в режиме перегретой воды (подача теплоносителя в деаэратор не предусматривается, поэтому вода перед подачей в него должна быть нагрета выше температуры насыщения). В ДА, ДСА и ДАПРы подается греющий пар, который и нагревает воду до температуры насыщения. Однако, перед ДА и ДСА во избежание гидравлических ударов вода подогревается до 70-80С. В ДАПРах возникновение гидравлических ударов исключается в принципе, поэтому вода в них может подаваться с любой температурой.

Отметим, что и ДА, ДСА и ДАПР также могут работать в режиме перегретой воды, что актуально при дефиците или отсутствии греющего пара, например, в водогрейных котельных с температурой котловой воды выше 110С.

Второе отличие заключается в том, что в классических и струйных деаэраторах выпар (избыток по отношению балансовому пара, необходимый для принятия и транспортирования за пределы колонки выделившихся газов) после колонки либо просто выбрасывается в атмосферу, либо проходит через поверхностный теплообменник и утилизируется, но в тепловом балансе деаэратора не участвует. В ДАПРах имеется внутренний (встроенный) охладитель выпара, в котором теплота и конденсат выпара утилизируются частью деаэрируемой воды и остаются в деаэрационной установке.

Третье отличие заключается в том, что давление в деаэраторах, требующих внешнего охладителя выпара, заметно выше атмосферного (2-4 метра водяного столба), что обусловлено необходимостью преодоления гидравлического сопротивления охладителя выпара (обычно кожухо-трубного теплообменника).

Сравнительная оценка атмосферных деаэраторов.

Очевидно, что атмосферный деаэратор тем совершенней, чем меньше температура деаэрированной воды в нем превышает 100С, т.е. чем давление в нем ближе к фактическому атмосферному. Совершенство деаэратора в полной мере характеризует (при прочих равных условиях) удельный расход греющего пара (кг пара на 1т деаэрированной воды).

В общем случае расход греющего пара зависит от его теплосодержания, параметров деаэрируемой воды (начальной температуры и температуры насыщения либо температура максимально необходимого нагрева) и принятого удельного расхода выпара. Итак, для классических деаэраторов и прямоточных распылительных:

g п = gн + q,

где gп - удельный расход пара на деаэрацию воды;

gн - удельный расход пара, необходимый для нагревания воды от начальной температуры до температуры насыщения;

q - удельный расход выпара.

Для удобства сопоставления примем температуру насыщения для ДАПРов 100С, а для ДА и ДСА 104С. Учтем, что перед стуйными деаэраторами вода подогревается до 106-108С.

Так как теплосодержание греющего пара, применяемого при атмосферной деаэрации воды мало изменяется с изменением температуры (например, при t=100C и р=0,1 МПа h=2676 кДжкг, а при t=200С и р=1,6 МПа h=2791 кДжкг и отклонение от среднего значения составляет 2,2%, т.е. в пределах погрешности измерений, то в расчетах примем h=2730 кДжкг. Удельный расход выпара в расчетах принят равным 10 кгт.

Результаты расчетов приведены ниже в таблице 1:

Заключение.

1. Как можно видеть, деаэраторы струйного типа хотя и не требуют подачи греющего пара непосредственно в деаэрационную установку, удельный расход пара на деаэрацию воды в этом случае максимальный.

Лучшие показатели в этом отношении у прямоточных распылительных деаэраторов. Классические деаэраторы занимают промежуточное положение.

2. Расхождение по указанному показателю с ростом температуры исходной воды увеличивается. При этом следует иметь в виду, что подогрев воды при непосредственном контакте воды и пара более эффективен и экономичен, чем через стенку в поверхностном теплообменнике. Таким образом, в тех случаях, когда нет дефицита пара, а принцип работы колонки это допускает, предварительный подогрев воды перед подачей в колонку целесообразно исключить.

Дополнительно обращаем внимание на то, что если достижение требуемого уровня деаэрации требует барботажа пара в деаэраторном баке (т.е. переноса на бак функций второй ступени деаэрации с неизбежным преждевременным коррозионным износом бака) , это свидетельствует о недостаточной эффективности выбранной деаэрационной колонки.

Литература.

1. Галустов В.С. Прямоточные распылительные аппараты в теплоэнергетике. М.: Энергатомиздат, 1988 г.

2. Галустов В.С. К выбору термических деаэраторов. /Энергия и менеджмент/, №2, с.46, Минск, 2000 г.

3. Галустов В.С. Термические деаэраторы воды. /АКВА-ТЕРМ/, №6, с.42, Москва, 2004 г.