RU2196737C2

RU2196737C2 - Device for hot water degassing

Info

Publication number: RU2196737C2
Application number: RU2001100827A
Authority: RU
Inventors: Н.П. Кузнецов; В.Г. Пименов; В.А. Пономаренко; А.И. Салтыков
Original assignee: Научно-производственное акционерное общество закрытого типа "ЗОЯ"
Priority date: 2001-01-09
Filing date: 2001-01-09
Publication date: 2003-01-20

Abstract

FIELD: equipment for water purification from dissolved gases; applicable in industrial and municipal heating systems for removal of dissolved gases in systems of hot water supply. SUBSTANCE: device consists of degasser body to whose evacuated cavity, water to be degassed is supplied from atop. Water is evaporated and degassed. Formed air-steam mixture is sucked out through flash steam cooler by suction system which is rated for maximum inflow of air-steam mixture. Suction system is made in the form of two parallel circuits. Each circuit has water-air ejector. Working fluid flow rates differ for ejectors by a factor of 10-15. Each ejector has its feed pump. Low-capacity pump of water supply to working nozzle of water-air ejector operates continuously under pressure conditions, and ejector itself, under conditions of ejection. Electric drive of high-capacity pressure pump is started and stopped by signals from column water level alarm. EFFECT: increased economic efficiency of operation of air-steam mixture suction system and higher economic efficiency of entire degassing device operation. 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике обработки горячей воды с целью дегазации ее перед подачей на потребление населению. The invention relates to techniques for the treatment of hot water with the aim of degassing it before serving for consumption by the population.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является одноступенчатый термовакуумный деаэратор (дегазатор) насадочного типа, описание которого имеется в монографии [1]. Упомянутое устройство является разработкой предприятия "Удмуртгражданпроект" и состоит из вертикальной дегазационной колонны, закрытой с обоих концов, с установленной внутри нее решеткой. На решетке располагается насадка из колец Рашига, на которую поступает вода на дегазацию из дренированной трубы, причем парогазовая смесь отсасывается из колонны через охладитель выпара струйным водяным насосом. Обычно в качестве струйного водяного насоса используется водовоздушный эжектор. Аналогичные элементы конструктивно-компоновочной схемы имеет и установка вакуумной деаэрации воды по авт. св. СССР 1535833. The closest analogue to the claimed invention is a single-stage thermal vacuum deaerator (degasser) of the packed type, a description of which is available in the monograph [1]. The mentioned device is a development of the Udmurtgrazhdanproekt enterprise and consists of a vertical degassing column, closed at both ends, with a grill installed inside it. On the grate there is a nozzle made of Rashig rings, to which water enters for degassing from a drained pipe, and the vapor-gas mixture is sucked out of the column through the vapor cooler with a jet water pump. Typically, a water-air ejector is used as the jet water pump. Similar elements of the structural-layout scheme are the installation of vacuum deaeration of water according to ed. St. USSR 1535833.

Обычно на городских центральных тепловых пунктах (ЦТП) для обработки (дегазации) горячей воды используются термовакуумные деаэраторы производительностью 150-200 м³ дегазированной воды в час. При этом в сутки такой деаэратор на самом деле обрабатывает 800-1000 м³ воды. Система отсоса паровоздушной смеси, применяемая в таких деаэраторах, рассчитана на режим максимального пароприхода, который имеет место только в процессе подачи воды на дегазацию. В режиме, когда нет подачи воды на дегазацию, функция системы отсоса паровоздушной смеси состоит в том, чтобы поддерживать в дегазационной колонне требуемый уровень вакуума. Конструктивные особенности существующих систем отсоса паровоздушной смеси таковы, что не смотря на режим работы самой дегазационной колонны (при подаче воды на дегазацию или при отсутствии подачи) сама система отсоса работает все время в одном и том же режиме работы, рассчитанном на максимальный пароприход. Согласно теории струйных систем [2] для отсоса паровоздушной смеси необходим значительный расход рабочей жидкости, в то время как на режиме отсутствия подачи воды на дегазацию система отсоса только поддерживает давление вакуума в колонне и для этого достаточно расхода рабочей среды на порядок меньше. Для подачи рабочей среды (воды) в струйный насос системы отсоса паровоздушной смеси используется обычно центробежный насос с электроприводом. При этом, поскольку на режиме отсутствия подачи воды на дегазацию нужен значительно меньший расход рабочей жидкости, а соответственно и меньшая мощность электрического привода, существующая система отсоса паровоздушной смеси обладает низким кпд, это и является ее основным недостатком.Typically, in urban central heating centers (CTP), thermal vacuum deaerators with a capacity of 150-200 m ^{3 of} degassed water per hour are used to treat (degass) hot water. At the same time, such a deaerator actually processes 800-1000 m ^{3 of} water per day. The vapor-air mixture suction system used in such deaerators is designed for maximum steam mode, which occurs only in the process of supplying water for degassing. In the mode when there is no water supply for degassing, the function of the vapor-air mixture suction system is to maintain the required vacuum level in the degassing column. The design features of the existing vapor-air mixture suction systems are such that, despite the operating mode of the degassing column itself (when water is supplied for degassing or in the absence of supply), the suction system itself works all the time in the same operation mode, designed for maximum steam supply. According to the theory of jet systems [2], a significant flow rate of the working fluid is required for suctioning the vapor-air mixture, while in the absence of water supply for degassing, the suction system only maintains the vacuum pressure in the column and for this purpose the flow rate of the working medium is an order of magnitude less. An electric centrifugal pump is usually used to supply the working medium (water) to the jet pump of the vapor-air mixture suction system. At the same time, since in the absence of water supply for degassing, a significantly lower flow rate of the working fluid and, accordingly, lower power of the electric drive are required, the existing vapor-air mixture suction system has a low efficiency, this is its main drawback.

Задача изобретения - повышение кпд работы системы отсоса паровоздушной смеси из рабочей полости дегазационной колонны. Указанная задача решается тем, что на режиме работы дегазационной колонны, когда отсутствует подача воды на дегазацию, снижен расход рабочей среды в струйный насос (в водовоздушный эжектор), соответственно уменьшена и мощность электропривода нагнетательных насосов. Однако при изменении расхода рабочей среды для водовоздушного эжектора необходимо обеспечить соответствующий расчетный режим работы такого струйного насоса, а для этого необходимо преодолеть значительные технические трудности. Поэтому более целесообразным является выполнение системы отсоса паровоздушной смеси в виде двух параллельных газогидравлических трактов, имеющих общий исток по паровоздушной смеси и общий сток для использованной рабочей среды и сконденсировавшегося выпара. При этом в каждый из этих трактов встроен свой водовоздушный эжектор с отличающимся на порядок расходом рабочей среды (воды), причем подача ее в каждое из рабочих сопел эжекторов осуществляется своим нагнетательным насосом. The objective of the invention is to increase the efficiency of the suction system of the vapor-air mixture from the working cavity of the degassing column. This problem is solved by the fact that during the operation of the degassing column, when there is no water supply for degassing, the flow rate of the working medium to the jet pump (to the water-air ejector) is reduced, and the electric drive power of the discharge pumps is accordingly reduced. However, when changing the flow rate of the working medium for a water-air ejector, it is necessary to ensure the corresponding design mode of operation of such a jet pump, and for this it is necessary to overcome significant technical difficulties. Therefore, it is more appropriate to implement a vapor-air mixture suction system in the form of two parallel gas-hydraulic paths having a common source for the vapor-air mixture and a common drain for the used working medium and condensed vapor. At the same time, each of these paths has its own air-water ejector with a different flow rate of the working medium (water), and it is supplied to each of the working nozzles of the ejectors with its own discharge pump.

Так в соответствии с конструкторской документацией на термовакуумный деаратор, принятый за прототип [1], отсос паровоздушной среды из дегазационной колонны осуществляется водовоздушным эжектором с рабочим соплом, диаметр критического сечения которого равен 33,6 мм. Для установившегося вакуума в дегазационной колонне при отсутствии пароприхода (при отсутствии подачи воды на дегазацию в дегазационную колонну), для поддержания вакуума в колонне достаточна работа водовоздушного эжектора с рабочим соплом, имеющим диаметр критического сечения равный 10 мм. При равенстве давлений в предсопловых трактах расход рабочей среды (воды) водовоздушного эжектора при диаметре критического сечения в 33,6 мм будет в (33,6/10)²=11,29 раза больше, чем расход рабочей среды (воды) для водовоздушного эжектора с диаметром критического сечения в 10 мм.So, in accordance with the design documentation for the thermal vacuum deaerator adopted for the prototype [1], the vapor-air medium is sucked out of the degassing column by a water-air ejector with a working nozzle, the critical section diameter of which is 33.6 mm. For a steady vacuum in the degassing column in the absence of a steam inlet (in the absence of water supply for degassing to the degassing column), to maintain a vacuum in the column, the operation of a water-air ejector with a working nozzle having a critical section diameter of 10 mm is sufficient. If the pressure in the pre-nozzle tracts is equal, the flow rate of the working medium (water) of the air-air ejector with a critical section diameter of 33.6 mm will be (33.6 / 10) ² = 11.29 times more than the flow rate of the working medium (water) for the air-air ejector with a critical section diameter of 10 mm.

При работе деаэратора (дегазационной колонны) водовоздушный эжектор малой производительности постоянно работает в режиме эжектирования. Водовоздушный эжектор большей производительности запускается на рабочий режим эжектирования только перед подачей воды на дегазацию в дегазационную колонну. During operation of the deaerator (degassing column), a low-capacity water-air ejector constantly works in the ejection mode. A water-air ejector of greater productivity is launched into the operating mode of ejection only before the supply of water for degassing to the degassing column.

Таким образом, ограничивая время работы электропривода большей мощности, можно добиться значительной экономии электроэнергии и, следовательно, повысить кпд системы отсоса паровоздушной смеси и экономичность работы деаэратора в целом. Тем самым систему отсоса паровоздушной смеси с целью повышения ее кпд предлагается выполнить в виде двух параллельно смонтированных водовоздушных эжекторов с отличающимися на порядок расходными характеристиками, при этом патрубки подвода эжектируемой среды газодинамически связаны с патрубком отвода паровоздушной смеси из дегазационной колонны, а их камеры смешения подстыкованы к общей магистрали слива и каждый из них имеет свой нагнетательный насос, а включение и выключение нагнетательного насоса для сопла большей производительности управляется сигналами, вырабатываемыми сигнализатором уровня воды в дегазационной колонне. Thus, by limiting the operating time of the electric drive of greater power, it is possible to achieve significant energy savings and, consequently, to increase the efficiency of the suction system of the vapor-air mixture and the efficiency of the deaerator as a whole. Thus, it is proposed that the air-vapor mixture suction system in order to increase its efficiency be made in the form of two parallel-mounted water-air ejectors with flow characteristics differing by an order of magnitude, while the nozzles for supplying the ejected medium are gasdynamically connected to the pipe for withdrawing the steam-air mixture from the degassing column, and their mixing chambers are connected to the common drain line and each of them has its own discharge pump, and turning on and off the discharge pump for the nozzle is more productive ti controlled by signals that are generated by signaling the water level in the degassing column.

На фиг.1 представлена схема устройства для дегазации жидкости (общий вид в разрезе). На фиг.2 - принципиальная схема предлагаемой системы отсоса паровоздушной смеси из дегазационной колонны. Figure 1 presents a diagram of a device for degassing liquids (General view in section). Figure 2 is a schematic diagram of the proposed system of suction of the vapor-air mixture from the degassing column.

Устройство состоит из дегазационной колонны 1, патрубка подачи воды на дегазацию 2, патрубка 3 отвода паровоздушной смеси, патрубка 4 отвода воды потребителю. Для отсоса паровоздушной смеси из дегазационной колонны, дегазационная колонна оснащена специальной системой 9, принципиальная схема которой показана на фиг.2. Эта система 9 позволяет подавать паровоздушную смесь в охладитель выпара 6. Для накопления охлажденного и сконденсировавшегося выпара предназначена емкость 7, из которой вода сливается в колонну. Для регулирования уровня воды в колонне устройство снабжено регулятором (сигнализатором) 5. The device consists of a degassing column 1, a nozzle for supplying water for degassing 2, a nozzle 3 for discharging the vapor-air mixture, a nozzle 4 for discharging water to the consumer. For suction of the vapor-air mixture from the degassing column, the degassing column is equipped with a special system 9, the circuit diagram of which is shown in figure 2. This system 9 allows the steam-air mixture to be supplied to the vapor cooler 6. A reservoir 7 is intended for the accumulation of the cooled and condensed vapor, from which water is discharged into the column. To control the water level in the column, the device is equipped with a regulator (signaling device) 5.

Система отсоса паровоздушной смеси из дегазационной колонны, схема которой показана на фиг.2, состоит из патрубка отвода 8 паровоздушной смеси из охладителя выпара 6 (фиг.1), двух водовоздушных струйных эжекторов 10 и 11, в рабочие сопла каждого из которых рабочая среда (вода) подается с помощью своего нагнетательного насоса, соответственно обозначенных позициями 12 и 13. Каждый из насосов оснащен своим электроприводом, которые не указаны на фиг. 2. Каждая магистраль подачи рабочей среды (воды) в рабочие сопла эжекторов имеет свой охладитель рабочей среды, обозначенные на фиг.2 позициями 14 и 15. Для накопления отработанной воды служит емкость 16. The vapor-air mixture suction system from the degassing column, the diagram of which is shown in Fig. 2, consists of a branch pipe 8 for the vapor-air mixture from the vapor cooler 6 (Fig. 1), two water-air jet ejectors 10 and 11, into the working nozzles of each of which the working medium ( water) is supplied using its own injection pump, respectively indicated by positions 12 and 13. Each of the pumps is equipped with its own electric drive, which are not indicated in FIG. 2. Each line for supplying the working medium (water) to the working nozzles of the ejectors has its own cooler for the working medium, indicated in Fig. 2 by positions 14 and 15. For the accumulation of waste water, a tank 16 is used.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В рабочей полости дегазационной колонны 1 в зоне дегазации создается и поддерживается постоянно расчетное давление порядка 0,01-0,02 МПа. Это разрежение достигается за счет работы водовоздушного эжектора 11, который по патрубку отвода 3 паровоздушной смеси отсасывает из дегазационной колонны паровоздушную смесь. По мере расходования по патрубку 4 дегазированной воды из дегазационной колонны происходит понижение уровня воды в колонне. При достижении минимально допустимого техническими условиями уровня воды в дегазационной колонне сигнализатор 5 уровня воды в дегазационной колонне подает сигнал на включение электропривода нагнетательного насоса 12 подачи рабочей среды в рабочее сопло водовоздушного эжектора 10. После запуска на рабочий режим эжектора 10 подается сигнал на закрывающий клапан магистрали подачи воды на дегазацию, непоказанный на фиг.1. Этот сигнал открывает проходное сечение патрубка 2 и вода поступает на дегазацию в полость дегазационной колонны. При поступлении воды на дегазацию резко возрастает пароприход, с отсосом которого справляется более мощный струйный водовоздушный эжектор 10. При подаче воды в дегазационную колонну уровень ее постоянно растет, а когда он достигает верхнего предельного значения, сигнализатор уровня воды 5 в колонне вырабатывает сигнал на запирающий клапан, который перекрывает проходное сечение подводящего патрубка 2. После этого происходит останов электродвигателя насоса 12 подачи рабочей среды (воды) в сопло водовоздушного эжектора 10. С поддержанием расчетного уровня значения вакуума в дегазационной колонне справляется на этом режиме работы дегазационной колонны водовоздушный эжектор 11. При этом в каждой из магистралей подачи рабочей среды (воды) в сопла водовоздушных эжекторов встроен свой охладитель рабочей среды (воды), обозначенные на фиг.2 позициями 14 и 15, а бак накопитель отработанной воды 16 общий для двух водовоздушных эжекторов. In the working cavity of the degassing column 1 in the degassing zone, a design pressure of about 0.01-0.02 MPa is constantly created and maintained. This vacuum is achieved due to the operation of the air-water ejector 11, which sucks the air-vapor mixture from the degassing column through the branch pipe 3 of the vapor-air mixture. As spending on the pipe 4 of degassed water from the degassing column, the water level in the column decreases. When the minimum water level in the degassing column is reached by technical conditions, the water level indicator 5 in the degassing column gives a signal to turn on the electric drive of the pump 12 for supplying the working medium to the working nozzle of the air-air ejector 10. After starting the operating mode of the ejector 10, a signal is sent to the closing valve of the supply line water degassing, not shown in figure 1. This signal opens the bore of the pipe 2 and the water enters the degassing cavity in the cavity of the degassing column. When water enters the degassing, the steam inlet sharply increases, the more powerful jet air-water ejector 10 copes with its suction. When water is supplied to the degassing column, its level constantly increases, and when it reaches the upper limit value, the water level indicator 5 in the column generates a signal to the shut-off valve , which overlaps the bore of the inlet pipe 2. After this, the motor of the pump 12 for supplying the working medium (water) to the nozzle of the air-air ejector 10 is stopped. an even level of the vacuum value in the degassing column is controlled by the air-air ejector 11 in this mode of operation of the degassing column. Moreover, in each of the supply lines of the working medium (water), a separate cooler of the working medium (water) is built into the nozzles of the water-air ejectors, indicated by 14 in Fig. 2 and 15, and the waste water storage tank 16 is common to two water-air ejectors.

Таким образом, предлагаемое устройство за счет выполнения системы отсоса паровоздушной смеси в виде двух параллельно установленных водовоздушных эжекторов, имеющих автономную запитку рабочих сопел, причем расход рабочей среды для каждого из сопел отличается друг от друга на порядок, и оснащения электропривода более мощного насоса выключателем, управляемым сигнализатором уровня воды в колонне, позволяет снизить расход электроэнергии, необходимой для работы системы отсоса паровоздушной смеси, и, следовательно, повысить экономичность работы всей дегазационной колонны. Thus, the proposed device due to the implementation of the suction system of the steam-air mixture in the form of two parallel-mounted water-air ejectors having autonomous power supply of working nozzles, and the flow rate of the working medium for each of the nozzles differs by an order of magnitude, and equipping the electric drive of a more powerful pump with a switch controlled by the water level indicator in the column, allows to reduce the energy consumption necessary for the operation of the vapor-air mixture suction system, and, therefore, increase the efficiency Started throughout the degassing column.

Источники информации
1. Лапотышкина Н.П., Сазонов Р.П. Водоподготовка и водно-химический режим тепловых сетей. - М.: Энергоиздат, 1982, с. 200.Sources of information
1. Lapotyshkina N. P., Sazonov R. P. Water treatment and water-chemical regime of heating networks. - M.: Energoizdat, 1982, p. 200.

2. Соколов Е.Я. Зингер И.Н. Струйные аппараты. - М.: Энергия, 1970. 2. Sokolov E.Ya. Singer I.N. Inkjet apparatus. - M .: Energy, 1970.

Claims

A device for degassing hot water, comprising a degassing column with nozzles for supplying water for degassing, discharging a steam-air mixture, supplying degassed water to consumers, a water level indicator in a column, a vapor cooler, a steam-air mixture suction system, characterized in that the steam-air mixture suction system is designed as two parallel-mounted water-air ejectors with flow characteristics differing by an order of magnitude, while the nozzles for supplying the ejected mixture for each of the water-air ejectors Orovs have a common entrance, gas-dynamically connected to the branch pipe of the vapor-air mixture from the degassing column, and the mixing chambers of the water-air ejectors are connected to the common drain line and each of the water-air ejectors has its own discharge pump, and the on and off switch of the electric drive of the discharge pump for a nozzle of higher productivity is controlled by signals generated by the water level switch in the degassing column.