Модернизация деаэратора с использованием различных современных насадочных колонн

В последние годы в практике отечественных и зарубежных предприятий сложилась устойчивая тенденция к замене устаревших контактных элементов (барботажных тарелок, насадок и т.п.) преимущественно в вакуумных и атмосферных колоннах на модернизированные или вновь разработанные виды насадок, обладающих более широким интервалом устойчивой работы и большей эффективностью.

Насадочные колонны находят широкое применение в промышленности при проведении процессов абсорбции, ректификации и жидкостной экстракции. К достоинствам насадочных колонн можно отнести высокую эффективность и широкий интервал устойчивой работы, сравнительно невысокую стоимость и простоту конструкций, небольшое гидравлическое сопротивление, что особенно важно для вакуумных колонн [47].

В насадочных колоннах могут использоваться различного рода контактные устройства, такие как: кольца Рашига , кольца Палля , насадка «Инжехим» (рис.6.1).

а)

б)

в)

Рис.6.1 Виды контактных насадок: а) кольца Рашига; б)кольца Палля; в) насадка инжехим

Из подробного анализа процесса дегазации воды вытекает, что одними из факторов влияющие на интенсивность процесса деаэрации являются: площадь контакта воды с паром и турбулентность потока.

Увеличение поверхности контакта воды и пара позволяют увеличить скорость диффузии. В деаэраторах, особенно в вакуумных, большая часть газов выде­ляется из воды в виде пузырьков, которые выходят на поверхность воды. Меньшая, остаточная часть газов выделяется путем диффузии. Диффузия есть перенос в жидкости растворенного вещества по направлению от большей концентрации к меньшей. Диффузия газа идет от внутренних слоев воды, где концентрация растворенных газов больше, к наружным, где концентрация меньше. Затем газы через поверхностную пленку переходят в пар. Скорость диффузии зависит от физических параметров воды: вязкости и поверхностного натяжения, и от степени дробления воды.

Используемые в деаэраторах насадки уменьшают поверхность натяжение воды, а также способствуют ее дроблению, что в свою очередь уменьшает путь прохождения газа в воде и ускоряет его выход из нее благодаря увеличе­нию поверхности контакта воды с паром.

Турбулизация, т. е. завихрение воды при ее движении. Турбулизация приводит к нарушению поверхностного натяжения воды. При этом разрывается поверхностная пленка и облегчается выход газов из воды. Благодаря турбулентному движению происходит перемешивание частиц воды и непрерывное обновление поверхности соприкосновения воды с паром. Это ускоряет выход газа из воды и переход его в пар.

Благодаря своим геометрическим формам, насадки способствуют турболизации потока, и как следствие повышают эффективность процесса деаэрации[48].

Примером модернизации деаэратора с использованием насадочной колонны может служить Казанская ТЭЦ-3.

Проведенные исследования режимов работы деаэратора ДСА-300 Казанской ТЭЦ-3 показали, что деаэратор не всегда обеспечивает требуемое содержание кислорода О₂ на выходе при различных режимах и необходима его модернизация. Характеристики работы по данным Казанской ТЭЦ-3 приведены в табл 6.1.

На основе выполненных расчетов разработаны технические решения по модернизации деаэратора, которые заключаются в замене устаревших контактных устройств в колонке деаэратора на более эффективные. Для модернизации действующего деаэратора на Казанской ТЭЦ-3 были рассмотрены варианты с заменой контактных устройств на насадку «Инжехим» номинального размера 45 и 60 мм. В результате расчетов деаэратора при различных режимах получены следующие данные (табл. 6.2), и установлены деаэраторы следующих размеров по высоте слоя насадки (табл. 6.3 и табл. 6.4) [49].

Таблица 6.1. Характеристики работы деаэратора

Таблица 6.2. Данные полученные при расчетах деаэратора

Таблица 6.3 Конструктивные характеристики деаэратора при минимальных расходах

Таблица 6.4 Конструктивные характеристики деаэратора при максимальных расходах

На основе моделирования и проведенных расчетов массообменных процессов, была предложена следующая схема модернизации деаэратора ДСА-300 (рис. 6.2).

Рис. 6.2 Схема модернизации деаэратора ДСА-300 (вид сбоку). H – высота слоя насадки

В колонке деаэратора размещается насадка «Инжехим» размером 60 мм высотой H = 1,3 м (рис. 6.2). Это обеспечивает повышение эффективности удаления кислорода О₂ до требуемой нормы. Для оценки эффективности работы модернизированного деаэратора ДСА-300 Казанской ТЭЦ-3 после его модернизации произведены натуральные испытания.

Основные результаты испытаний представлены в табл. 6.5. Испытания проводились при следующих расходах (нагрузках деаэратора): 190 - 285 т/ч.

Таблица 6.5. Результаты испытаний

Анализ результатов испытания деаэратора ДСА-300 позволяет сделать следующие выводы:

1. При максимально-возможной нагрузке содержание кислорода О₂ в деаэрированной воде на выходе из аппарата снизилось в 1,5-2 раза, что соответствует нормированному содержанию кислорода. Нагрев воды при этом соответствует рекомендуемому диапазону температур.

2. В результате проведенной модернизации улучшилась стабильность работы деаэратора ДСА-300 при максимально возможных нагрузках[50].

Таким образом можно утверждать что использование насадочных колонн, при правильном подходе расчета процесса деаэрации, а также при налаженном процессе эксплуатации, ведет к повышению эффективности термической деаэрации.