Что такое деаэратор?

Что такое деаэратор?

Кислород — главная причина коррозии, возникающей в котлах, котельном оборудовании, насосах и других элементах трубопровода. Если в питательной воде котла наряду с кислородом присутствует и углекислый газ, он снижает pH воды, делая её кислой и увеличивая скорость коррозии. Кислородная коррозия проявляется в виде мелкой точечной коррозии, которую трудно заметить невооружённым глазом.

Устройства, используемые для удаления кислорода (O2) и углекислого газа (CO2) из питательной воды котла, называются деаэраторами.

Удаление растворённого кислорода можно достичь химическими и физическими методами. Если pH питательной воды зафиксирован в диапазоне от 9 до 12, CO2 в питательной воде отсутствует. Для удаления кислорода питательную воду котла необходимо выдерживать при определённой температуре под постоянным давлением.

Использование конденсата, возвращающегося из трубопроводной системы, позволяет использовать меньше свежей питательной воды. Вода, возвращающаяся в виде конденсата, одновременно горячая и химически чистая. Вода, контактирующая с воздухом, поглощает кислород; концентрация кислорода в воде меняется с температурой: чем выше температура, тем ниже содержание кислорода.

Как работает деаэратор?

При обработке питательной воды котла первый шаг — нагрев воды для удаления из неё кислорода.

Бак питательной воды или конденсатный бак обычно эксплуатируется при температуре от 85°C до 90°C. Это оставляет примерно 2 мг/л (ppm) содержания кислорода. Работа при более высоких температурах при атмосферном давлении затруднена из-за возможности кавитации в питательном насосе.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ДЕАЭРАТОРА

Деаэратор нагревает воду до температуры насыщения, снижая растворимость содержащегося в ней кислорода до нуля. Если жидкость находится при температуре насыщения, растворимость газа в ней равна нулю; однако для полного удаления содержания воздуха жидкость необходимо прокипятить. Деаэратор — устройство, выполняющее этот процесс.

Купол в верхней части деаэратора разбивает воду на мелкие капли и частицы и нагревает эти капли паром. Это обеспечивает большую площадь поверхности и быструю теплопередачу от пара к воде; вода быстро достигает температуры насыщения. Растворённый кислород, уносимый паром, сбрасывается в атмосферу. Деаэрированная вода затем стекает вниз в резервуарную часть деаэратора.

Части деаэратора

Воду необходимо разбить на мелкие капли, чтобы увеличить её площадь поверхности. Это необходимо для повышения температуры воды и выделения газов в куполе деаэратора.

Для разбивания воды на мелкие капли купол содержит поддоны, называемые каскадами. По мере протекания воды по этим поддонам она разбивается на капли и выделяет содержащийся в ней кислород в атмосферу.

В резервуаре деаэратора расположен зонд контроля уровня для поддержания уровня воды.

Паровые инжекторы расположены у основания резервуара и распыляют пар навстречу потоку воды. Пар распыляется для достижения хорошего распределения внутри купола деаэратора.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДЕАЭРАТОРА

Для правильного проектирования деаэратора важно правильно рассчитать паропровод и определить, сколько пара необходимо для нагрева деаэратора.

Если питательная вода нагревается до температуры насыщения 100°C в конденсатном баке, открытом в атмосферу, остаточное содержание кислорода в воде снижается почти до нуля; однако этот метод не считается экономичным из-за высоких потерь пара и тепла. По этой причине предпочтение отдаётся деаэраторам под давлением, особенно при больших мощностях.

Деаэраторы под давлением обычно рассчитываются на работу при 0,2 бар; деаэраторы такой конструкции имеют очень низкие потери.

Для обеспечения правильного проектирования системы важно рассчитать паропровод и знать, сколько пара необходимо для нагрева деаэратора; этот пар используется для нагрева питательной воды.

Требуемый расход пара рассчитывается с помощью уравнения сохранения массы и тепла. Массо-тепловой баланс основан на принципе, что сумма исходного тепла в питательной воде и тепла, добавленного массой впрыскиваемого пара, должна равняться сумме конечного тепла в питательной воде и тепла массы пара, конденсирующегося в ходе процесса.

Удаление одного лишь кислорода недостаточно; в результате вместе с определённым количеством пара деаэратор также выпускает другие компоненты воздуха, преимущественно азот. Скорость удаления воздуха из воды составляет примерно 3,5 грамма кислорода на 1000 кг воды; поскольку это количество смешивается с паром в пространстве над поверхностью воды в резервуаре, оно выбрасывается вместе с паром, выпускаемым из деаэратора.

При расчёте мощности деаэратора предполагается соотношение пара к воздуху 2 кг/ч на каждую 1 т/ч мощности деаэратора. Тепловой баланс при проектировании деаэратора обычно рассчитывается исходя из повышения температуры питательной воды на 20°C.

Прежде чем рассчитывать размеры деаэратора и переходить к проектированию, важно знать потребность в питательной воде. Это определяется расчётом скорости испарения котлов, которая зависит от начальной температуры питательной воды; определение скорости испарения котла даёт максимальную скорость испарения.

ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЕАЭРАТОРА ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЯ

• Экономит эксплуатационные расходы за счёт снижения использования химикатов для кондиционирования питательной воды. В высокопроизводительных, крупных водотрубных котлах поддержание низкого уровня TDS (<1000 ppm) в питательной воде становится всё более важным.
• Экономит как на химикатах, так и на тепловой энергии за счёт снижения нижней и поверхностной продувки котла.
• В производственных процессах, где пар находится в прямом контакте с продуктом (например, в пищевых продуктах или процессах стерилизации), предотвращает попадание нежелательных веществ или микроорганизмов в продукт различными путями.