Б.А. Зимин, инженер
Во многих котельных Подмосковья и в других регионах паровые котлы ДКВр исчерпали свой ресурс и требуют замены на новые. Паровые котлы подлежат регистрации в органах котлонадзора, которые не дают разрешения на дальнейшую эксплуатацию таких котлов в паровом режиме. ЦКТИ и проектные организации нашли способ значительно продлить срок эксплуатации котлов ДКВр путем перевода их в водогрейный режим с температурой нагрева воды до 115 °С, при этом водогрейный котел по своим параметрам не подлежит регистрации в органах котлонадзора.
Основной проблемой, препятствующей переводу паровых котлов в водогрейный режим работы, является деаэрация подпиточной воды для теплосети. Котельные с котлами ДКВр имеют, как правило, деаэраторы атмосферного типа, для работы которых требуется пар. При переводе котлов в водогрейный режим деаэраторы работать не способны.
Вакуумный деаэратор
Эту проблему удалось решить с помощью изобретений автора «Деаэрационная установка» (патент РФ № 1454781) и «Деаэратор-тепломассообменник» (патент РФ № 2131555). Принципиальная схема деаэрационной установки представлена на рис.1. Приведен вариант вакуумной деаэрационной установки. Для обеспечения вакуума применяется (монтируется дополнительно) система, содержащая бак рабочей воды объемом 1 -3 м3, водоструйный эжектор (ЭВ) и насос рабочей воды.
Деаэрационная установка является двухступенчатой. Первой ступенью является центробежно-вихревой деаэратор (ЦД), в котором удаляется до 99% агрессивных газов. Второй ступенью является капельный деаэратор (КД) — перфорированная труба, размещенная в аккумуляторном баке деаэратора, — в котором удаляются остатки кислорода и углекислоты (как правило, остаточное содержание кислорода в деаэрированной воде не превышает 10 мкг/л при полном отсутствии свободной углекислоты).
Деаэрационная установка работает за счет вскипания деаэрируемой воды — и образования выпара непосредственно из деаэрируемой воды. Деаэрируемую воду нагревают в поверхностных теплообменниках до температуры 60 — 80 °С. Пройдя первую ступень деаэрационной установки, вода охлаждается на 1,0- 1,5 градуса за счет вскипания и образования выпара, пройдя вторую ступень, охлаждается на 2 — 5 °С. Установка проста в регулировании. Регулировать приходится только уровень воды в аккумуляторном баке деаэратора. Вакуум в баке капельного деаэратора устанавливается в соответствии с температурой на выходе из деаэрационной установки согласно таблицы температур кипения воды в зависимости от абсолютного давления. Например, при температуре воды 68,7 °С абсолютное давление составит 0,3 кгс/см2 (вакуум 0,7 кгс/см2).
В описанной деаэрационной установке решена еще одна очень важная проблема: на какой отметке устанавливать деаэратор. Отечественные вакуумные деаэрационные установки для отопительных котельных с струйно-барботажной вакуумной деаэрационной колонкой вертикального типа, разработанной ЦКТИ, устанавливаются на отметке 14 метров на специальной эстакаде или на крыше здания котельной. Это крайне усложняет обслуживание установки. В них обязателен барботаж деаэрирующей среды в колонку (при недостатке деаэрирующей среды в сливную трубу подсасывается выпар, содержащий агрессивные газы, из-за чего трудно добиться качественной деаэрации воды).
Деаэраторы автора не требуют поднятия их на большую высоту. Например, деаэрационная установка, переведенная с атмосферного на вакуумный режим работы в котельной №4 Балашихинской теплосети, расположена на отметке 3 метра. Всасывающий патрубок подпиточного насоса работает под вакуумом, однако, это не нарушает работы установок, реконструированных в нескольких теплосетях Московской обл. и других областей (работают же конденсатные насосы, перекачивающие конденсат из конденсаторов паровых турбин, где вакуум достигает 98%, а насосы расположены всего на 1 метр ниже конденсатора).
В 1998 — 2000 годах были реконструированы деаэрационные установки с переводом их в вакуумный режим в Лобненской ТС Московской обл., в МП «Теплосеть» г. Железнодорожного, в водогрейной котельной г. Кимры Тверской обл., в котельной дома отдыха «Снегири» (Управления делами Президента РФ), в котельной базы отдыха «Звездный» г. Ангарска Иркутской обл.
Атмосферный деаэратор
Указанные выше деаэрационные установки способны работать, как в вакуумном, так и в атмосферном режиме. Если есть возможность нагреть воду до 103-104 °С, то можно работать в атмосферном режиме, отключив эжекторы. Во Фрязино Московской области обычная деаэрационная установка атмосферного типа с баком 25 м3 и производительностью 50 т/ч была реконструирована по изобретениям автора, и производительность ее увеличилась до 230 т/ч.
Для паровых котельных
Реконструкция атмосферных деаэраторов в котельных, где имеются паровые котлы, так же решает ряд важных проблем. От пароводяных теплообменников в деаэратор возвращается большое количество пара. Этот пар плохо используется в деаэраторе. Он выбрасывается в атмосферу через выпарную трубу, в то время как деаэрируемая вода не нагревается до 104 °С (проходя мимо котельных, часто можно наблюдать плотное облако пара над деаэратором). В деаэраторах ДА-50 потери пара достигают 2 т/ч. При использовании центробежно-вихревого деаэратора весь возвращаемый пар участвует в нагреве деаэрируемой воды, что исключает потерю пара в атмосферу. Таким образом удалось сберечь 1 -2 т/ч пара в котельной поселка Смирново г. Ижевска и в котельной АО «Молоко» г.Шахунья Нижегородской обл.
Например, на Каширской ГРЭС деаэрационная установка производительностью 300 т/ч состояла из двух баков-аккумуляторов по 75 м3 каждый, соединенных параллельно, и трех деаэрационных колонок ДСА-100 (на одном баке было установлено две колонки, на втором — одна). Деаэрационная установка не давала нормативного качества деаэрированной воды, несмотря на предварительный нагрев воды перед деаэратором до 94 °С. При нагреве воды ниже этого уровня качество деаэрации резко падало. Реконструкция заключалась в следующем. Деаэрационные колонки отключили при помощи заглушек и на одном из баков изготовили и установили центробежно-вихревой малогабаритный деаэратор производительностью 320 т/ч. К нему подключили трубопровод деаэрируемой воды и паропровод давлением до 1,5 кгс/см2.
Центробежно-вихревой деаэратор работал, как деаэратор первой ступени, обеспечивая безгидроударный нагрев деаэрируемой воды за счет прямого контакта с паром с 70 до 106 °С и выполняя предварительную деаэрацию воды. Затем капельный деаэратор КД, вторая ступень деаэрационной установки, — разбрызгивал в паровом пространстве бака-аккумулятора перегретую выше температуры насыщения воду при прохождении через перфорированную трубу.
В результате реконструкции повысилось качество деаэрации (остаточное содержание кислорода 10-20 мкг/л при отсутствии углекислоты); оно перестало зависеть от предварительного нагрева воды перед деаэратором; вместо трех де-аэрационных колонок ДСА-100 стала работать одна ДЦВ-300. Кроме того, отпала необходимость в ежегодном, очень трудоемком, ремонте деаэрационных колонок и в замене дырчатых полок, зарастающих накипью.