Desaireador

Un desaireador  es un dispositivo técnico que implementa el proceso de desaireación [1] de un determinado líquido (generalmente agua o combustible líquido ), es decir, su purificación de impurezas indeseables de gases disueltos presentes en él. En muchas centrales eléctricas y salas de calderas, también desempeña el papel de tanque de almacenamiento de agua de alimentación para calderas de vapor o alimenta la red de calefacción.

Terminología extranjera

En una parte importante de los sistemas extranjeros de términos técnicos, no existe un solo término "desaireador" para describir un elemento del esquema térmico de la estación en forma de tanque con una columna; por ejemplo, en alemán , la columna se llama Entragaserdom, y el término "desaireador" ( Entgaser ) se refiere solo a ella, y el tanque de almacenamiento de agua de alimentación  es Speisewasserbehälter. Recientemente, en algunas publicaciones en ruso (sobre diseños no tradicionales para nuestras empresas o traducidos), el tanque se separa del desaireador.

Tipos de desaireadores

Hay una gran cantidad de tipos de desaireadores verticales y horizontales producidos por varios fabricantes, cada uno de los cuales puede tener diferencias estructurales. Las figuras 3 y 4 muestran esquemáticamente los elementos de los dos tipos principales de desaireadores.

Desaireador tipo disco

Por lo general, el desaireador de bandeja horizontal que se muestra en la Figura 3 tiene un tanque de desaireación vertical montado en un tanque de agua de alimentación de caldera horizontal o MWCC. El agua de alimentación o condensado no desaireado, generalmente precalentado en un precalentador, ingresa a la cámara de desaireación vertical desde arriba y fluye hacia abajo a través de la fila de placas perforadas en la columna de desaireación y entra al tanque de agua de alimentación a través de las perforaciones. Se introduce vapor a baja presión para la desaireación desde la parte inferior de la pila de placas perforadas y pasa hacia arriba a través de sus orificios. Algunos diseños de desaireadores usan diferentes tipos de juntas y membranas en lugar de bandejas perforadas para brindar más área interfacial y mezclar el vapor con el agua. A menudo, los desaireadores no tienen una, sino dos o más cámaras de desaireación.

El gas disuelto en agua pasa a la fase gas vapor, la mezcla vapor-gas se descarga a través de un venteo o tubería en la parte superior de la columna (la llamada "evaporación"). Por lo general, la salida para la descarga de vapor está equipada con una válvula que regula la cantidad de vapor saliente y está diseñada para abrirse cuando se supera cierta presión: la presión del vapor saturado a la temperatura de funcionamiento del desaireador (102-110 ° C para desaireadores atmosféricos). En algunos diseños, se puede proporcionar un condensador flash para condensar el agua del flash y devolver el calor que se llevó al sistema. Además, el vapor flash se puede utilizar en centrales nucleares (se utilizó en unidades de potencia con reactores RBMK-1000 ) para el funcionamiento de eyectores de sistemas de vacío de turbinas de vapor , donde se suministra junto con el vapor suministrado por un desaireador de alta velocidad. (BRU-D), y se utiliza como medio de eyección.

El agua de alimentación desaireada fluye a un tanque de almacenamiento horizontal, desde el cual se alimenta al generador de vapor, al tambor de la caldera de vapor o al circuito de circulación forzada múltiple (MPC) (en el reactor RBMK), al tambor separador .

En muchos diseños de desaireadores, parte del vapor se suministra a través de una tubería perforada en el fondo del tanque de almacenamiento, ubicado debajo de la superficie del agua. Este vapor mantiene la temperatura del agua en el tanque y además la desairea burbujeando .

Para reducir la pérdida de calor a través del intercambio de calor con el aire circundante y para evitar quemaduras del personal de la sala de calderas, la central térmica , la central térmica y la central nuclear, la superficie del desaireador está cubierta con un aislante térmico resistente al calor. material.

Desaireador tipo spray

Como se muestra en la Figura 4, un desaireador de tipo rociador suele ser un tanque horizontal que tiene una zona de precalentamiento (E) y una zona de desaireación (F). Estas zonas están separadas por una placa (C). El vapor a baja presión ingresa al tanque a través del peine de vapor en la parte inferior del tanque.

El agua de alimentación de la caldera se pulveriza en la zona (E), donde se calienta con vapor mediante un peine de vapor. El atomizador de agua de alimentación (A) y la zona de precalentamiento calientan el agua hasta el punto de ebullición para eliminar los gases disueltos en la zona de desaireación.

El agua de alimentación precalentada entra en la zona de desaireación (F) donde es desaireada por el vapor que sale del peine de vapor. Los gases emitidos por el agua se eliminan a través de la ventilación prevista en la parte superior del depósito. Al igual que los desaireadores de placas, algunos diseños incluyen dispositivos para recuperar agua de los gases de escape. Además, la ruta de ventilación está equipada con una válvula que regula la cantidad de vapor saliente para garantizar la presencia de una señal de chorro de vapor visible.

El agua de alimentación desaireada se bombea desde el fondo del desaireador a la planta generadora de vapor.

Cita

Cómo funciona

En un líquido, un gas puede estar presente en forma de:

En el desaireador, hay un proceso de transferencia de masa entre dos fases : líquido y mezcla gas-vapor. La ecuación cinética para la concentración del gas disuelto en el líquido en su concentración de equilibrio (teniendo en cuenta el contenido en la segunda fase) , basada en la ley de Henry , se ve así:

donde  esta el tiempo;  es la superficie interfacial específica;  es el coeficiente de velocidad, que depende, en particular, del camino de difusión característico que el gas debe superar para salir del líquido.

Obviamente, para la remoción completa de los gases del líquido se requiere ( la presión parcial del gas removido sobre el líquido debe tender a cero, es decir, los gases liberados deben ser efectivamente removidos y reemplazados por vapor) y un proceso infinito. tiempo. En la práctica, se establece un grado de desgasificación tecnológicamente aceptable y económicamente factible.

En los desaireadores térmicos basados ​​en el principio de desorción por difusión , el líquido se calienta hasta la ebullición ; en este caso, la solubilidad de los gases es cercana a cero, el vapor resultante (vapor) se lleva los gases ( disminuye) y el coeficiente de difusión es alto (aumenta ).

Se conocen pequeñas instalaciones en las que se consigue cierto grado de desaireación irradiando el líquido con ultrasonidos [2] . Cuando se irradia agua con ultrasonido con una intensidad del orden de 1 W / cm 2 , se produce una disminución del 30-50%, aumenta aproximadamente 1000 veces, lo que conduce a la fusión de burbujas de gas con la posterior salida del agua debajo del acción de la fuerza de Arquímedes .

Vypar

La evaporación  es una mezcla de gases liberados del agua y una pequeña cantidad de vapor que se elimina del desaireador. Para el funcionamiento normal de los desaireadores de diseños comunes, su consumo (para vapor en relación con la productividad) debe ser de al menos 1-2 kg / t, y si hay una cantidad significativa de dióxido de carbono libre o ligado en el agua de origen  - 2 -3 kg/t. Para evitar el desperdicio de agua del ciclo, se condensa el flash de las plantas grandes . Si el enfriador de vapor utilizado para este fin está instalado en el agua de alimentación del desaireador (como se muestra en la figura), debe estar lo suficientemente subenfriado hasta la temperatura de saturación en el desaireador. En los desaireadores de vacío, el eyector puede condensar parte del vapor.

Desaireadores térmicos

Los desaireadores térmicos se clasifican por presión.

Designacion Tipo de Presión , MPa Temperatura , °C Solicitud
VD Aspirar 0.0075-0.05 40-80 Agua de reposición para redes de calefacción, agua para calderas de agua caliente
SÍ atmosférico 0.12 102-107 Agua de reposición de la cogeneración , agua de alimentación del evaporador, agua de reposición de la red de calefacción
DP Alta presión sanguínea 0,6-0,7,
con menos frecuencia
0,8-1,2		 158-164

170-188		 Agua de alimentación para calderas de potencia con una presión de vapor inicial de 9,8 MPa y superior

De los desaireadores atmosféricos, el vapor se elimina bajo la acción de un ligero exceso de presión sobre la atmosférica. Los desaireadores de vacío pueden funcionar en condiciones donde no hay vapor en la sala de calderas, sin embargo, requieren un dispositivo especial para aspirar el vapor ( eyector ). Los desaireadores DP tienen un gran espesor de pared, pero su uso en el circuito TPP hace posible reducir la cantidad de HPH con uso intensivo de metal y utilizar vapor flash como un medio de trabajo económico para los eyectores de condensador de chorro de vapor ; el accesorio de desaireación del condensador, a su vez, es un desaireador de vacío.

Como intercambiadores de calor, los desaireadores térmicos pueden ser de mezcla (generalmente, se suministra vapor de calentamiento y/o agua al volumen del desaireador) o de superficie (el medio de calentamiento se separa de la superficie de intercambio de calor calentada); este último se encuentra a menudo en los desaireadores de compensación al vacío de las redes de calefacción.

De acuerdo con el método de creación de la superficie de contacto de fase , los desaireadores de mezcla se dividen en desaireadores de chorro , de película y de burbujas (hay diseños mixtos).

En los desaireadores de chorro y de película, el elemento principal es la columna desaireadora  , un dispositivo en el que el agua fluye de arriba hacia abajo hacia el tanque, y el vapor de calentamiento sube de abajo hacia arriba en el flash, condensándose en el agua a lo largo del camino. En pequeños desaireadores, la columna se puede integrar en una carcasa con un tanque; por lo general, parece un cilindro vertical, acoplado desde arriba a un tanque horizontal (tanque cilíndrico con fondos elípticos o cónicos ). Arriba hay un distribuidor de agua, abajo hay un distribuidor de vapor (por ejemplo, una tubería anular perforada ), entre ellos hay una zona activa. El espesor de la columna de una capacidad dada está determinado por la densidad de riego del núcleo permisible (consumo de agua por unidad de área).

En los desaireadores tipo chorro , el agua pasa a través del núcleo en forma de chorros, en los que se puede dividir mediante 5-10 placas perforadas (placas de vapor anulares con un pasaje central alternadas con otras circulares de menor diámetro , aerodinámicas a lo largo del borde) . Los dispositivos de desaireación por chorro tienen un diseño simple y baja resistencia al vapor, pero la intensidad de la desaireación del agua es relativamente baja. Las columnas tipo jet tienen una gran altura (3,5-4 mo más), lo que requiere un alto consumo de metal y es un inconveniente durante los trabajos de reparación . Estas columnas se utilizan como primera etapa del tratamiento del agua en desaireadores de dos etapas del tipo de burbujeo a chorro.

También hay desaireadores de boquilla (goteo) , donde el agua se rocía desde las boquillas en forma de goteo ; la eficiencia por refinamiento de fase es alta, sin embargo, el funcionamiento de las boquillas se deteriora con obstrucciones ya costos reducidos, y se consume mucha electricidad para vencer la resistencia de las boquillas [3] .

En los desaireadores con columnas de tipo película , el flujo de agua se divide en películas que envuelven la boquilla de llenado, sobre cuya superficie desciende el agua. Se utilizan dos tipos de embalaje: ordenado y desordenado. Un empaque ordenado está hecho de láminas verticales, inclinadas o en zigzag, así como de anillos, cilindros concéntricos u otros elementos colocados en filas regulares. Las ventajas de una boquilla ordenada son la capacidad de trabajar con altas densidades de riego con un calentamiento de agua significativo (20–30 ° C) y la posibilidad de desaireación de agua no ablandada. La desventaja es la distribución desigual del flujo de agua sobre la boquilla. Un relleno desordenado está hecho de pequeños elementos de cierta forma, vertidos aleatoriamente en una parte seleccionada de la columna (anillos, bolas , sillas de montar , elementos en forma de omega ). Proporciona un coeficiente de transferencia de masa más alto que el empaque ordenado. Los desaireadores de película son insensibles a la contaminación con incrustaciones, lodos y óxidos de hierro, pero son más sensibles a la sobrecarga.

En los desaireadores de tipo burbujeante , el flujo de vapor que se introduce en la capa de agua se descompone en burbujas . La ventaja de estos desaireadores es su compacidad con una alta calidad de desaireación. En ellos se produce un sobrecalentamiento del agua en relación con la temperatura de saturación , correspondiente a la presión en el espacio de vapor sobre la superficie. El valor de sobrecalentamiento está determinado por la altura de la columna de líquido sobre el dispositivo de burbujeo. Cuando el vapor de agua arrastrado por las burbujas se mueve hacia arriba, hierve , lo que contribuye a una mejor liberación de la solución no solo de oxígeno , sino también de dióxido de carbono , que no se elimina completamente del agua en otros tipos de desaireadores; incluyendo bicarbonatos NaHCO 3 , NH 4 HCO 3 se descomponen . En el dispositivo de burbujeo, junto con un desarrollo significativo de la superficie de contacto de fase total, se proporciona una intensa turbulencia del líquido . La eficiencia de los dispositivos de burbujeo disminuye con una disminución significativa en el consumo específico de vapor. Para garantizar una desaireación profunda, el agua en el desaireador debe calentarse al menos 10 °C, si no hay posibilidad de aumentar el flujo de vapor. Los dispositivos de burbujeo pueden inundarse en el tanque en forma de láminas perforadas (es difícil proporcionar un modo sin inmersión) o instalarse en una columna en forma de placas.

Indicadores y notación

Desempeño  del desaireador: el caudal de agua desaireada a la salida del desaireador. En los desaireadores del tipo DV, cuando se utiliza agua desgasificada sobrecalentada como medio de calentamiento ( portador de calor ), el consumo de esta última no está incluido en el rendimiento.

La capacidad útil del tanque desaireador  es el volumen útil estimado del tanque, determinado como el 85% de su volumen total.

GOST establece filas para la selección de la capacidad del tanque (para DA 1–75 m³, DP 65–185 m³) y productividad (1–2800 t / h ). El desgasificador se designa según el principio SÍ (DP, DV) - (capacidad, t/h) / (capacidad útil del depósito, m³) ; columnas por separado KDA (KDP) - (rendimiento) , BDA (BDP) tanques - (capacidad) .

Literatura

Notas

  1. ↑ Por regla general, los equipos para desaireación química no se clasifican como desaireadores, hablan de un "esquema sin desaireador" de una central térmica; no está cubierto en este artículo.
  2. ↑ Desgasificación ultrasónica y antiespumante de  líquidos . Archivado desde el original el 8 de abril de 2012.
  3. ↑ Caminos (enlace inaccesible) . Blog de accesorios . Consultado el 9 de septiembre de 2011. Archivado desde el original el 11 de septiembre de 2012.