Деаэратор в котельной: что это, виды и принцип работы

Деаэратор, используемый в системах водоподготовки котла, служит для преобразования воды в подходящую для работы в котельном оборудовании, устраняя такие газовые примеси, как кислород и углекислый газ. Если эти элементы не будут изъяты из воды, это может повредить внутренние механизмы котла, приводя к коррозии металлических деталей.

Деаэратор в котельной: для чего нужен и как утеплить

Растворенный в воде кислород и диоксид углерода способны вызывать коррозию на металлических поверхностях. Деаэратор — важнейший элемент современной котельной — представляет собой устройство, которое позволяет исключать из воды эти вредные компоненты.

Комплексы деаэрации созданы для снижения числа газов в подпиточной воде, что ведет к увеличению срока службы оборудования и повышению его эффективности в теплосетях.

Что такое деаэратор в котельной

Деаэрация — это процесс удаления из жидкости вредных газов. Как правило, в котельных из воды удаляются углекислый газ и кислород, которые становятся причиной коррозии. Углекислый газ, попадая в воду, служит катализатором, потенциально усиливающим коррозионное воздействие кислорода. Кроме того, сам углекислый газ имеет способность ухудшать технические характеристики и эксплуатационные свойства устройств.

К числу других нежелательных веществ, присутствующих в воде, можно отнести азот и аммиак.

Таким образом, деаэратор является обязательным компонентом системы качественной водоподготовки. Это устройство значительно улучшает очистку воды, защищая теплоносители, продлевает срок службы котельного оборудования и повышает коэффициент полезного действия установки.

Существуют два основных метода деаэрации:

Первый метод позволяет выводить избыток агрессивных газов, вызывающих коррозию металлических трубопроводов и элементов котельного оборудования, при помощи активных реагентов, добавляемых в воду. Обычно применяются комплексные составы — ингибиторы коррозии и отложений.

Во втором методе используется нагрев воды до температуры кипения. При этом высокое давление способствует наиболее эффективному удалению растворенных газов из жидкости.

Важно учитывать, что при использовании термической деаэрации, если жидкость не нагреть хотя бы на 1–1,5 °C, не доведя до полного кипения, количество оставшихся газов будет увеличиваться.

Если термической обработки недостаточно для преобразования подпитывающей воды в безопасный теплоноситель, необходимо дополнительно применять химические реагенты. Использование комбинированного подхода позволяет снизить содержание растворенных газов до предельно допустимых уровней.

Также выделяется группа устройств, работающих по сталестружечному методу очистки. Такие устройства предназначены для небольших теплоустановок, производительность которых не превышает 2 т/ч.

В этом случае металлическая стружка, проходя окисление, поглощает свободный кислород, содержащийся в воде.

Основная задача любого деаэратора — создать необходимый запас подготовленной воды, обеспечивающей безопасный режим работы трубопроводов и нагревательных приборов в системе отопления.

Число проблем, стихающих от коррозии, трудно переоценить. Она вызывает износ оборудования, что существенно сокращает срок его службы. Загазованность воды может привести к серьезным поломкам в системе, потенциально вызывая утечки воды и газа или даже выведение из строя всей конструкции. Наличие газовых пузырьков часто является причиной сбоев в работе насосов и форсунок, а также снижения производительности гидравлических систем.

Коротко о деаэрации

В большинстве случаев вода в котельных очищается с использованием термических или химических методов. В последнем варианте применяются различные вещества-реагенты. Однако сами по себе реагенты не являются идеальными — они в основном хорошо справляются с задачей удаления кислорода, поэтому нужно использовать термическую деаэрацию с подогревом воды паром для удаления других газов.

Чтобы процесс удаления примесей был наиболее эффективным, требуется кипятить всю воду. В результате происходит выпаривание, которое осуществляется через специальный клапан деаэратора.

Основные виды приборов

Все деаэраторы выполняют одну и ту же функцию, однако их конструкция может варьироваться. Основные типы оборудования можно разделить на тарельчатые и распылительные.

• Тарельчатые устройства включают в себя колонну, установленную на баке с водой. Жидкость подается в колонну сверху и стекает вниз, взаимодействуя с паром под высоким давлением. В верхней части устройства имеется клапан, через который выводится газ, растворенный в нагретой воде, тогда как деаэрированная вода обратно поступает в бак для повторной обработки. Для увеличения поверхности контакта между водой и паром используется сложная система тарелок — именно оттуда происходит данное наименование.
• Распылительные приборы организованы так, что вода распыляется в бак. Снизу подается пар под высокий давлением, что позволяет деаэрации проходить при уже подогретой до кипения жидкости. В процессе обработки удаляются все нежелательные примеси, а чистая вода возвращается в котел для дальнейшей циркуляции.

Деаэраторы можно также классифицировать по давлению нагреваемого пара: они бывают атмосферными, которые предназначены для котлов до 0,12 МПа, повышенного давления для установок до 0,8 МПа, а также вакуумными — они широко используются в водогрейных котельных и для подпитки теплосетей.

Кроме того, существует различие в способе контакта воды с паром, что также влияет на конструктивные особенности деаэраторов:

• Капельные, когда вода подается через сопло или форсунки;
• Струйные, где вода поступает через отверстия в тарелках;
• Пленочные, где используются сопло и вертикальные листы, по которым распределяется вода;
• Насадочные, применяющие специальные распределительные насадки;
• Барботажные, которые конструируются так, чтобы пар проходил через водный слой;
• Струйно-барботражные, совмещающие в себе два предыдущих метода.

Каждый из методов имеет свои достоинства и недостатки, однако струйно-барботражный считается одним из самых популярных и эффективных вариантов.

Где применяют деаэрацию

Деаэрация воды обязательна в обслуживающих теплосети паровых котельных, на предприятиях энергетического и другого характера, а также на атомных и тепловых электростанциях.

Каким жидкостям подвержена деаэрация?

• Питательная вода. Она является исходным материалом, который с помощью специального насоса подводится к паровым котлам для последующего получения пара. Деаэрация питательной воды — неотъемлемая часть работы устройств в паровых котельных и электростанциях.
• Подпиточная вода. Также называется добавочной, используется для поддержания необходимого уровня теплоносителя и восполнения потерь, возникающих из-за утечек воды в сетях и различных системах, потребляющих тепло, а также в процессе продувки паровых котлов.
• Резервная вода. Это запас жидкости, накопленной в специальных резервуарах, необходимый для обеспечения работоспособности оборудования.
• Обратный конденсат. Это конденсат, возвращаемый от внешних потребителей пара. В процессе работы оборудования пар конденсируется, и этот конденсат очищается, после чего добавляется в питательную воду.
• Жидкие топлива. Эти вещества также не должны содержать никаких газовых пузырьков.

Какой бывает деаэрация

Существует несколько подходов к деаэрации воды:

• Термическая деаэрация питательной воды или других жидкостей. Основана на нагреве, который запускает процесс выделения газов. Этот контрольный способ является наиболее распространённым и имеет много преимуществ. Деаэраторы термического типа имеют сравнительно простую конструкцию, недорогие в обслуживании и подходят для большинства отопительных котлов и установок электросетей.
• Химическая деаэрация. Этот метод не требует нагрева и превращения воды в пар, а также поддержания необходимого давления в системе. Работа установок химического типа происходит за счет реагентов, добавляемых в жидкости в определенных концентрациях. Эти ингибиторы связывают молекулы газов, что нейтрализует их коррозионное воздействие. Некоторые реагенты также способны смягчать воду и защищать трубопроводы от накипи. В качестве химикатов чаще всего используются сульфит натрия или таннат натрия и гидразин. При этом химический метод не требует высокой температуры и давления. Однако у такой технологии есть и недостатки: во-первых, необходимы точные расчеты концентрации ингибиторов, во-вторых, многие из них имеют высокую стоимость, в-третьих, некоторые химические вещества должны утилизироваться особым образом, и среди них имеются и опасные для экологии.
• Обескислороживание воды с помощью сталестружечных деаэрационных фильтров. Этот метод подходит для небольших объемов — не более 2 тысяч литров в час. В процессе запущенного окисления металлическая стружка поглощает кислород.
• Ультразвуковая деаэрация. Здесь на насыщенную газами воду воздействуют ультразвуковые волны. Газовые молекулы объединяются, образуя более крупные элементы, которые накапливаются и выходят на поверхность. Такие установки функционируют с теплой или горячей жидкостью, температура которой колеблется от 30 до 80 градусов Цельсия, без ее кипения. Основные элементы системы включают генератор ультразвука, бак, наполненный водой, и блок управления, который отвечает за функционирование установки. Размеры установки малые, производительность средняя, а вред для экологии минимален. Основной недостаток — высокая стоимость технологии.
• Мембранно-азотная деаэрация. Этот метод предполагает установку специальных мембран на станции аэрации. Вода направляется к мембранам и одновременно поступает азот. Этот газ соединяется с растворенным в воде кислородом. После этого насос создает вакуумное давление, что позволяет газовой смеси подняться к поверхности, где она выделяется. Мембранные установки имеют небольшие размеры, а вода в них не превышает 20 градусов Цельсия, что избавляет от необходимости нагрева. Но мембраны имеют ограниченный срок службы, требующий их периодической замены и дополнительных расходов на регулярную покупку азота.

Описанные методы деаэрации, кроме термической, гораздо реже используются из-за их недостаточной эффективности, высоких затрат на обслуживание, дополнительных непредвиденных расходов и ограниченных возможностей для применения в промышленных масштабах.

Системы пониженного давления

Как правило, на практике используют установки вертикального и атмосферного типов с дополнительным барботажным баком, через который процессы выпаривания и отделения газа также осуществляются. В основном баке осуществляется смешивание воды с подготовленной химической смесью, которая проходит через специальные тарелки для удаления газообразных и других примесей.

Вакуумные термические системы предназначаются для подготовки воды, которая будет использоваться в водогрейных котлах. Этот вариант дегазации в вакууме лучше всего подходит для котельных, которые обеспечивают горячее водоснабжение.

Для паровых котлов в зависимости от необходимого режима подачи пара и мощности применяются деаэраторы с пониженным или повышенным давлением. Установки с пониженным давлением находятся в диапазоне от 0,025 до 0,2 МПа, и устанавливаются на менее мощных котлах, которые обеспечивают ограниченные категории потребителей, или для обеспечения менее высокого температурного режима в центральном отоплении.

Системы повышенного давления

Данные системы используют для более мощных котлов, которым необходимо подавать пар в большом количестве и под высоким давлением, для соблюдения установленного температурного режима централизованного отопления. Для функционирования такой установки требуется давление от 0,6 МПа.

Эти устройства, как и деаэраторы с низким давлением, работают по принципу термической деаэрации, освобождая газообразные примеси благодаря повышению температуры воды и подаче пара.

Чтобы избежать повышения давления в баке, устанавливаются гидрозатворы, которые позволяют снижать давление, если изменения в процессе не приводят к нормализации работы.

Серия электрических котлов Protherm была запроектирована для современных систем отопления жилых домов, квартир, загородных коттеджей и других помещений. Для более подробной информации об устройстве парового котла можно ознакомиться со статьей здесь.

Виды деаэраторов

По конструкции:

• Тарельчатые деаэраторы. Основной элемент таких устройств — вертикальная деаэрационная колонна, устанавливаемая на горизонтальном баке с питательной водой. Жидкость попадает в верхнюю часть колонны и равномерно спускается вниз, встречаясь с паром под низким давлением. Для увеличения площади контакта пара и воды, а также улучшения их смешивания, используются специальные тарелки и мембраны. Нагреваясь, газ растворённый в воде поднимается и выходит через клапан на верхней части установки. После этого деаэрированная жидкость стекает в горизонтальный бак и дополнительно обрабатывается небольшим количеством пара.
• Распылительные деаэраторы. В таких установках вода попадает в горизонтальный бак через распылитель, в то время как горячий пар поступает снизу. В результате деаэрации подогретая до температуры кипения вода очищается от газообразных примесей, которые выходят через вентиляционные системы.

По давлению греющего пара:

• Атмосферные деаэраторы. Применяются для котлов низкого и среднего давления (от 0,11 до 0,12 МПа) для удаления газообразных примесей из воды для паровых котлов и предоставляемой водой для теплосетей.

• Деаэраторы повышенного давления. Эти устройства предназначены для основного потока конденсата в котлах высокого и сверхкритического давления (от 0,6 до 0,8 МПа).
• Вакуумные деаэраторы. Используются для очищения воды, подающейся в водогрейные котлы, а также на линии подпитки теплосетей. Процесс деаэрации в этом оборудовании проходит в вакууме, при давлении ниже атмосферного (от 7,5 до 50 кПа).

По методу контакта воды с паром:

• Капельные деаэраторы. Вода поступает в оборудование через форсунки или сопла, что позволяет достичь высокой эффективности, однако такая система часто подвержена засорам, поэтому капельные установки могут оказаться ненадежными. Кроме того, эксплуатация таких деаэраторов требует значительных затрат на электроэнергию.
• Струйные деаэраторы. Вода попадает в верхнюю часть установки, затем проходит через распределитель и несколько тарелок с отверстиями. В процессе вода нагревается паром, поступающим снизу.
• Пленочные деаэраторы. Жидкость подается через сопло и распыляется по вертикальным листам, образуя тонкую пленку, которая стекает вниз и нагревается от поднимающегося пара.
• Деаэраторы с насадками. Вода поступает в верхнюю часть установки, а специальная насадка делит поток на множество мелких струй и пленок, что позволяет им контактировать с поднимающимся паром и улучшить нагрев.
• Барботажные деаэраторы. В таких установках пар проходит через слой воды, что увеличивает поверхность контакта, однако тепла пара может быть недостаточно для повышения температуры до состояния насыщения.
• Струйно-барботажные деаэраторы. Данное оборудование сочетает оба метода — барботаж используется как вторая ступень очистки, которая считается самой эффективной для удаления газов.

Правила эксплуатации деаэратора

Соблюдение правил эксплуатации деаэрационного оборудования крайне важно для обеспечения стабильной работы котла и минимизации риска возникновения аварийных ситуаций. Необходимо следить за уровнем воды в баке при помощи водоуказательного стекла, проверять функционирование автоматики и инструментов несколько раз за смену. Чтобы избежать резких скачков давления, устанавливаются гидрозатворы с плавным ходом, позволяя без затруднений приводить их в рабочее состояние при необходимости.

Компания ООО «Сукремльстройдеталь» производит и поставляет атмосферные деаэраторы для промышленных предприятий и коммунальных служб. Установки соответствуют стандартам ГОСТ Р 50831-95 (Установки котельные). Производительность оборудования варьируется от 5 до 100 т/ч. Деаэраторы имеют компактные размеры и оснащены охладителем для удаляемого пара. Также доступна поставка отдельных компонентов (таких как баки, колонки и гидрозатворы) либо полных комплектаций оборудования. Если необходимо, специалисты компании готовы разработать техническое задание для создания нестандартной модели деаэратора.